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研究生： 張世穎
Chang, Shih-Ying
論文名稱： 關刀山砂岩層作為二氧化碳地質封存層之注儲壓力研究
Investigating the Injection Pressure for CO2 Geological Sequestration in Kuantaoshan Sandstone Formation
指導教授： 李德河
Lee, Der-Her
共同指導教授: 林宏明
Lin, Hung-Ming
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工學院 - 土木工程學系
Department of Civil Engineering
論文出版年： 2014
畢業學年度： 102
語文別： 中文
論文頁數： 161
中文關鍵詞： 三維破壞準則 、關刀山砂岩 、最大容許注儲壓力 、水力破裂試驗 、中空三軸試驗 、破裂壓力
外文關鍵詞： Kuantaoshan sandstone, three-dimensional failure criterion, hollow cylinder triaxial test, hydraulic fracturing test, maximum allowable injection pressure, fracture pressure
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    • 本研究以永和山氣田為對象，探討該處的關刀山砂岩層作為二氧化碳地質封存之儲存層時CO2的最大容許注儲壓力。因關刀山砂岩層位於永和山氣田地表下約1600公尺深處，試樣取得不易，故以出露於出磺坑背斜兩側之關刀山砂岩露頭岩樣作為試驗材料，對其進行物性試驗和傳統三軸、中空三軸等試驗並以所得之材料參數建構出Mohr-Coulomb、Hoek and Brown與Kim and Lade等三維破壞準則，並比較各破壞準則之適用性，最後再以與本研究實際試驗結果最接近之三維破壞準則配合水力破裂法之試驗結果，概估關刀山砂岩層在現地應力條件下所能承受之二氧化碳注儲壓力與破裂壓力。

    試驗結果顯示，經中空三軸試驗所得之材料參數所建構出的三種三維破壞準則中，以Hoek and Brown三維破壞準則最接近本研究的關刀山砂岩的真實強度，並經由注儲壓力會影響現地有效應力之概念得到地層於二氧化碳擠注時之應力路徑，配合Hoek and Brown三維破壞準則與現地應力條件下之應力路徑，可以預估出關刀山砂岩層的最大容許注儲壓力為34.00MPa至37.68MPa。而後參考室內水力破裂法的結果，以水力破裂之應力路徑配合Hoek and Brown三維破壞準則與Mohr-Coulomb三維破壞準則，推估出永和山現地不同深處之關刀山砂岩層所能承受的破裂壓力在38.60MPa至43.75MPa。

    This study used the Yuanhoshan gas field as the testing site to determine the maximum allowed storage of CO2 geological sequestration. Brazilian test, uniaxial compression test, triaxial compression test and hollow cylinder triaxial test were perform on Kuantaoshan sandstone samples to establish Mohr-Coulomb, Hoek and Brown, and Kim and Lade failure criterion. These failure criterions were then compared. Finally, the three-dimensional failure criterion was selected, incorporated with the results of hydraulic fracturing test, to estimate the maximum storage of CO2 geological sequestration in current Kuantaoshan sandstone formation.

    The result shows that the Hoek and Brown failure criterion can best represent the actual strength of Kuantaoshan sandstone. The estimated maximum allowable storage of the Kuantaoshan sandstone formation ranges from 34.00MPa to 37.68MPa. Also, from the hydraulic fracturing test the estimated fracturing pressure ranges from 38.60MPa to 43.75MPa

    摘要 I 誌謝 XI 目錄 XII 表目錄 XV 圖目錄 XVII 照片目錄 XXI 第一章 緒論 1 1-1 前言 1 1-2 研究動機與目的 2 1-3 研究流程 4 第二章 文獻回顧 5 2-1 超臨界二氧化碳 5 2-2 二氧化碳捕獲與封存技術 7 2-3 二氧化碳地質封存探討 13 2-3-1 二氧化碳地質封存的要素 14 2-3-2 二氧化碳地質封存的儲存場所和潛能評估 17 2-3-3 二氧化碳地質封存的封存機制 21 2-4 國內外二氧化碳捕獲與封存之實例 26 2-5 三維應力 27 2-5-1 Haigh-Westergaard主應力空間 28 2-5-2 中空三軸試驗之相關研究回顧 34 2-5-3 中空圓柱試體之尺寸 37 2-5-4 中空圓柱試體上的應力分佈情形 38 2-6 岩石材料的破壞準則 42 2-6-1 Mohr-Coulomb破壞準則 42 2-6-2 Hoek and Brown破壞準則 46 2-6-3 Kim and Lade破壞準則 49 2-7 現地應力之推估 54 2-8 水力破裂法 60 2-8-1 現地水力破裂試驗 60 第三章 研究場址及研究材料介紹 64 3-1 研究場址介紹 64 3-1-1 永和山氣田簡介 64 3-1-2 永和山背斜構造 66 3-1-3 場址地層介紹 69 3-2 取樣地點 71 3-3 岩石材料介紹與試體製作 74 3-3-1 研究材料關刀山砂岩介紹 74 3-3-2 基本力學試驗之實心試體製作方法 75 3-3-3 中空三軸試驗之中空圓柱試體製作方法 76 3-3-4 水力破裂試驗之圓柱試體製作方法 78 第四章 試驗儀器與試驗方法介紹 80 4-1 基本力學特性試驗之儀器與試驗方法 80 4-1-1 基本力學之試驗儀器 80 4-1-2 基本力學之試驗方法 85 4-2 中空三軸試驗 89 4-2-1 中空三軸試驗儀器 89 4-2-2 中空三軸試驗步驟 93 4-3 室內水力破裂試驗 99 4-3-1 室內水力破裂試驗儀器 102 4-3-2 室內水力破裂試驗步驟 104 第五章 試驗結果與分析 106 5-1 關刀山砂岩基本物性結果 106 5-2 關刀山砂岩基本力學試驗結果 107 5-2-1 關刀山砂岩巴西張力強度試驗結果 107 5-2-2 關刀山砂岩單軸壓縮試驗結果 108 5-2-3 關刀山砂岩傳統三軸壓縮試驗結果 112 5-3 中空三軸試驗結果 117 5-4 三維破壞準則之建立 120 5-4-1 Mohr-Coulomb破壞準則 122 5-4-2 Hoek and Brown破壞準則 126 5-4-3 Kim and Lade破壞準則 129 5-4-4 關刀山砂岩之中空三軸試驗點與不同破壞準則之比較 132 5-5 室內水力破裂試驗結果 133 5-5-1 室內水力破裂試驗之應力路徑 139 5-6 以三維應力破壞準則評估永和山氣田之最大容許注儲壓力 146 5-7 水力破裂壓力之評估 149 5-7-1 以內壁應力達破壞準則之應力路徑預估現地破裂壓力 149 5-7-2 以內壁莫爾圓達包絡線之應力路徑預估現地破裂壓力 151 第六章 結論與建議 153 6-1 結論 153 6-2 建議 155 第七章 參考文獻 156

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    下載圖示 校內：2019-08-22公開
    校外：2019-08-22公開
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