本发明涉及地下水封储油库研究领域，特别是涉及适用于运营期地下水封储油库渗流场综合评价与防治系统及方法。
背景技术：
中国2018年原油进口量为4.62亿吨，对外依存度高达70.9％。国家石油储备二期工程完成后，中国石油储备约为全国40天石油使用量，仍然远低于国际能源署要求的90天储备量，亟需建立更多的石油储库。相较于传统储油方式，地下储油作为一种更加安全、环保、投资少、运营成本低的储油方式已受到世界各国的重视。地下储油包括地下储油罐、地下水封储油和盐穴型储油库等，其中地下水封储油库利用地下水的封堵作用在地下水位线以下开挖的无衬砌洞库内储存油品、油气或压缩气体能源等，已被证明是一种安全高效的储存方法。
水封性是地下石油储库建设及运营的核心技术，水封方式受地下水赋存状况与稳定水位影响。对水封理论的研究依赖于地下储油库渗流场特性的评价分析。然而由于地下储油库在我国尚处于起步阶段，许多地下储库项目仍处于在建阶段，投入生产运营的项目占据少数，因此缺乏成功运营的指导经验以供参考。发明人发现针对已建成的油库项目，仍面临着油品泄漏风险、储油洞室涌水量过大、易受特殊天气影响等一系列问题，亟需一套指导地下储油库高效低成本运营的综合治体系。且针对库址区地下水补给匮乏、地下水位线不稳定的水文地质情况，水幕系统就成为决定地下水封洞库运营成败的关键。然而水幕系统不是一成不变的，需要在运营过程中根据运营效果和水文条件的变化而实时调整。由于缺乏调整原则，往往会出现水幕系统参数调整不合适、调整不及时等状况，造成经济损失。如何准确及时地修正水幕参数以满足水封性的要求亟待解决。
因此，亟需一种适用于运营期地下水封储油库渗流场综合评价与防治系统及方法。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本发明提出一种适用于运营期地下水封储油库渗流场综合评价与防治系统及方法，本发明能够解决地下油库运行成本高、有泄漏风险、涌水量大、水幕系统调整不合适不及时的问题，指导油库运营。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提出的一种运营期地下水封储油库渗流场综合评价与防治方法，包括以下步骤：
步骤1勘察阶段对库址区水文、地质情况进行勘察了解；
步骤2施工阶段根据地下水封石洞油库设计规范进行洞室开挖，同时统计库址区每日涌水量，定期观察记录钻孔水位变化值；综合探测围岩地下水的分布；
步骤3依据水文地质条件判断是否需加设水幕系统，若需要布设水幕系统，则进行水幕系统设计建造；
步骤4运营阶段在辅助巷道合适位置处埋设渗压计，尽可能测得距储油洞室较近围岩的渗压值，并记录地面抽水站每次抽水量；
步骤5：对运营期地下油库渗流场进行综合分析评价，对水幕系统的效益进行评估并给出调整方案。
作为进一步的技术方案，步骤1中，在洞库工程区布设水位观测钻孔观测水位高程，根据季节性评估年降水状况，对平均降水量、降水的时空分布规律进行统计。
作为进一步的技术方案，步骤2中，在施工过程中根据开挖进度和渗漏水情况采用瞬变电磁法、陆地声纳法、红外探水法、数字钻孔摄像技术相结合，利用不同方法各自的特点综合探测围岩地下水的分布。
作为进一步的技术方案，所述步骤(3)中，是否设置水幕系统依据水文地质情况，若地下水补给匮乏，受天气或其他因素影响地下水位线变化较大，且低至储油洞室顶部以下，则必须施作水幕系统以保证水封性。
作为进一步的技术方案，采用时间序列分析法、有限元分析法、非线性方法bp神经网络对地下储油库渗流场进行评价分析。
作为进一步的技术方案，所述的时间序列分析法根据现有的时间序列涌水量和时间序列渗压值，结合这段时间的水幕系统参数和天气降水报告，研究时序的规律性和涌水量、渗压值与水幕参数和天气的变化关系。
作为进一步的技术方案，所述的有限元分析法借助多物理场耦合仿真软件建立应力-渗流场耦合评价模型研究地下储油库渗流场分布特性，并模拟出多种水幕参数条件下的渗流场变化情况；将有限元分析中计算所得的渗压值与实际监测得到的渗压值进行对比，分析产生差异的原因；排除计算误差后，得出相关评价结论。
作为进一步的技术方案，有限元计算结果为较理想状况下的结果，与实际产生差异说明实际地形和季节性因素影响较大，应以监测值为主，以数值计算值为参考对渗流场进行评价。
作为进一步的技术方案，所述的非线性方法bp神经网络如下：建立预测模型，根据时间序列分析法的分析结果，剔除规律性较差的数据，选取规律性较好的时序作为学习样本进行训练；调整训练参数直至预测结果与实际值误差小于10％达到要求；用此模型预测当天起未来1个月的涌水量和渗压值。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明结合我国首个大型地下水封洞群的设计建造运营实例和理论研究工作，提供一种用于研究地下储油库运营效益、渗流场评价和灾害风险防治的分析方法。
结合水文地质资料和工程地质报告，通过开展的现场数据监测和水文测试工作，搜集了大量用于时序分析、有限元分析和非线性分析研究的数据，解决了目前地下油库运营中面临的油品泄漏风险、储油洞室涌水量过大、易受特殊天气影响等挑战，为国内外地下水封洞群的建设运营提供指导，为水幕系统的布设和运营过程中的实时调整提供依据。
通过综合评价分析对水幕系统做出的调整包含了对未来预测的信息数据，因此具有先知性，避免了调整不及时的情况发生。因评价方法结合了数值计算、监测值时序分析和预测结果，三类数据保证了最终评价的准确性，以做出的参数调整准确性高，可行性强，漏油率低，大大降低了运营成本和风险。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是本发明的实施步骤流程图。
图2是本发明的三层bp神经网络结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术部分所描述的，已建成的油库项目，仍面临着油品泄漏风险、储油洞室涌水量过大、易受特殊天气影响等一系列问题，亟需一套指导地下储油库高效低成本运营的综合治体系。且针对库址区地下水补给匮乏、地下水位线不稳定的水文地质情况，水幕系统就成为决定地下水封洞库运营成败的关键。然而水幕系统不是一成不变的，需要在运营过程中根据运营效果和水文条件的变化而实时调整。由于缺乏调整原则，往往会出现水幕系统参数调整不合适、调整不及时等状况，造成经济损失。如何准确及时地修正水幕参数以满足水封性的要求亟待解决。因此，亟需一种适用于运营期地下水封储油库渗流场综合评价与防治系统及方法。
实施例1
适用于运营期地下水封储油库渗流场综合评价与防治方法，包括：
获取勘察期、施工期、运营期全阶段的地下油库水文地质资料，在施工期结束时需要判断水幕系统的施作与否。进入运营阶段后，根据时序分析、有限元分析和非线性分析三种方法结合，获取运营油库的渗压、涌水量等要素的监测真实值、预测值和数值计算模拟值。凭借这些数据可以对运营期油库渗流场做出综合评价，评价结果反应了油库的运营情况。
根据油库运营评价结果采取综合防治措施。当排水量较大时，通过减小水幕系统中的水幕压力参数，降低抽水站的抽水量。当可能发生或短期未来可能发生油品泄漏或风险较高时，通过增加水幕系统中的水幕压力参数，增加水封压力，降低漏油风险。此外，也可通过调节水幕孔间距来提高运营效益。
具体的，包括以下步骤：
(1)勘察阶段对库址区水文地质情况进行勘察了解，在洞库工程区布设水位观测钻孔观测水位高程，根据季节性评估年降水状况，对平均降水量、降水的时空分布规律(汛期、枯水期、平水期)进行统计。对工程地质情况进行了解，包括库址区围岩主要岩性、岩石密度、节理分布情况等。
(2)施工阶段根据地下水封石洞油库设计规范进行洞室开挖，在辅助施工巷道排水口处设置电磁流量计以对每日的排水量进行记录。对勘察期水位观测孔进行定期水位观测，记录变化量。在施工过程中根据开挖进度和渗漏水情况采用瞬变电磁法、陆地声纳法、红外探水法、数字钻孔摄像技术等超前地质预报技术相结合，利用不同方法各自的特点综合探测围岩地下水的分布。
(3)依据水文地质条件判断是否需加设水幕系统，若需要布设水幕系统，则通过采取现场水文测试(水幕孔注水-回落试验、水幕孔有效性试验)及设计规范进行水幕系统设计建造。
(4)运营阶段在辅助巷道合适位置处埋设渗压计，尽可能测得距储油洞室较近围岩的渗压值，并记录地面抽水站每次抽水量。所有数据以时间序列形式整理记录。
(5)时间序列分析法：根据现有的时间序列涌水量和时间序列渗压值，结合这段时间的水幕系统参数和天气降水报告，研究时序的规律性和涌水量、渗压值与水幕参数和天气的变化关系。
(6)有限元分析法：借助多物理场耦合仿真软件comsol5.1建立应力-渗流场耦合评价模型研究地下储油库渗流场分布特性，并模拟出多种水幕参数条件下的渗流场变化情况。
(7)非线性方法bp神经网络：建立预测模型，根据时间序列分析法的分析结果，剔除规律性较差的数据，选取规律性较好的时序作为学习样本进行训练。调整训练参数直至预测结果与实际值误差小于10％达到要求。用此模型预测当天起未来1个月的涌水量和渗压值。
(8)结合上述三种分析法对地下储油库渗流场进行评价分析。将有限元分析中计算所得的渗压值与实际监测得到的渗压值进行对比，分析产生差异的原因。排除计算误差后，可以得出相关评价结论。
(9)从安全性和经济性判别地下储油库运营效益，针对待改进项采取综合预防治理措施，对水幕系统进行调整，降低运营成本，提高运营效益，总结经验指导长期运营工作。
作为一种具体的实施方式，所述步骤(1)中，利用钻探法在库址区地表进行钻孔，鉴别地下一定深度的围岩岩性的同时记录出水深度，即水位高程。围岩岩石密度通过岩样质量体积快速计算获得；节理分布通过地质罗盘测量统计获得，其它必要获取的力学参数均依据国家标准gb/t50266-2013获取。
作为一种具体的实施方式，所述步骤(2)中，地下水封石油洞库设计建造依据中华人民共和国国家标准：地下水封石洞油库设计规范gb50455-2008进行。
作为一种具体的实施方式，所述步骤(2)中，电磁流量计采用dn25管道式电磁流量计，根据导电地下水通过外加磁场时感生的电动势来测量导电流体流量，具体参数：仪表精度：0.5级、1.0级，测量介质：电导率大于5μs/cm的各种液体和液固两相流体，流速范围：0.2～8m/s，工作压力：1.6mpa，环境温度：-40℃～ 50℃，介质温度：聚四氟乙烯衬里≤180℃；橡胶材质衬里≤65℃。
作为一种具体的实施方式，所述步骤(2)中，瞬变电磁法利用阶跃波形电磁脉冲激发，利用不接地回线向地下发射一次场，在一次场断电后，测量由地下介质产生的感应二次场随时间的变化，来寻找0～50m左右目标含水体。陆地声纳法采用锤击震源，在激震点旁设检波器接收反射波，通过分析反射波信号判断100～200m范围含水情况。红外探水法是一种短距离探水的辅助方法，25m内所有物体都发射出不可见的红外线能量，当前面存在隐伏含水构造或有水时，正常场产生畸变；绘制相应的红外辐射曲线，根据曲线的趋势判断前方有无含水。数字钻孔摄像技术是最直观的探水方法，通过钻孔摄像观察钻孔内水位高程。结合以上的地质超前预报技术各自探测距离和方式的特点，来探明库址区地下水分布情况。
作为一种具体的实施方式，所述步骤(3)中，是否设置水幕系统依据水文地质情况，若地下水补给匮乏，受天气或其他因素影响地下水位线变化较大，且低至储油洞室顶部以下，则必须人为施作水幕系统以保证水封性。
作为一种具体的实施方式，所述步骤(4)中，在辅助巷道中分层分段埋设渗压计，渗压计采用vwp-3振弦式水压力。具体参数：最大外径：24mm，长度：120mm，测量范围：0～1000kpa，灵敏度：≤0.45kpa/f，测量精度：±0.1％f.s，温度测量范围：-40～ 150℃。
作为一种具体的实施方式，所述步骤(5)中，时间序列分析时借助excel表格绘制横轴为时间纵轴为渗压值或涌水量(即抽水量，抽水站的抽水量等于洞室的涌水量)，帮助更直观研究规律性，为后续非线性方法预测做准备。
作为一种具体的实施方式，所述步骤(6)中，依据达西定律研究渗流问题，建立评价模型的参数(孔隙率、渗透率、渗透系数、流体密度、动力粘度)选取均以实际为准，所有洞室、水幕孔尺寸以实际为准，施加物理场包括重力场和渗流场。通过调节施加在水幕孔处的水压力、水幕孔间距来模拟不同水幕系统参数，分析渗流场特性。
作为一种具体的实施方式，所述步骤(7)中，bp神经网络选取输入层、隐含层和输出层的网络进行训练，包括训练和检验，需不断调整训练参数如隐含层个数等直至检验数据的准确率达到要求，完成模型的训练，可以进行未来值预测，具体的如图2所示，其中水幕压力、季节性、涌水量和渗压值作为输入层、涌水量和渗压值作为输出层。
作为一种具体的实施方式，所述步骤(8)中，有限元计算结果为较理想状况下的结果，与实际产生差异说明实际地形和季节性因素影响较大，应以监测值为主，以数值计算值为参考对渗流场进行评价。
本发明结合我国首个大型地下水封洞群的设计建造运营实例和理论研究工作，提供一种用于研究地下储油库运营效益、渗流场评价和灾害风险防治的分析方法。
结合水文地质资料和工程地质报告，通过开展的现场数据监测和水文测试工作，搜集了大量用于时序分析、有限元分析和非线性分析研究的数据，解决了目前地下油库运营中面临的油品泄漏风险、储油洞室涌水量过大、易受特殊天气影响等挑战，为国内外地下水封洞群的建设运营提供指导，为水幕系统的布设和运营过程中的实时调整提供依据。
通过综合评价分析对水幕系统做出的调整包含了对未来预测的信息数据，因此具有先知性，避免了调整不及时的情况发生。因评价方法结合了数值计算、监测值时序分析和预测结果，三类数据保证了最终评价的准确性，以做出的参数调整准确性高，可行性强，漏油率低，大大降低了运营成本和风险。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
1.一种运营期地下水封储油库渗流场综合评价与防治方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1勘察阶段对库址区水文、地质情况进行勘察了解；
步骤2施工阶段根据地下水封石洞油库设计规范进行洞室开挖，同时统计库址区每日涌水量，定期观察记录钻孔水位变化值；综合探测围岩地下水的分布；
步骤3依据水文地质条件判断是否需加设水幕系统，若需要布设水幕系统，则进行水幕系统设计建造；
步骤4运营阶段在辅助巷道合适位置处埋设渗压计，尽可能测得距储油洞室较近围岩的渗压值，并记录地面抽水站每次抽水量；
步骤5：对运营期地下油库渗流场进行综合分析评价，对水幕系统的效益进行评估并给出调整方案。
2.如权利要求1所述的运营期地下水封储油库渗流场综合评价与防治方法，其特征在于，步骤1中，在洞库工程区布设水位观测钻孔观测水位高程，根据季节性评估年降水状况，对平均降水量、降水的时空分布规律进行统计。
3.如权利要求1所述的运营期地下水封储油库渗流场综合评价与防治方法，其特征在于，步骤2中，在施工过程中根据开挖进度和渗漏水情况采用瞬变电磁法、陆地声纳法、红外探水法、数字钻孔摄像技术相结合，利用不同方法各自的特点综合探测围岩地下水的分布。
4.如权利要求1所述的运营期地下水封储油库渗流场综合评价与防治方法，其特征在于，所述步骤(3)中，是否设置水幕系统依据水文地质情况，若地下水补给匮乏，受天气或其他因素影响地下水位线变化较大，且低至储油洞室顶部以下，则必须施作水幕系统以保证水封性。
5.如权利要求1所述的运营期地下水封储油库渗流场综合评价与防治方法，其特征在于，采用时间序列分析法、有限元分析法、非线性方法bp神经网络对地下储油库渗流场进行评价分析。
6.如权利要求5所述的运营期地下水封储油库渗流场综合评价与防治方法，其特征在于，所述的时间序列分析法根据现有的时间序列涌水量和时间序列渗压值，结合这段时间的水幕系统参数和天气降水报告，研究时序的规律性和涌水量、渗压值与水幕参数和天气的变化关系。
7.如权利要求5所述的运营期地下水封储油库渗流场综合评价与防治方法，其特征在于，所述的有限元分析法借助多物理场耦合仿真软件建立应力-渗流场耦合评价模型研究地下储油库渗流场分布特性，并模拟出多种水幕参数条件下的渗流场变化情况；将有限元分析中计算所得的渗压值与实际监测得到的渗压值进行对比，分析产生差异的原因；排除计算误差后，得出相关评价结论。
8.如权利要求7所述的运营期地下水封储油库渗流场综合评价与防治方法，其特征在于，有限元计算结果为较理想状况下的结果，与实际产生差异说明实际地形和季节性因素影响较大，应以监测值为主，以数值计算值为参考对渗流场进行评价。
9.如权利要求5所述的运营期地下水封储油库渗流场综合评价与防治方法，其特征在于，所述的非线性方法bp神经网络如下：建立预测模型，根据时间序列分析法的分析结果，剔除规律性较差的数据，选取规律性较好的时序作为学习样本进行训练；调整训练参数直至预测结果与实际值误差小于10％达到要求；用此模型预测当天起未来一段时间内的涌水量和渗压值。
10.如权利要求1所述的运营期地下水封储油库渗流场综合评价与防治方法，其特征在于，步骤5中，根据油库运营评价结果采取综合防治措施；当排水量较大时，通过减小水幕系统中的水幕压力参数，降低抽水站的抽水量；当可能发生或短期未来可能发生油品泄漏或风险较高时，通过增加水幕系统中的水幕压力参数，增加水封压力，降低漏油风险；进一步的，也可通过调节水幕孔间距来提高运营效益。
技术总结