单井盐穴的溶腔物理模拟装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于天然气盐穴地下储气库溶腔技术领域，具体涉及一种适用于单井盐穴的溶腔物理模拟装置及方法。
【背景技术】
[0002]盐穴储气库的造腔过程通常是在天然盐层中，以钻井方法钻穿岩层，注入淡水进行冲蚀使之形成一定体积和形状的溶腔，然后栗出盐水。盐穴储气库的造腔方法一般采用单井对流法水溶建腔，单井对流法也应用在盐岩水溶采矿中。盐岩水溶采矿利用某些盐和碱类矿床易溶于水的特点，通过钻井或井巷注入淡水，溶解地下矿床中的有益组分，成为溶液返出地面，进行加工的采矿方法。盐岩水溶采矿后形成的盐穴溶腔可以用作天然气储气。单井对流法水溶建腔主要是通过连续向溶腔中注入淡水，降低溶腔中卤水浓度，溶蚀盐岩，使得溶腔不断扩大到预定的体积及形状。
[0003]现在国内外现场主要采用单井溶腔技术，为保证单井建造的腔体长期的安全稳定，必须在盐穴溶腔过程中探究腔体形态变化的溶蚀规律，因此单井造腔物理模拟实验研究，进行盐穴储气库溶腔工艺参数优化则颇为重要。
[0004]国外在物理模拟方面进行了一些有益的尝试，重点放在盐岩溶蚀模拟以及对流扩散模拟，主要以取得盐溶基本参数，为提高水溶采盐效率服务，对于形状控制模拟研究进行的很少。国内专利CN201410602357提出了适用于单井单腔盐穴储气库造腔模拟装置及方法，用以研究盐穴储气库水溶造腔机理，分析各因素对造腔的影响规律，优化造腔工艺参数，但是其溶腔过程采用工业CT监测(工业CT是工业用计算机断层成像技术的简称，它能在对检测物体无损伤条件下，以二维断层图像或三维立体图像的形式，展示被检测物体的内部结构、组成、材质及缺损状况)，不能让相关技术人员直观的观察到盐岩溶蚀及腔体扩展的过程。
[0005]如何实现盐岩溶腔模拟的可视化，对于盐岩溶腔模拟的溶腔形状控制模拟尤为重要。
【发明内容】
[0006]本发明的实施例的目的在于提供一种适用于单井盐穴的溶腔物理模拟装置及方法，用来直观的观察单井盐穴的溶腔物理模拟试验。
[0007]为实现上述目的，本发明可采用下列技术方案。
[0008]本发明实施例提供一种单井盐穴的溶腔物理模拟装置，它包括:透视系统和驱替系统；所述透视系统包括透视件，所述透视件用于与岩心相配合，从而与岩心形成密封的腔室；所述驱替系统包括分别与所述腔室连通的进液管和出液管，所述进液管上设置有用于将液体栗入的动力装置。
[0009]在本发明的一优选的实施例中，所述溶腔物理模拟装置还包括计量系统和数据采集系统。所述计量系统包括流量计、压力表、波美计和腔体形态监测仪，所述流量计、所述压力表设置在所述进液管上；所述流量计、所述压力表和所述波美计设置在所述出液管上；所述形态监测仪设置于所述透视系统外部；所述计量系统用于监测相关实验数据并将获得的实验数据输出。所述数据采集系统包括数据存储器，所述数据存储器与所述流量计、所述压力表、所述波美计、所述腔体形态监测仪信号相连，所述数据存储器用于接收并储存所述实验数据，所述数据存储器可以是计算机。
[0010]在本发明的一优选的实施例中，所述透视件为钢化玻璃，所述透视件与所述岩心之间通过胶水粘接，所述胶水可以为玻璃胶，所述岩心上钻有一孔径，将岩心沿钻孔切开并与钢化玻璃粘接密封，使其保证不渗漏。
[0011]在本发明的一优选的实施例中，所述腔体形态监测仪为摄像机，所述摄像机设置于所述透视系统的透视件一侧，所述摄像机能够实现对盐岩溶蚀及溶腔扩展过程的实时监测。
[0012]在本发明的一优选的实施例中，所述动力装置为恒速恒压栗，所述动力装置栗入的液体包括柴油、淡水或不饱和卤水中的一种或几种。
[0013]在本发明的一优选的实施例中，所述驱替系统还包括卤水罐，所述卤水罐与所述出液管相连，用于收集所述出液管排出的液体，所述波美计置于所述卤水罐中，用于用于测定一个造腔阶段的平均卤水浓度，优点是能够实现一段时间一测，满足实验分阶段计量的实验要求，操作方便灵活性高且也可满足实验需要。
[0014]本发明还提供了一种单井盐穴的溶腔物理模拟方法，它包括:选取岩心，并基于岩心选取与所述岩心匹配的透视系统和驱替系统；将所述动力装置与所述进液管连通，控制所述进液管栗入液体；通过所述流量计、所述压力表、所述波美计和所述腔体形态监测仪监测所述相关实验数据并将获得的实验数据输出；通过所述透视系统的透视件直接观察实验过程中所述岩心的溶腔模拟过程；通过所述数据采集系统接收所述实验数据，对所述岩心的溶腔模拟过程的分析。
[0015]在本发明的一优选的实施例中，按照量纲分析与相似原理来确定透视系统和驱替系统。
[0016]利用该装置可实现单井盐穴溶腔物理模拟实验中盐岩溶蚀及溶腔扩展过程直观的观察，研究盐穴储气库建库以及盐岩水溶采矿过程中溶腔机理，优化溶腔参数，指导现场施工。
【附图说明】
[0017]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1为本申请的一个实施例的单井盐穴的溶腔物理模拟装置结构示意图。
[0019]图2为图1中的单井盐穴的溶腔物理模拟装置透视系统结构的俯视图。
[0020]附图中的附图标记:1、数据存储器；2、恒速恒压栗；3、进液管；4、流量计；5、压力表；6、出液管；7、透视件；8、岩心；9、波美计；10、卤水罐；11、腔体形态监测仪；12、造腔管柱；13、溶腔。
【具体实施方式】
[0021]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0022]本发明提供一种单井盐穴的溶腔物理模拟装置，如图1所示，所述模拟装置包括透视系统和驱替系统。透视系统包括透视件7，透视件7用于与岩心相配合，从而与岩心形成密封的腔室；驱替系统包括进液管3、出液管6和设置在进液管3上用于将液体栗入的动力装置。
[0023]具体的，如图2所示的单井盐穴的溶腔物理模拟装置透视系统结构，透视件7基于岩心8选取的并与岩心8相配合，能够与岩心8形成密封的腔室。透视件7可以为硅酸盐玻璃、钢化玻璃、有机玻璃或其他不能与液体(水、柴油、卤水中的一种或几种)发生化学反应或析出上述液体的透明材料，透视件7只需要满足透明要求并能够对岩心8进行密封。相关实验人员即可通过透视件7观察透视件7另一侧岩心8中溶腔13的形成和扩展过程。优选地，透明件7的材料可以为钢化玻璃，钢化玻璃的耐压压强在O?IMPa之间，因而钢化玻璃还可以满足实验中压力承载要求。
[0024]在本实施方式中，岩心8上设有一个孔径，进液管3和出液管6可以套接形成一个组合的造腔管柱12，造腔管柱12伸入岩心8上的孔径内。当然的，在其他可选的实施方式中，进液管3和出液管6可以分别设置在岩心8上。另外，在其他可选的实施方式中，进液管3和出液管6也可以设置在透视件7上，或者设置在透视件7与岩心8之间处。
[0025]在模拟实验过程中，在栗入液体的溶蚀作用下，造腔管柱12下入处会形成一个溶腔13。透视件7和岩心8相配合，保证在进行溶腔模拟实验中卤水不会沿着透视件7与岩心8之间的密封处渗漏。
[0026]所述动力装置只要能够满足将液体栗入进液管3即可，所述动力装置栗入的液体包括柴油、淡水或不饱和卤水中的一种或几种。优选地，动力装置可以为恒速恒压栗2，恒速恒压栗2的耐压压强范围在O?20MPa，控制栗入液体流量为O?100ml/min之间。
[0027]在一个优选的实施方式中，透视件7和岩心8之间通过胶水粘接。所述胶水只需满足透视件7和岩心8之间的密封无渗漏即可，优选为玻璃胶。由于透视件7采用了钢化玻璃，钢化玻璃与岩心8之间采用玻璃胶粘接，更加简便易操作，密封效果良好。
[0028]在一个优选的实施方式中，溶腔物理模拟装置还可以包括计量系统和数据采集系统。具体的，计量系统包括流量计4、压力表5、波美计9和腔体形态监测仪11。进液管3上设有流量计4和压力表5，出液管6上设有流量计4、压力表5和波美计9。腔体形态监测仪11设置于透视件7外一侧。腔体形态监测仪11用于监测记录岩心8内部的溶腔过程中的溶腔13的形态变化。流量计4用于监测液体的流量，压力表5用于监测液体的压力，波美计9用于监测溶腔模拟过程中排出卤水的浓度。其中，流量计4测量范围O?lOOml/min ;压力表5测量范围O?20MPa ;波美计9测量浓度范围O?3301/g。数据采集系统包括数据存储器1，数据存储器I与流量计4、压力表5、波美计9和腔体形态监测仪11通过信号连接，用于接收并储存分析计量系统收集到的相关实验数据。数据存储器I可以是计算机或其他的数据存储介质，优选为计算机。
[0029]在上述优选的实施方式中，能够更加准确的得出并