盐穴储气库排卤管柱结晶模拟实验装置及其实验方法与流程

本发明涉及盐穴地下储气库建库技术领域，特别涉及一种盐穴储气库排卤管柱结晶模拟实验装置及其实验方法。

背景技术：

我国地下盐穴储气库建设起步较晚，在盐穴建库工程技术方面尚未形成完善成熟的技术体系。注气排卤工程是盐穴储气库进入运行阶段之前的关键工序，它是一种通过环空向盐穴腔体内注入天然气，利用气压将盐腔内饱和卤水从排卤管柱中置换出来的工艺方法。注气排卤的顺利与否直接关系到今后生产运行的实施和生产运行计划。在盐穴储气库注气排卤的过程中，可能会出现在管柱中出现卤水结晶的现象，当其结晶程度较大时，晶体会堵塞管柱，导致无法继续进行注气排卤的操作。

由于在实际注气排卤的操作过程中无法对管柱内部的情况进行实时观察，因此对导致卤水结晶堵管的影响因素了解不透彻，更加无法针对性的进行预防结晶和解堵的措施。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明通过对储气库现场工况数据和卤水结晶原理进行调研与分析，提供了一种盐穴储气库排卤管柱结晶模拟实验装置及其实验方法，通过该装置能够模拟盐穴储气库排卤工况、验证排卤管柱的结晶现象、探索结晶的影响因素。

本发明实施例的具体技术方案是：

一种盐穴储气库排卤管柱结晶模拟实验装置，其包括：

盐穴腔体模拟单元，所述盐穴腔体模拟单元包括：具有开口的储液装置；能对所述储液装置进行加热的加热装置；能测量所述储液装置内温度的第一测温装置；

模拟管柱单元，所述模拟管柱单元包括：多个相连接的管柱短节，至少部分所述管柱短节自所述开口插入所述储液装置中；能测量所述管柱短节内温度的第二测温装置；

模拟管柱冷却单元，所述模拟管柱冷却单元包括：套设在部分所述管柱短节外的冷凝管，所述冷凝管具有进液口和出液口；制冷压缩机，所述制冷压缩机分别与所述冷凝管的所述进液口和所述出液口相连通；

循环控制单元，所述循环控制单元包括：水箱，所述水箱与所述储液装置和所述管柱短节相连通；能驱动所述水箱内液体流向所述储液装置的泵体；能测量流经所述管柱短节液体流量的流量检测装置；

数据采集及控制单元，所述数据采集及控制单元采集所述第一测温装置和/或所述第二测温装置和/或所述流量检测装置的数据，同时控制所述加热装置和/或所述制冷压缩机和/或所述泵体。

在一种优选的实施方式中，所述水箱具有水箱出液口，所述储液装置具有储液装置进液口，所述泵体设置在所述水箱出液口与所述储液装置进液口之间，以驱动所述水箱内液体流向所述储液装置。

在一种优选的实施方式中，所述流量检测装置设置在所述管柱短节与所述水箱之间的管路上。

在一种优选的实施方式中，所述水箱与所述管柱短节之间通过耐高温软管相连接，所述水箱和所述储液装置之间通过耐高温软管相连接。

在一种优选的实施方式中，所述储液装置上具有第一法兰连接口，所述加热装置通过所述第一法兰连接口设置在所述储液装置内。

在一种优选的实施方式中，所述储液装置的开口处设置有第二法兰连接口，多个相连接的所述管柱短节通过所述第二法兰连接口插入所述储液装置。

在一种优选的实施方式中，所述储液装置具有排液口，所述排液口处设置有开关阀。

在一种优选的实施方式中，所述储液装置外部包裹有保温材料。

在一种优选的实施方式中，所述水箱外部包裹有保温材料。

在一种优选的实施方式中，所述储液装置的中部高度处开设有第一测温装置安装口，所述第一测温装置设置在第一测温装置安装口处。

在一种优选的实施方式中，多个相连接的所述管柱短节的出口处开设有第二测温装置安装口，所述第二测温装置能通过所述第二测温装置安装口安装在所述管柱短节上。

在一种优选的实施方式中，所述数据采集及控制单元包括：数据采集单元和装置控制单元，所述数据采集单元与所述第一测温装置、所述第二测温装置、所述流量检测装置相电性连接，所述装置控制单元与所述加热装置、所述制冷压缩机、所述泵体相电性连接。

在一种优选的实施方式中，所述储液装置和所述水箱由耐腐蚀、耐高温材料制成。

在一种优选的实施方式中，所述水箱具有敞口，自所述管柱短节排出的液体通过管路排向所述水箱的敞口。

一种采用上述盐穴储气库排卤管柱结晶模拟实验装置的盐穴储气库排卤管柱结晶模拟实验方法，其包括如下步骤：

开启所述泵体以驱使所述水箱中的卤水依次流入所述储液装置、所述管柱短节，并回流至所述水箱中，通过所述流量检测装置测量流经所述管柱短节的卤水流量至实验所需流量；

开启所述加热装置对所述储液装置内的水进行加热，通过所述第一测温装置测量所述储液装置内的水的温度以使所述加热装置将所述储液装置内的水加热至实验所需温度；

开启所述制冷压缩机对位于所述冷凝管内的所述管柱短节进行降温，通过所述第二测温装置测量所述管柱短节出口处的水的温度以使所述冷凝管将所述管柱短节内的水降低至实验所需温度；

待满足预设时间后，检测所述管柱短节上的结晶情况。

在一种优选的实施方式中，盐穴储气库排卤管柱结晶模拟实验方法还包括：

改变加热装置加热储液装置内卤水的温度、和/或改变冷凝管对所述管柱短节降温的温度、和/或改变卤水流经所述管柱短节的流量、和/或改变所述管柱短节的管壁特征，检测所述管柱短节上的不同的结晶情况；

根据不同条件下所述管柱短节上的结晶情况分析不同条件参数对结晶速度的影响规律。

本发明的技术方案具有以下显著有益效果：

本发明中的盐穴储气库排卤管柱结晶模拟实验装置及其方法能够模拟盐穴储气库排卤工况，通过改变初始卤水温度、卤水性质、排卤流量、降低排卤管柱的温度、管柱材料及表面特性等模拟各种不同工况下排卤管柱产生结晶现象，进而验证排卤管柱的结晶现象、探索结晶的影响因素，从而预防和解决施工时排卤管柱晶堵情况、优化排卤工艺、减少生产成本，对保证盐穴储气库注气排卤正常进行具有重要的意义。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1为本发明实施例中盐穴储气库排卤管柱结晶模拟实验装置的结构示意图。

以上附图的附图标记：

1、盐穴腔体模拟单元；11、储液装置；111、储液装置进液口；112、第一法兰连接口；113、第二法兰连接口；114、排液口；115、开关阀；116、第一测温装置安装口；12、加热装置；13、第一测温装置；2、模拟管柱单元；21、管柱短节；211、第二测温装置安装口；22、第二测温装置；3、模拟管柱冷却单元；31、冷凝管；311、进液口；312、出液口；32、制冷压缩机；4、循环控制单元；41、水箱；411、水箱出液口；42、泵体；43、流量检测装置；5、软管。

具体实施方式

结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

为了能够模拟盐穴储气库排卤工况、验证排卤管柱的结晶现象、探索结晶的影响因素，在本申请中提出了一种盐穴储气库排卤管柱结晶模拟实验装置，图1为本发明实施例中盐穴储气库排卤管柱结晶模拟实验装置的结构示意图，如图1所示，该盐穴储气库排卤管柱结晶模拟实验装置包括：盐穴腔体模拟单元1、模拟管柱单元2、模拟管柱冷却单元3、循环控制单元4和数据采集及控制单元。其中，盐穴腔体模拟单元1包括：具有开口的储液装置11；能对储液装置11进行加热的加热装置12；能测量储液装置11内温度的第一测温装置13。模拟管柱单元2包括：多个相连接的管柱短节21，至少部分管柱短节21自开口插入储液装置11中；能测量管柱短节21内温度的第二测温装置22。模拟管柱冷却单元3包括：套设在部分管柱短节21外的冷凝管31，冷凝管31具有进液口311和出液口312；制冷压缩机32，制冷压缩机32分别与冷凝管31的进液口311和出液口312相连通。循环控制单元4包括：水箱41，水箱41与储液装置11和管柱短节21相连通；能驱动水箱41内液体流向储液装置11的泵体42；能测量流经管柱短节21液体流量的流量检测装置43。数据采集及控制单元采集第一测温装置13和/或第二测温装置22和/或流量检测装置43的数据，同时控制加热装置12和/或制冷压缩机32和/或泵体42。

上述盐穴储气库排卤管柱结晶模拟实验装置的盐穴储气库排卤管柱结晶模拟实验方法包括如下步骤：

s100：开启泵体42以驱使水箱41中的卤水依次流入储液装置11、管柱短节21，并回流至水箱41中，通过流量检测装置43测量流经管柱短节21的卤水流量至实验所需流量。

s200开启加热装置12对储液装置11内的水进行加热，通过第一测温装置13测量储液装置11内的水的温度以使加热装置12将储液装置11内的水加热至实验所需温度。

s300：开启制冷压缩机32对位于冷凝管31内的管柱短节21进行降温，通过第二测温装置22测量管柱短节21出口处的水的温度以使冷凝管31将管柱短节21内的水降低至实验所需温度。

s400：待满足预设时间后，检测管柱短节21上的结晶情况。当管柱短节21上的温度降低至实验所需温度后，管柱短节21会出现结晶情况，当满足预设时间后，管柱短节21出现的结晶稳定。此时可以检测该实验条件下管柱短节21上的结晶情况。

本申请中的盐穴储气库排卤管柱结晶模拟实验装置通过上述步骤可以模拟盐穴储气库排卤工况以使得模拟管柱单元2中的管柱短节21在低温卤水的流动下产生结晶。为了能够进一步模拟各种不同工况下排卤管柱产生的结晶现象，探索结晶的影响因素，本申请中的盐穴储气库排卤管柱结晶模拟实验方法还可以包括如下步骤：

s500：改变加热装置12加热储液装置11内卤水的温度、和/或改变冷凝管31对管柱短节21降温的温度、和/或改变卤水流经管柱短节21的流量、和/或改变管柱短节21的管壁特征，检测管柱短节21上的不同的结晶情况。

s600：根据不同条件下管柱短节21上的结晶情况分析不同条件参数对结晶速度的影响规律。

本申请中的盐穴储气库排卤管柱结晶模拟实验装置及其实验方法通过改变初始卤水温度、卤水性质、排卤流量、降低排卤管柱的温度、管柱材料及表面特性等模拟各种不同工况下排卤管柱产生结晶现象，进而可以验证排卤管柱的结晶现象、探索结晶的影响因素，从而预防和解决施工时排卤管柱晶堵情况、优化排卤工艺、减少生产成本，对保证盐穴储气库注气排卤正常进行具有重要的意义。

为了能够更好的了解本申请中的盐穴储气库排卤管柱结晶模拟实验装置，下面将对其作进一步解释和说明。

盐穴腔体模拟单元1包括：具有开口的储液装置11；能对储液装置11进行加热的加热装置12；能测量储液装置11内温度的第一测温装置13。储液装置11可以是一个圆柱形的可以容置液体的罐体，其外部裹有保温材料，罐体呈圆柱形以及裹有保温材料的目的是为了减少罐体以及内部装载有液体时液体的热量损失。该储液装置11的壁面上开设有第一法兰连接口112，该第一法兰连接口112用于安装加热装置12。加热装置12通过该第一法兰连接口112插入储液装置11以使其设置在储液装置11内，进而能够对输入至储液装置11中的卤水进行加热。由于地下的卤水会被地热加温达到一个较高的温度，因此为了使得储液装置11内卤水与地下卤水相似，需要通过加热装置12进行加热以达到模拟地下卤水的目的，加热装置12将储液装置11内卤水加热至的温度为初始卤水温度。加热装置12与储液装置11之间可以通过法兰固定，并在法兰盘与储液装置11之间安装密封垫圈，防止储液罐内液体泄漏。储液装置11可以由耐腐蚀、耐高温材料制成，以承受卤水的腐蚀以及被加热后卤水的温度。储液装置11具有储液装置进液口111，该储液装置进液口111用于与水箱41相连通。储液装置11的底部具有排液口114，排液口114处设置有开关阀115。当需要将储液装置11内部的液体(卤水)排掉时，可以直接开启排液口114处的开关阀115。加热装置12临近于储液装置进液口111设置，如此，有利于对通入储液装置11的卤水进行加热。储液装置11具有一开口，该开口可以位于储液装置11的上端面中心位置，在该开口处设置有第二法兰连接口113，该第二法兰连接口113用插入安装多个相连接的管柱短节21。储液装置11的中部高度处开设有第一测温装置13安装口116，第一测温装置13设置在第一测温装置13安装口116处。第一测温装置13能够测得储液装置11中卤水被加热到的温度。

模拟管柱单元2包括：多个相连接的管柱短节21，至少部分管柱短节21自开口插入储液装置11中；能测量管柱短节21内温度的第二测温装置22。多个相连接的管柱短节21沿竖直方向设置，其通过储液装置11的第二法兰连接口113部分插入储液装置11中。多个相连接的管柱短节21的下部分插入至储液装置11内的下部。多个相连接的管柱短节21的上部分位于储液装置11外部。管柱短节21与储液装置11之间通过法兰固定，同时并在法兰盘与储液装置11之间安装密封垫圈。在多个相连接的管柱短节21的出口处开设有第二测温装置安装口211，第二测温装置22能通过第二测温装置安装口211安装在管柱短节21上。第二测温装置22用于测量卤水在管柱短节21的出口处的温度，进而可以计算得到模拟管柱冷却单元3对管柱短节21内卤水冷却的温度值。多个相连接的管柱短节21的出口为多个相连接的管柱短节21的上端端末。储液装置11中的卤水通过多个相连接的管柱短节21的下端流入多个相连接的管柱短节21，再从上端流出。

模拟管柱冷却单元3包括：套设在部分管柱短节21外的冷凝管31，冷凝管31具有进液口311和出液口312；制冷压缩机32，制冷压缩机32分别与冷凝管31的进液口311和出液口312相连通。冷凝管31套设在处于储液装置11外的管柱短节21上，冷凝管31的上下两端密封，冷凝管31与管柱短节21之间可以流入冷却液。冷凝管31具有进液口311和出液口312，冷凝管31的进液口311和出液口312分别与制冷压缩机32的两端相连接。制冷压缩机32用于产生冷却液通过冷凝管31以对流经管柱短节21内的卤水进行冷却，冷却的温度值即为降低排卤管柱的温度，卤水在管柱短节21内温度低至一定程度时会产生结晶现象，以模拟在盐穴储气库注气排卤的过程中，可能会出现在管柱中出现的卤水结晶的现象。

循环控制单元4包括：水箱41，水箱41与储液装置11和管柱短节21相连通；能驱动水箱41内液体流向储液装置11的泵体42；能测量流经管柱短节21液体流量的流量检测装置43。水箱41具有敞口，水箱41通过该敞口与模拟管柱单元2的上端出口相连通，自管柱单元的上端出口排出的卤水排至该水箱41中。该敞口的另一目的是使得水箱41与大气相连通，以便水箱41内存储的卤水的输出或回收管柱单元的上端出口排出的卤水。水箱41也可以呈圆柱形，其外部可以裹有保温材料，如此以减小水箱41以及内部存储的卤水的热量损失。水箱41也可以由耐腐蚀、耐高温材料制成，以承受卤水的腐蚀以及卤水的温度。水箱41具有水箱出液口411，该水箱出液口411用于与储液装置进液口111相连通。泵体42可以是离心泵，其设置在水箱出液口411与储液装置进液口111之间，以驱动水箱41内液体流向储液装置11。为了测量流经管柱短节21液体流量，流量检测装置43可以设置在管柱短节21与水箱41之间的管路上。当卤水自管柱短节21通过管路回流至水箱41时，便能够测得流经管柱短节21的液体流量，该流量即为排卤流量。水箱41与管柱短节21之间通过耐高温软管5相连接，水箱41和储液装置11之间通过耐高温软管5相连接。

数据采集及控制单元采集第一测温装置13和/或第二测温装置22和/或流量检测装置43的数据，同时控制加热装置12和/或制冷压缩机32和/或泵体42。具体而言，数据采集及控制单元包括：数据采集单元和装置控制单元，数据采集单元与第一测温装置13、第二测温装置22、流量检测装置43相电性连接，装置控制单元与加热装置12、制冷压缩机32、泵体42相电性连接。数据采集单元用于采集盐穴储气库排卤管柱结晶模拟实验装置在运行过程中第一测温装置13、第二测温装置22、流量检测装置43的相应数据，装置控制单元则用于控制盐穴储气库排卤管柱结晶模拟实验装置在运行过程中的加热装置12、制冷压缩机32、泵体42，并且可以改变初始卤水温度、排卤流量、降低排卤管柱的温度等以模拟各种不同工况下排卤管柱产生结晶现象，同时还可以改变实验过程中所使用的卤水性质、管柱短节21的材料或管柱短节21内部的表面特性等，进一步模拟更多种工况下排卤管柱产生结晶现象，进而验证排卤管柱的结晶现象、探索结晶的影响因素。

多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。