鹽穴儲氣庫溶腔對流擴散物理模擬裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鹽穴儲氣庫溶腔對流擴散物理模擬裝置及方法，屬于鹽穴地下儲氣庫建庫【技術領域】。該鹽穴儲氣庫溶腔對流擴散物理模擬裝置包括模擬箱、驅替泵、排放管、電導率儀、對著模擬箱的攝像設備、造腔管柱及電腦；驅替泵及排放管均連接于造腔管柱；驅替泵和模擬箱之間連接設有第一流量計；排放管上還設有第二流量計；攝像設備、第一流量計和第二流量計均可操作地連接于電腦。本發(fā)明在模擬箱內(nèi)進行各種工作條件模擬，且驅替泵注入淡水和排放管排放鹵水來制作擴散和對流現(xiàn)象，真實的反應了鹽穴儲氣庫造腔過程中的工作條件及環(huán)境，因此，在此基礎上得出的加快鹽巖造腔速度的方法及工藝參數(shù)也就真實、準確，有利于提高造腔速度和腔體形態(tài)控制。
【專利說明】鹽穴儲氣庫溶腔對流擴散物理模擬裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及鹽穴地下儲氣庫建庫【技術領域】，特別涉及一種鹽穴儲氣庫溶腔對流擴散物理模擬裝置及方法。
【背景技術】
[0002]隨著我國“西氣東輸”、“西氣東輸二線”以及川氣東送、中緬管線等重要管線的運行或啟動，國內(nèi)對地下儲氣庫的建設需求越來越高。我國鹽巖資源豐富，多為層狀鹽層，鹽層品位低且夾層多，相對國外鹽丘造腔，我國鹽穴腔體形態(tài)控制較難，溶腔形態(tài)多為不規(guī)則葫蘆狀，且造腔速度慢。
[0003]為了解決鹽巖儲氣庫造腔速度慢、腔體形態(tài)難控制的問題。一方面在鹽穴儲氣庫造腔施工之前，需要深入認識鹽穴儲氣庫造腔機理，在此基礎上提出加快鹽巖造腔速度的方法及工藝；另一方面采取一定的物理、數(shù)值計算的方法，進行鹽巖儲庫造腔工藝參數(shù)優(yōu)化，提出適合鹽穴儲氣庫造腔的工藝參數(shù)優(yōu)化方案。
[0004]目前，國內(nèi)主要采用數(shù)值模擬的方法優(yōu)化造腔工藝參數(shù)，比如，中石油鉆井院自主研發(fā)的地下儲庫工程設計與模擬分析軟件，適用于我國多夾層鹽穴儲氣庫造腔。然而，鹽穴儲氣庫水溶建腔流體輸運過程中，存在著擴散現(xiàn)象和對流現(xiàn)象:在溶蝕邊界層內(nèi)，流體輸運主要表現(xiàn)為溶質的擴散作用；在循環(huán)管柱附近，流體輸運主要靠強迫對流作用；而在兩者之間，流體輸運以自然對流為主，表現(xiàn)為在重力作用下的沉降擴散平衡。數(shù)值模擬的方法得到的造腔工藝參數(shù)一般都是會有假設的條件，計算結果存在一定的誤差，需要物理模擬的方法作為補充。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術的問題，本發(fā)明實施例提供了一種鹽穴儲氣庫溶腔對流擴散物理模擬裝置及方法。所述技術方案如下:
[0006]一方面，提供了一種鹽穴儲氣庫溶腔對流擴散物理模擬裝置，其包括用于裝鹵水的模擬箱、用于抽注淡水的驅替泵、用于排放鹵水的排放管、連接于模擬箱的電導率儀、攝像設備、連接于模擬箱的造腔管柱及電腦；驅替泵及排放管均連接于造腔管柱；攝像設備對著模擬箱，用于對模擬箱拍攝圖像；驅替泵和模擬箱之間連接設有第一流量計；排放管上還設有第二流量計；攝像設備、第一流量計和第二流量計均可操作地連接于電腦。
[0007]進一步的，模擬箱設有一個固定孔，造腔管柱包括造腔外管及安裝在造腔外管內(nèi)的造腔內(nèi)管；造腔外管可調(diào)整長度地安裝于固定孔，驅替泵及排放管均連接于造腔內(nèi)管。
[0008]進一步的，模擬箱包括一用于收容鹵水的容液箱及蓋合于容液箱的上蓋，固定孔設置在上蓋上。
[0009]進一步的，容液箱包括一個取樣側板，取樣側板上設有若干個取樣孔，電導率儀連接任何一個取樣孔。
[0010]進一步的，容液箱包括一個透明側板，攝像設備對著透明側板。[0011 ] 進一步的，攝像設備是數(shù)碼相機或錄像設備。
[0012]進一步的，驅替泵和模擬箱之間還連接設有第一壓力傳感器；排放管上還設有第二壓力傳感器。
[0013]另一方面，提供了一種鹽穴儲氣庫溶腔對流擴散物理模擬方法，其包括以下步驟:步驟一:將齒水充滿模擬箱的容液箱；步驟二:將造腔管柱安插至容液箱內(nèi)，并設定好造腔外管和造腔內(nèi)管的兩端口之間的距離、淡水和鹵水的循環(huán)方式及淡水和鹵水的流量；步驟三:向容液箱內(nèi)注入淡水，并用攝像設備記錄圖像；步驟四:在容液箱中增加夾板，并多次重復步驟二和步驟三，且每一次均在步驟二中改變淡水和齒水的循環(huán)方式、造腔管柱插入容液箱內(nèi)的深度及淡水和鹵水的流量；步驟五:第一壓力傳感器、第一流量計、第二壓力傳感器及第二流量計、電導率儀及攝像設備中感測的數(shù)據(jù)和圖像均輸入至電腦。
[0014]進一步的，在步驟三中，向容液箱內(nèi)注入淡水為蒸餾水。
[0015]進一步的，步驟一中的鹵水濃度根據(jù)需要可調(diào)，且在步驟一或步驟三中，鹵水和淡水中添加使鹵水或淡水改變顏色的色計。
[0016]本發(fā)明實施例提供的技術方案帶來的有益效果是:本發(fā)明的鹽穴儲氣庫溶腔對流擴散物理模擬裝置及方法本通過在模擬箱內(nèi)進行各種工作條件模擬，且通過驅替泵注入淡水和排放管排放鹵水來制作擴散和對流現(xiàn)象，真實的反應了鹽穴儲氣庫造腔過程中的工作條件及環(huán)境，因此，第一壓力傳感器、第一流量計、第二壓力傳感器及第二流量計、電導率儀及攝像設備中感測的數(shù)據(jù)參數(shù)和圖像均真實、準確，在此基礎上得到的加快鹽巖造腔速度的方法及工藝參數(shù)也就更加真實、準確，有利于提高造腔速度和腔體形態(tài)控制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0018]圖1是本發(fā)明的鹽穴儲氣庫溶腔對流擴散物理模擬裝置的結構示意圖，其包括模擬箱；
[0019]圖2是圖1中的模擬箱的結構放大示意圖。
【具體實施方式】
[0020]為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。
[0021]請參照圖1，本發(fā)明的鹽穴儲氣庫溶腔對流擴散物理模擬裝置包括模擬箱1、連接于模擬箱I的驅替泵2、連接于模擬箱I的電導率儀3、攝像設備4、可操作地安裝于模擬箱I的造腔管柱5及電腦(圖未示)。
[0022]請結合參照圖2，模擬箱I包括一用于收容鹵水的容液箱11及蓋合于容液箱11的上蓋13。優(yōu)選地，在本實施方式中，容液箱11為長度280mm X寬度250mm X高度400mm的無蓋箱。優(yōu)選地，在本實施方式中，上蓋13通過若干螺釘15固定于容液箱11。容液箱11包括一個取樣側板17及一個透明側板19。該取樣側板17上設有若干個取樣孔171 ;優(yōu)選地，在本實施方式中，取樣孔171按照10行X6列的方式設置在取樣側板17上。優(yōu)選地，透明側板19可以為玻璃板。上蓋13上設有一個固定孔(未標號)。容液箱11內(nèi)可操作的設置至少一個夾板(圖未示)。
[0023]造腔管柱5包括安裝于模擬箱I的固定孔的造腔外管51及安裝在造腔外管51內(nèi)的造腔內(nèi)管53。造腔管柱5深入模擬箱I內(nèi)的長度可根據(jù)需要調(diào)整。
[0024]驅替泵2連接于造腔內(nèi)管53，用于向容液箱11內(nèi)抽注淡水。驅替泵2與容液箱11之間還設有第一壓力傳感器21及第一流量計23 ;其中，第一壓力傳感器21用于記錄驅替泵2注入淡水的壓力，第一流量計23用于記錄驅替泵2采集注入淡水的速度。優(yōu)選地，在本實施方式中，驅替泵2為Isco驅替泵。
[0025]造腔內(nèi)管53內(nèi)還連接有一個排放管7，且該排放管7上還設有第二壓力傳感器71及第二流量計73 ;其中，第二壓力傳感器71用于記錄排放管7排出的鹵水的壓力，第二流量計73用于記錄排放管7排出的鹵水的速度。優(yōu)選地，為了避免排出的鹵水污染環(huán)境，排放管7還連接有一個用于收容排出的鹵水的容器8。
[0026]電導率儀3連接任何一個取樣孔171，用于測定模擬箱I的容液箱11內(nèi)的鹵水濃度。
[0027]攝像設備4對著容液箱11的透明側板19，用于記錄容液箱11內(nèi)的流體運動圖像。優(yōu)選地，在本實施方式中，攝像設備4可以是數(shù)碼相機或錄像設備等。
[0028]使用本發(fā)明的鹽穴儲氣庫溶腔對流擴散物理模擬裝置進行試驗時，通過注入淡水改變?nèi)菀合?1內(nèi)鹵水濃度，改變造腔管柱5插入容液箱11的深淺及在容液箱11內(nèi)增加夾板等來改變工作條件，并通過攝像設備4記錄不同鹵水濃度及工作條件下的流體運動。之后，第一壓力傳感器21、第一流量計23、第二壓力傳感器71及第二流量計73、電導率儀3及攝像設備4中感測的數(shù)據(jù)參數(shù)和圖像均輸入至電腦，通過電腦的分析即可得出不同工作條件、鹵水濃度分布及流體運動規(guī)律之間的關系，研究造腔過程中鹵水濃度及流體運動規(guī)律，在此基礎上提出加快鹽巖造腔速度的方法及工藝，進行鹽巖儲庫造腔工藝參數(shù)優(yōu)化，提出腔體形態(tài)控制優(yōu)化方案，從而提高造腔速度、腔體形態(tài)控制。
[0029]具體地，利用本發(fā)明的鹽穴儲氣庫溶腔對流擴散物理模擬裝置的模擬方法如下:
[0030]步驟一:按照實驗的需要或預定好的濃度，配置鹵水，并將鹵水充滿模擬箱I的容液箱11;
[0031]步驟二:將造腔管柱5通過固定孔安插至容液箱11內(nèi)，再設定好造腔外管51和造腔內(nèi)管53的兩端口之間的距離、淡水和鹵水的循環(huán)方式及調(diào)整好淡水和鹵水的流量。其中，第一壓力傳感器21用于記錄驅替泵2注入淡水的壓力，第一流量計23用于記錄驅替泵2采集注入淡水的速度。第二壓力傳感器71用于記錄排放管7排出的鹵水的壓力，第二流量計73用于記錄排放管7排出的鹵水的速度。
[0032]步驟三:通過驅替泵2向容液箱11內(nèi)注入淡水，優(yōu)選地，注入的淡水為蒸餾水；并用攝像設備4記錄圖像；進行一段時間后，通過電導率儀3測定鹵水的濃度分布；優(yōu)選地，在本實施方式中，向容液箱11內(nèi)抽注的淡水或鹵水中可添加色計以改變淡水或鹵水的顏色，以便觀察流線及對流擴散過程，并便于攝像設備4記錄圖像。
[0033]步驟四:在容液箱11中增加夾板，并多次重復上述步驟二和步驟三，且每一次都需在上述步驟二中改變淡水和鹵水的循環(huán)方式、造腔管柱5插入容液箱11內(nèi)的深度及淡水和鹵水的流量。
[0034]步驟五:上述步驟三和步驟四中第一壓力傳感器21、第一流量計23、第二壓力傳感器71及第二流量計73、電導率儀3及攝像設備4中感測的數(shù)據(jù)參數(shù)和圖像均輸入至電腦，通過電腦的分析即可得出不同工作條件、鹵水濃度分布及流體運動規(guī)律之間的關系，依次提出適合鹽穴儲氣庫造腔的工藝參數(shù)優(yōu)化方案。
[0035]由上述敘述可知，本發(fā)明的鹽穴儲氣庫溶腔對流擴散物理模擬方法通過在模擬箱I內(nèi)進行各種工作條件模擬，且通過驅替泵2注入淡水和排放管7排放鹵水來制作擴散和對流現(xiàn)象，真實的反應了鹽穴儲氣庫造腔過程中的工作條件及環(huán)境，因此，第一壓力傳感器21、第一流量計23、第二壓力傳感器71及第二流量計73、電導率儀3及攝像設備4中感測的數(shù)據(jù)參數(shù)和圖像均真實、準確，在此基礎上得到的加快鹽巖造腔速度的方法及工藝參數(shù)也就更加真實、準確，有利于提高造腔速度和腔體形態(tài)控制。
[0036]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種鹽穴儲氣庫溶腔對流擴散物理模擬裝置，其特征在于，其包括用于裝鹵水的模擬箱(1)、用于抽注淡水的驅替泵(2)、用于排放鹵水的排放管(7)、連接于所述模擬箱(1)的電導率儀(3)、攝像設備(4)、連接于所述模擬箱(1)的造腔管柱(5)及電腦； 所述驅替泵(2)及所述排放管(7)均連接于所述造腔管柱(5)； 所述攝像設備(4)對著所述模擬箱(1)，用于對所述模擬箱(1)拍攝圖像； 所述驅替泵(2)和所述模擬箱(1)之間連接設有第一流量計(23)； 所述排放管(7)上還設有第二流量計(73)； 所述攝像設備(4)、所述第一流量計(23)和所述第二流量計(73)均可操作地連接于所述電腦。
2.根據(jù)權利要求1所述的鹽穴儲氣庫溶腔對流擴散物理模擬裝置，其特征在于，所述模擬箱(1)設有一個固定孔，所述造腔管柱(5 )包括造腔外管(51)及安裝在所述造腔外管(51)內(nèi)的造腔內(nèi)管(53);所述造腔外管(51)可調(diào)整長度地安裝于所述固定孔，所述驅替泵(2 )及所述排放管(7 )均連接于所述造腔內(nèi)管(53 )。
3.根據(jù)權利要求2所述的鹽穴儲氣庫溶腔對流擴散物理模擬裝置，其特征在于，所述模擬箱(1)包括一用于收容鹵水的容液箱(11)及蓋合于所述容液箱(11)的上蓋(13)，所述固定孔設置在所述上蓋(13)上。
4.根據(jù)權利要求3所述的鹽穴儲氣庫溶腔對流擴散物理模擬裝置，其特征在于，所述容液箱(11)包括一個取樣側板(17)，所述取樣側板(17)上設有若干個取樣孔(171)，所述電導率儀(3)連接所述任何·一個取樣孔(171)。
5.根據(jù)權利要求3所述的鹽穴儲氣庫溶腔對流擴散物理模擬裝置，其特征在于，所述容液箱(11)包括一個透明側板(19)，所述攝像設備(4)對著所述透明側板(19)。
6.根據(jù)權利要求1所述的鹽穴儲氣庫溶腔對流擴散物理模擬裝置，其特征在于，所述攝像設備(4)是數(shù)碼相機或錄像設備。
7.根據(jù)權利要求1所述的鹽穴儲氣庫溶腔對流擴散物理模擬裝置，其特征在于，所述驅替泵(2)和所述模擬箱(1)之間還連接設有第一壓力傳感器(21);所述排放管(7)上還設有第二壓力傳感器(71)。
8.一種鹽穴儲氣庫溶腔對流擴散物理模擬方法，其利用上述權利要求1至7中任一項所述的鹽穴儲氣庫溶腔對流擴散物理模擬裝置，其特征在于，所述鹽穴儲氣庫溶腔對流擴散物理模擬方法包括以下步驟: 步驟一:將鹵水充滿所述模擬箱(1)的容液箱(11); 步驟二:將所述造腔管柱(5)安插至所述容液箱(11)內(nèi)，并設定好所述造腔外管(51)和所述造腔內(nèi)管(53)的兩端口之間的距離、淡水和鹵水的循環(huán)方式及淡水和鹵水的流量； 步驟三:向所述容液箱(11)內(nèi)注入淡水，并用所述攝像設備(4)記錄圖像； 步驟四:在所述容液箱(11)中增加夾板，并多次重復所述步驟二和所述步驟三，且每一次均在所述步驟二中改變淡水和齒水的循環(huán)方式、所述造腔管柱(5)插入所述容液箱(11)內(nèi)的深度及淡水和鹵水的流量； 步驟五:所述第一壓力傳感器(21)、所述第一流量計(23)、所述第二壓力傳感器(71)及所述第二流量計(73)、所述電導率儀(3)及所述攝像設備(4)中感測的數(shù)據(jù)和圖像均輸入至所述電腦。
9.根據(jù)權利要求8所述的鹽穴儲氣庫溶腔對流擴散物理模擬裝置，其特征在于，在所述步驟三中，向所述容液箱(11)內(nèi)注入淡水為蒸餾水。
10.根據(jù)權利要求8所述的鹽穴儲氣庫溶腔對流擴散物理模擬裝置，其特征在于，所述步驟一中的鹵水濃度根據(jù)需要可調(diào)，且在所述步驟一或所述步驟三中，所述鹵水和所述淡水中添加使所述鹵 水或所述淡水改變顏色的色計。
【文檔編號】G01M10/00GK103852239SQ201210502010
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年11月29日 優(yōu)先權日:2012年11月29日
【發(fā)明者】班凡生, 袁光杰, 申瑞臣, 李景翠, 田中蘭, 夏焱, 付利, 董勝祥, 路立君, 藍海峰 申請人:中國石油天然氣集團公司, 中國石油集團鉆井工程技術研究院