互层盐岩的应力-化学耦合可视化试验系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种互层盐岩的应力?化学耦合可视化试验系统，包括试件夹持器、轴向化学溶液添加系统、围压加载系统、以及核磁共振成像系统；夹持器包括管状器体、上堵头、下堵头、上顶头、下顶头、管状密封套、加热层等；本发明试验系统，试验时能方便的控制和调节其化学溶液的压力、温度、试件所受的围压力和所处的温度环境，再借助于核磁共振成像系统，能可视化分析互层盐岩在一定围压条件下，石油在层理带的渗流路径及渗透量；能模拟当围岩在应力作用下开裂损伤后，液体溶液沿裂隙渗入对盐岩或夹层产生不同程度的腐蚀作用，弱化围岩，促进新的裂隙产生这种耦合叠加效应，揭示盐穴储油过程层理的应力?化学耦合效应及渗透性。
【专利说明】
互层盐岩的应力-化学耦合可视化试验系统
技术领域
[0001]本发明涉及试验设备，特别涉及一种研究盐岩在多场耦合作用下长期蠕变的试验设备。
【背景技术】
[0002]石油作为工业的血液，在国民经济中占据着非常重要的地位。一旦发生石油危机，将引发经济衰退、社会动荡等严重后果。中国自改革开放以来经济一直保持高速发展，对于石油的需求也与日倶增。根据中国石油集团经济技术研究院2016年发布的《国内外油气行业发展报告》指出，2015年我国石油消耗量为5.43亿立方米，对外依存度高达60.6%。我国油气产能严重不足，必须大量依赖于进口。然而，对外石油依存度越高，我国石油市场受国际环境的影响就越大，能源潜在危机就越突出，如果在世界的政治、经济和军事等不利形势的影响下，就有可能发生石油不足甚至石油危机等严重后果。
[0003]2015年10月23日上午，“第三届盐穴利用国际研讨会”在北京举办，会上来自中国、德国、法国、奥地利的100余名专家学者围绕“盐穴资源的经济开发与技术安全”主题开展了学术研讨和技术交流，其中盐穴储油、盐穴综合利用等前沿问题引起了学者广泛关注。会上，中国盐业总公司董事长-李耀强指出，“中国虽然有着丰富的岩盐资源，但是目前已被利用的盐穴数量并不多，如技术方法科学正确，盐穴利用可以提供原油、成品油、天然气和一些工业废料的理想存储空间，但如方法不得当，无论是在开采的过程中，还是在储库的使用过程中，将成为一个安全隐患。”
[0004]利用多夹层盐穴进行原油等物质储存必须考虑石油等化学溶液与围岩的相互作用关系。地下盐穴储库埋深大使得存储石油静水压大，特别是注采过程中较大的压差变化会加速岩体损伤，再加之油/卤水的化学侵蚀劣化作用，使地下储库的环境更加复杂，对其安全状态更加难以预测。因此，需要开发相应的试验装置研究盐穴原油注采过程围岩层理的应力-化学耦合效应，实现对围岩的稳定性分析及预测。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明的目的是提供一种互层盐岩的应力-化学耦合可视化试验系统，以模拟石油等化学溶液与围岩的相互作用环境，研究盐穴原油注采过程围岩层理的应力_化学耦合效应，实现对围岩的稳定性分析及预测。
[0006]本发明互层盐岩的应力-化学耦合可视化试验系统，包括试件夹持器、轴向化学溶液添加系统、围压加载系统、以及核磁共振成像系统；
[0007]所述夹持器包括管状器体，所述管状器体的两端管孔中设置上堵头和下堵头，所述管状器体的端部上还设置有固定下堵头的下堵头固定座，所述上堵头位于管状器体内的一端上设置有上顶头，所述下堵头位于管状器体内的一端上设置有下顶头，上顶头和下顶头之间设置有试件；
[0008]所述管状器体还包括两端分别连接在上堵头和下堵头上的管状密封胶套，所述上顶头、下顶头和试件位于管状密封胶套中；
[0009]所述管状器体的内管壁上设置有加热层，管状器体的外管壁上设置有保温层，所述加热层和管状密封套之间的空间为围压室，所述管状器体上设置有检测围压室内温度的第一温度传感器，管状器体的两端上分别设置有与围压室连通的围压进油管孔和围压卸油管孔，所述围压加载系统的出油口与围压进油管孔连接，所述保温层外套有核磁共振成像系统的核磁共振线圈；
[0010]所述试件上的两端设置有沿轴向延伸的化学溶液通道，所述上堵头上设置有与试件上化学溶液通道连接的上进液管孔，所下堵头和下堵头固定座上设置有与试件上化学溶液通道连接的下进液管孔;所述上进液管孔和下进液管孔分别与轴向化学溶液添加系统的出液口连接。
[0011 ]进一步，所述轴向化学溶液添加系统包括化学溶液容器和进液口设置在化学溶液容器中的压力栗，所述压力栗的出液口侧管路上依次设置有流量计、第二温度传感器、第一自动控温加热器、第三温度传感器、第一压力传感器和第四温度传感器，所述压力传感器和第四温度传感器之间的管路上设置有第一支管，所述第一支管上连接有真空栗，所述第四温度传感器的出液口侧管路上设置有第二支管，所述第二支管上设置有手动开关阀。
[0012]进一步，所述围压加载系统包括围压栗，所述围压栗的出液口侧管路上设置有第二自动控温加热器、第五温度传感器和第二压力传感器。
[0013]进一步，所述加热层为螺旋换热管或带环形储液腔的环套，所述管状器体上设置有与螺旋换热管或带环形储液腔的环套连接的加热油进入管孔和加热油排出管孔。
[0014]本发明的有益效果:
[0015]本发明互层盐岩的应力-化学耦合可视化试验系统，其试件上两端的化学溶液通道可以为盲孔，也可以为同轴连通的通孔，可根据试验需要选择;试验时化学溶液通道内充满溶液，且溶液的压力、温度可通过轴向化学溶液添加系统调节，结合围压加载系统调节试件所受的围压力和加热层调节试件所处的温度环境，能够模拟石油储存过程高静水油压及注采油过程;再借助于核磁共振成像系统，能可视化分析互层盐岩在一定围压条件下，石油在层理带的渗流路径及渗透量。因此，本试验系统充分考虑了盐穴在储存石油过程，腔体围岩同时受到地应力、原油介质渗透腐蚀共同作用;本试验系统能对比分析原油溶液腐蚀后盐岩的变形特性、强度特性及其微细观结构特征，并监测化学溶液中关键离子浓度的变化规律，探讨盐岩试样的油化学腐蚀效果。本试验系统能模拟当围岩在应力作用下开裂损伤后，液体溶液沿裂隙渗入对盐岩或夹层产生不同程度的腐蚀作用，弱化围岩，促进新的裂隙产生这种耦合叠加效应，揭示盐穴储油过程层理的应力-化学耦合效应及渗透性。
【附图说明】
[0016]图1为本发明互层盐岩的应力-化学耦合可视化试验系统的结构示意图；
[0017]图2为图1中P部夹持器的剖视结构示意图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
[0019]如图所示，本实施例互层盐岩的应力-化学耦合可视化试验系统，包括试件夹持器、轴向化学溶液添加系统、围压加载系统、以及核磁共振成像系统；
[0020]所述夹持器包括管状器体I，所述管状器体的两端管孔中设置上堵头2和下堵头3，所述管状器体的端部上还设置有固定下堵头的下堵头固定座4，所述上堵头位于管状器体内的一端上设置有上顶头5，所述下堵头位于管状器体内的一端上设置有下顶头6，上顶头和下顶头之间设置有试件7;
[0021]所述管状器体还包括两端分别连接在上堵头和下堵头上的管状密封套8，所述上顶头、下顶头和试件位于管状密封套中，本实施例中的管状密封套通过卡箍36与堵头连接，连接简单方便；
[0022]所述管状器体的内管壁上设置有加热层9，管状器体的外管壁上设置有保温层10，所述加热层和管状密封套之间的空间为围压室11，所述管状器体上设置有检测围压室内温度的第一温度传感器12，管状器体的两端上分别设置有与围压室连通的围压进油管孔13和围压卸油管孔14，所述围压加载系统的出油口与围压进油管孔连接，所述保温层外套有核磁共振成像系统的核磁共振线圈15;
[0023]所述试件的两端设置有沿轴向延伸的化学溶液通道，如图1所示，本实施例中试件上两端的化学溶液通道可以为盲孔，所述上堵头上设置有与试件上化学溶液通道连接的上进液管孔16，所下堵头和下堵头固定座上设置有与试件上化学溶液通道连接的下进液管孔17;所述上进液管孔和下进液管孔分别与轴向化学溶液添加系统的出液口连接。
[0024]本实施例互层盐岩的应力-化学耦合可视化试验系统，其试件上两端的化学溶液通道可以为盲孔，当然在不同试验中试件上两端的化学溶液通道也可以为同轴连通的通孔，可根据试验需要选择;试验时化学溶液通道内充满溶液，且溶液的压力、温度可通过轴向化学溶液添加系统调节，结合围压加载系统调节试件所受的围压力和加热层调节试件所处的温度环境，能够模拟石油储存过程高静水油压及注采油过程;再借助于核磁共振成像系统，能可视化分析互层盐岩在一定围压条件下，石油在层理带的渗流路径及渗透量。因此，本试验系统充分考虑了盐穴在储存石油过程，腔体围岩同时受到地应力、原油介质渗透腐蚀共同作用；本试验系统能对比分析原油溶液腐蚀后盐岩的变形特性、强度特性及其微细观结构特征，并监测化学溶液中关键离子浓度的变化规律，探讨盐岩试样的油化学腐蚀效果。本试验系统能模拟当围岩在应力作用下开裂损伤后，液体溶液沿裂隙渗入对盐岩或夹层产生不同程度的腐蚀作用，弱化围岩，促进新的裂隙产生这种耦合叠加效应，揭示盐穴储油过程层理的应力-化学耦合效应及渗透性。
[0025]本实施例中，所述轴向化学溶液添加系统包括化学溶液容器18和进液口设置在化学溶液容器中的压力栗19，所述压力栗的出液口侧管路上依次设置有流量计20、第二温度传感器21、第一自动控温加热器22、第三温度传感器23、第一压力传感器24和第四温度传感器25，所述压力传感器和第四温度传感器之间的管路上设置有第一支管26，所述第一支管上连接有真空栗27，所述第四温度传感器的出液口侧管路上设置有第二支管28，所述第二支管上设置有手动开关阀29。
[0026]本实施例中的轴向化学溶液添加系统能方便的调节进入试件的化学溶液的压力和温度，试验控制简单。
[0027]本实施例中，所述围压加载系统包括围压栗30，所述围压栗的出液口侧管路上设置有第二自动控温加热器31、第五温度传感器32和第二压力传感器33。
[0028]本实施例中的围压加载系统能方便的调节进入围压室的压力油的压力和温度，试验控制简单。
[0029]本实施例中，所述加热层9为螺旋换热管，当然在不同实施例中加热层也可为带环形储液腔的环套或其它结构，所述管状器体上设置有与螺旋换热管连接的加热油进入管孔34和加热油排出管孔35 ；加热层结构简单，容易实施。
[0030]最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【主权项】
1.一种互层盐岩的应力-化学耦合可视化试验系统，其特征在于:包括试件夹持器、轴向化学溶液添加系统、围压加载系统、以及核磁共振成像系统； 所述夹持器包括管状器体，所述管状器体的两端管孔中设置上堵头和下堵头，所述管状器体的端部上还设置有固定下堵头的下堵头固定座，所述上堵头位于管状器体内的一端上设置有上顶头，所述下堵头位于管状器体内的一端上设置有下顶头，上顶头和下顶头之间设置有试件； 所述管状器体还包括两端分别连接在上堵头和下堵头上的管状密封套，所述上顶头、下顶头和试件位于管状密封套中； 所述管状器体的内管壁上设置有加热层，管状器体的外管壁上设置有保温层，所述加热层和管状密封套之间的空间为围压室，所述管状器体上设置有检测围压室内温度的第一温度传感器，管状器体的两端上分别设置有与围压室连通的围压进油管孔和围压卸油管孔，所述围压加载系统的出油口与围压进油管孔连接，所述保温层外套有核磁共振成像系统的核磁共振线圈； 所述试件的两端设置有沿轴向延伸的化学溶液通道，所述上堵头上设置有与试件上化学溶液通道连接的上进液管孔，所下堵头和下堵头固定座上设置有与试件上化学溶液通道连接的下进液管孔;所述上进液管孔和下进液管孔分别与轴向化学溶液添加系统的出液口连接。2.根据权利要求1所述的互层盐岩的应力-化学耦合可视化试验系统，其特征在于:所述轴向化学溶液添加系统包括化学溶液容器和进液口设置在化学溶液容器中的压力栗，所述压力栗的出液口侧管路上依次设置有流量计、第二温度传感器、第一自动控温加热器、第三温度传感器、第一压力传感器和第四温度传感器，所述压力传感器和第四温度传感器之间的管路上设置有第一支管，所述第一支管上连接有真空栗，所述第四温度传感器的出液口侧管路上设置有第二支管，所述第二支管上设置有手动开关阀。3.根据权利要求1所述的互层盐岩的应力-化学耦合可视化试验系统，其特征在于:所述围压加载系统包括围压栗，所述围压栗的出液口侧管路上设置有第二自动控温加热器、第五温度传感器和第二压力传感器。4.根据权利要求1所述的互层盐岩的应力-化学耦合可视化试验系统，其特征在于:所述加热层为螺旋换热管或带环形储液腔的环套，所述管状器体上设置有与螺旋换热管或带环形储液腔的环套连接的加热油进入管孔和加热油排出管孔。
【文档编号】G01N17/00GK105973781SQ201610270252
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年4月27日
【发明人】陈结, 刘伟, 康燕飞, 姜德义, 彭辉华, 卢丹, 周建坤
【申请人】重庆大学