盐穴储气库溶腔对流扩散物理模拟装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种盐穴储气库溶腔对流扩散物理模拟装置及方法，属于盐穴地下储气库建库【技术领域】。该盐穴储气库溶腔对流扩散物理模拟装置包括模拟箱、驱替泵、排放管、电导率仪、对着模拟箱的摄像设备、造腔管柱及电脑；驱替泵及排放管均连接于造腔管柱；驱替泵和模拟箱之间连接设有第一流量计；排放管上还设有第二流量计；摄像设备、第一流量计和第二流量计均可操作地连接于电脑。本发明在模拟箱内进行各种工作条件模拟，且驱替泵注入淡水和排放管排放卤水来制作扩散和对流现象，真实的反应了盐穴储气库造腔过程中的工作条件及环境，因此，在此基础上得出的加快盐岩造腔速度的方法及工艺参数也就真实、准确，有利于提高造腔速度和腔体形态控制。
【专利说明】盐穴储气库溶腔对流扩散物理模拟装置及方法
【技术领域】
[0001]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溶腔对流扩散物理模拟装置及方法。
【背景技术】
[0002]随着我国“西气东输”、“西气东输二线”以及川气东送、中緬管线等重要管线的运行或启动，国内对地下储气库的建设需求越来越高。我国盐岩资源丰富，多为层状盐层，盐层品位低且夹层多，相对国外盐丘造腔，我国盐穴腔体形态控制较难，溶腔形态多为不规则葫芦状，且造腔速度慢。
[0003]为了解决盐岩储气库造腔速度慢、腔体形态难控制的问题。一方面在盐穴储气库造腔施工之前，需要深入认识盐穴储气库造腔机理，在此基础上提出加快盐岩造腔速度的方法及工艺；另一方面采取一定的物理、数值计算的方法，进行盐岩储库造腔工艺参数优化，提出适合盐穴储气库造腔的工艺参数优化方案。
[0004]目前，国内主要采用数值模拟的方法优化造腔工艺参数，比如，中石油钻井院自主研发的地下储库工程设计与模拟分析软件，适用于我国多夹层盐穴储气库造腔。然而，盐穴储气库水溶建腔流体输运过程中，存在着扩散现象和对流现象:在溶蚀边界层内，流体输运主要表现为溶质的扩散作用；在循环管柱附近，流体输运主要靠强迫对流作用；而在两者之间，流体输运以自然对流为主，表现为在重力作用下的沉降扩散平衡。数值模拟的方法得到的造腔工艺参数一般都是会有假设的条件，计算结果存在一定的误差，需要物理模拟的方法作为补充。
【发明内容】
[0005]为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种盐穴储气库溶腔对流扩散物理模拟装置及方法。所述技术方案如下:
[0006]一方面，提供了一种盐穴储气库溶腔对流扩散物理模拟装置，其包括用于装卤水的模拟箱、用于抽注淡水的驱替泵、用于排放卤水的排放管、连接于模拟箱的电导率仪、摄像设备、连接于模拟箱的造腔管柱及电脑；驱替泵及排放管均连接于造腔管柱；摄像设备对着模拟箱，用于对模拟箱拍摄图像；驱替泵和模拟箱之间连接设有第一流量计；排放管上还设有第二流量计；摄像设备、第一流量计和第二流量计均可操作地连接于电脑。
[0007]进一步的，模拟箱设有一个固定孔，造腔管柱包括造腔外管及安装在造腔外管内的造腔内管；造腔外管可调整长度地安装于固定孔，驱替泵及排放管均连接于造腔内管。
[0008]进一步的，模拟箱包括一用于收容卤水的容液箱及盖合于容液箱的上盖，固定孔设置在上盖上。
[0009]进一步的，容液箱包括一个取样侧板，取样侧板上设有若干个取样孔，电导率仪连接任何一个取样孔。
[0010]进一步的，容液箱包括一个透明侧板，摄像设备对着透明侧板。[0011 ] 进一步的，摄像设备是数码相机或录像设备。
[0012]进一步的，驱替泵和模拟箱之间还连接设有第一压力传感器；排放管上还设有第二压力传感器。
[0013]另一方面，提供了一种盐穴储气库溶腔对流扩散物理模拟方法，其包括以下步骤:步骤一:将齒水充满模拟箱的容液箱；步骤二:将造腔管柱安插至容液箱内，并设定好造腔外管和造腔内管的两端口之间的距离、淡水和卤水的循环方式及淡水和卤水的流量；步骤三:向容液箱内注入淡水，并用摄像设备记录图像；步骤四:在容液箱中增加夹板，并多次重复步骤二和步骤三，且每一次均在步骤二中改变淡水和齒水的循环方式、造腔管柱插入容液箱内的深度及淡水和卤水的流量；步骤五:第一压力传感器、第一流量计、第二压力传感器及第二流量计、电导率仪及摄像设备中感测的数据和图像均输入至电脑。
[0014]进一步的，在步骤三中，向容液箱内注入淡水为蒸馏水。
[0015]进一步的，步骤一中的卤水浓度根据需要可调，且在步骤一或步骤三中，卤水和淡水中添加使卤水或淡水改变颜色的色计。
[0016]本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是:本发明的盐穴储气库溶腔对流扩散物理模拟装置及方法本通过在模拟箱内进行各种工作条件模拟，且通过驱替泵注入淡水和排放管排放卤水来制作扩散和对流现象，真实的反应了盐穴储气库造腔过程中的工作条件及环境，因此，第一压力传感器、第一流量计、第二压力传感器及第二流量计、电导率仪及摄像设备中感测的数据参数和图像均真实、准确，在此基础上得到的加快盐岩造腔速度的方法及工艺参数也就更加真实、准确，有利于提高造腔速度和腔体形态控制。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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是本发明的盐穴储气库溶腔对流扩散物理模拟装置的结构示意图，其包括模拟箱；
[0019]图2是图1中的模拟箱的结构放大示意图。
【具体实施方式】
[0020]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
[0021]请参照图1，本发明的盐穴储气库溶腔对流扩散物理模拟装置包括模拟箱1、连接于模拟箱I的驱替泵2、连接于模拟箱I的电导率仪3、摄像设备4、可操作地安装于模拟箱I的造腔管柱5及电脑(图未示)。
[0022]请结合参照图2，模拟箱I包括一用于收容卤水的容液箱11及盖合于容液箱11的上盖13。优选地，在本实施方式中，容液箱11为长度280mm X宽度250mm X高度400mm的无盖箱。优选地，在本实施方式中，上盖13通过若干螺钉15固定于容液箱11。容液箱11包括一个取样侧板17及一个透明侧板19。该取样侧板17上设有若干个取样孔171 ;优选地，在本实施方式中，取样孔171按照10行X6列的方式设置在取样侧板17上。优选地，透明侧板19可以为玻璃板。上盖13上设有一个固定孔(未标号)。容液箱11内可操作的设置至少一个夹板(图未示)。
[0023]造腔管柱5包括安装于模拟箱I的固定孔的造腔外管51及安装在造腔外管51内的造腔内管53。造腔管柱5深入模拟箱I内的长度可根据需要调整。
[0024]驱替泵2连接于造腔内管53，用于向容液箱11内抽注淡水。驱替泵2与容液箱11之间还设有第一压力传感器21及第一流量计23 ;其中，第一压力传感器21用于记录驱替泵2注入淡水的压力，第一流量计23用于记录驱替泵2采集注入淡水的速度。优选地，在本实施方式中，驱替泵2为Isco驱替泵。
[0025]造腔内管53内还连接有一个排放管7，且该排放管7上还设有第二压力传感器71及第二流量计73 ;其中，第二压力传感器71用于记录排放管7排出的卤水的压力，第二流量计73用于记录排放管7排出的卤水的速度。优选地，为了避免排出的卤水污染环境，排放管7还连接有一个用于收容排出的卤水的容器8。
[0026]电导率仪3连接任何一个取样孔171，用于测定模拟箱I的容液箱11内的卤水浓度。
[0027]摄像设备4对着容液箱11的透明侧板19，用于记录容液箱11内的流体运动图像。优选地，在本实施方式中，摄像设备4可以是数码相机或录像设备等。
[0028]使用本发明的盐穴储气库溶腔对流扩散物理模拟装置进行试验时，通过注入淡水改变容液箱11内卤水浓度，改变造腔管柱5插入容液箱11的深浅及在容液箱11内增加夹板等来改变工作条件，并通过摄像设备4记录不同卤水浓度及工作条件下的流体运动。之后，第一压力传感器21、第一流量计23、第二压力传感器71及第二流量计73、电导率仪3及摄像设备4中感测的数据参数和图像均输入至电脑，通过电脑的分析即可得出不同工作条件、卤水浓度分布及流体运动规律之间的关系，研究造腔过程中卤水浓度及流体运动规律，在此基础上提出加快盐岩造腔速度的方法及工艺，进行盐岩储库造腔工艺参数优化，提出腔体形态控制优化方案，从而提高造腔速度、腔体形态控制。
[0029]具体地，利用本发明的盐穴储气库溶腔对流扩散物理模拟装置的模拟方法如下:
[0030]步骤一:按照实验的需要或预定好的浓度，配置卤水，并将卤水充满模拟箱I的容液箱11;
[0031]步骤二:将造腔管柱5通过固定孔安插至容液箱11内，再设定好造腔外管51和造腔内管53的两端口之间的距离、淡水和卤水的循环方式及调整好淡水和卤水的流量。其中，第一压力传感器21用于记录驱替泵2注入淡水的压力，第一流量计23用于记录驱替泵2采集注入淡水的速度。第二压力传感器71用于记录排放管7排出的卤水的压力，第二流量计73用于记录排放管7排出的卤水的速度。
[0032]步骤三:通过驱替泵2向容液箱11内注入淡水，优选地，注入的淡水为蒸馏水；并用摄像设备4记录图像；进行一段时间后，通过电导率仪3测定卤水的浓度分布；优选地，在本实施方式中，向容液箱11内抽注的淡水或卤水中可添加色计以改变淡水或卤水的颜色，以便观察流线及对流扩散过程，并便于摄像设备4记录图像。
[0033]步骤四:在容液箱11中增加夹板，并多次重复上述步骤二和步骤三，且每一次都需在上述步骤二中改变淡水和卤水的循环方式、造腔管柱5插入容液箱11内的深度及淡水和卤水的流量。
[0034]步骤五:上述步骤三和步骤四中第一压力传感器21、第一流量计23、第二压力传感器71及第二流量计73、电导率仪3及摄像设备4中感测的数据参数和图像均输入至电脑，通过电脑的分析即可得出不同工作条件、卤水浓度分布及流体运动规律之间的关系，依次提出适合盐穴储气库造腔的工艺参数优化方案。
[0035]由上述叙述可知，本发明的盐穴储气库溶腔对流扩散物理模拟方法通过在模拟箱I内进行各种工作条件模拟，且通过驱替泵2注入淡水和排放管7排放卤水来制作扩散和对流现象，真实的反应了盐穴储气库造腔过程中的工作条件及环境，因此，第一压力传感器21、第一流量计23、第二压力传感器71及第二流量计73、电导率仪3及摄像设备4中感测的数据参数和图像均真实、准确，在此基础上得到的加快盐岩造腔速度的方法及工艺参数也就更加真实、准确，有利于提高造腔速度和腔体形态控制。
[0036]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种盐穴储气库溶腔对流扩散物理模拟装置，其特征在于，其包括用于装卤水的模拟箱(1)、用于抽注淡水的驱替泵(2)、用于排放卤水的排放管(7)、连接于所述模拟箱(1)的电导率仪(3)、摄像设备(4)、连接于所述模拟箱(1)的造腔管柱(5)及电脑； 所述驱替泵(2)及所述排放管(7)均连接于所述造腔管柱(5)； 所述摄像设备(4)对着所述模拟箱(1)，用于对所述模拟箱(1)拍摄图像； 所述驱替泵(2)和所述模拟箱(1)之间连接设有第一流量计(23)； 所述排放管(7)上还设有第二流量计(73)； 所述摄像设备(4)、所述第一流量计(23)和所述第二流量计(73)均可操作地连接于所述电脑。
2.根据权利要求1所述的盐穴储气库溶腔对流扩散物理模拟装置，其特征在于，所述模拟箱(1)设有一个固定孔，所述造腔管柱(5 )包括造腔外管(51)及安装在所述造腔外管(51)内的造腔内管(53);所述造腔外管(51)可调整长度地安装于所述固定孔，所述驱替泵(2 )及所述排放管(7 )均连接于所述造腔内管(53 )。
3.根据权利要求2所述的盐穴储气库溶腔对流扩散物理模拟装置，其特征在于，所述模拟箱(1)包括一用于收容卤水的容液箱(11)及盖合于所述容液箱(11)的上盖(13)，所述固定孔设置在所述上盖(13)上。
4.根据权利要求3所述的盐穴储气库溶腔对流扩散物理模拟装置，其特征在于，所述容液箱(11)包括一个取样侧板(17)，所述取样侧板(17)上设有若干个取样孔(171)，所述电导率仪(3)连接所述任何·一个取样孔(171)。
5.根据权利要求3所述的盐穴储气库溶腔对流扩散物理模拟装置，其特征在于，所述容液箱(11)包括一个透明侧板(19)，所述摄像设备(4)对着所述透明侧板(19)。
6.根据权利要求1所述的盐穴储气库溶腔对流扩散物理模拟装置，其特征在于，所述摄像设备(4)是数码相机或录像设备。
7.根据权利要求1所述的盐穴储气库溶腔对流扩散物理模拟装置，其特征在于，所述驱替泵(2)和所述模拟箱(1)之间还连接设有第一压力传感器(21);所述排放管(7)上还设有第二压力传感器(71)。
8.一种盐穴储气库溶腔对流扩散物理模拟方法，其利用上述权利要求1至7中任一项所述的盐穴储气库溶腔对流扩散物理模拟装置，其特征在于，所述盐穴储气库溶腔对流扩散物理模拟方法包括以下步骤: 步骤一:将卤水充满所述模拟箱(1)的容液箱(11); 步骤二:将所述造腔管柱(5)安插至所述容液箱(11)内，并设定好所述造腔外管(51)和所述造腔内管(53)的两端口之间的距离、淡水和卤水的循环方式及淡水和卤水的流量； 步骤三:向所述容液箱(11)内注入淡水，并用所述摄像设备(4)记录图像； 步骤四:在所述容液箱(11)中增加夹板，并多次重复所述步骤二和所述步骤三，且每一次均在所述步骤二中改变淡水和齒水的循环方式、所述造腔管柱(5)插入所述容液箱(11)内的深度及淡水和卤水的流量； 步骤五:所述第一压力传感器(21)、所述第一流量计(23)、所述第二压力传感器(71)及所述第二流量计(73)、所述电导率仪(3)及所述摄像设备(4)中感测的数据和图像均输入至所述电脑。
9.根据权利要求8所述的盐穴储气库溶腔对流扩散物理模拟装置，其特征在于，在所述步骤三中，向所述容液箱(11)内注入淡水为蒸馏水。
10.根据权利要求8所述的盐穴储气库溶腔对流扩散物理模拟装置，其特征在于，所述步骤一中的卤水浓度根据需要可调，且在所述步骤一或所述步骤三中，所述卤水和所述淡水中添加使所述卤 水或所述淡水改变颜色的色计。
【文档编号】G01M10/00GK103852239SQ201210502010
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2012年11月29日 优先权日:2012年11月29日
【发明者】班凡生, 袁光杰, 申瑞臣, 李景翠, 田中兰, 夏焱, 付利, 董胜祥, 路立君, 蓝海峰 申请人:中国石油天然气集团公司, 中国石油集团钻井工程技术研究院