專利名稱：一種模擬多夾層鹽巖地質(zhì)條件的造腔模型試驗(yàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種巖鹽造腔試驗(yàn)方法，尤其涉及一種模擬多夾層鹽巖地質(zhì)條件的造腔模型試驗(yàn)方法。
背景技術(shù)：
相對(duì)其它儲(chǔ)備方式，巖鹽地下油氣儲(chǔ)備庫(kù)具有安全、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，但國(guó)外巖鹽地下儲(chǔ)庫(kù)仍時(shí)有事故發(fā)生(如油氣滲漏、溶腔失效、地表沉陷等)。目前國(guó)外地下巖鹽儲(chǔ)庫(kù)幾乎都建在巨厚鹽丘中，而我國(guó)可建地下儲(chǔ)庫(kù)的巖鹽均為層狀巖鹽，具有厚度薄、夾層多、品位低、 埋深大(江蘇金壇鹽巖層埋深約為1000m)的特點(diǎn)，相比之下我國(guó)地下巖鹽儲(chǔ)庫(kù)建設(shè)難度更大、運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)更高。目前，我國(guó)多夾層鹽巖地質(zhì)條件建造一個(gè)單腔鹽巖儲(chǔ)庫(kù)的成本上千萬(wàn)元，建造周期在3年左右。江蘇金壇鹽巖儲(chǔ)庫(kù)建造工程作為我國(guó)西氣東輸工程中能源儲(chǔ)存中轉(zhuǎn)站及能源季節(jié)性調(diào)峰基地，對(duì)我國(guó)沿海地區(qū)能源供給與調(diào)節(jié)具有不可替代的作用。因此有必要針對(duì)我國(guó)多夾層鹽巖地質(zhì)條件鹽巖儲(chǔ)庫(kù)建造的特點(diǎn)，獲得基本的造腔工藝條件參數(shù)，保證腔體建造安全，提升造腔工程進(jìn)度，降低造腔成本。然而，要準(zhǔn)確掌握多夾層深埋深鹽巖層能源儲(chǔ)庫(kù)建造期關(guān)鍵災(zāi)害因素對(duì)規(guī)避造腔失敗，就必須根據(jù)我國(guó)鹽巖地質(zhì)條件開(kāi)展相似模型試驗(yàn)，即模擬多夾層鹽巖地層的相似材料，同時(shí)還要模擬地應(yīng)力、地溫，采用相同的造腔工藝模擬整個(gè)造腔過(guò)程。采用此種既能模擬地質(zhì)條件，又能模擬造腔過(guò)程及造腔工藝的相似模型試驗(yàn)，可以較真實(shí)的反映我國(guó)特有的鹽巖地質(zhì)條件造腔過(guò)程中影響造腔安全關(guān)鍵災(zāi)害因素，也能為改進(jìn)現(xiàn)有造腔工藝技術(shù)提供依據(jù)。現(xiàn)有試驗(yàn)方法均存在如下不足一、巖心鉆取成本高昂，尺寸效應(yīng)嚴(yán)重，不能較好地反映鹽巖造腔；二、無(wú)法實(shí)現(xiàn)含夾層的造腔過(guò)程；三、不能模擬地質(zhì)條件。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，本發(fā)明提供了一種模擬多夾層鹽巖地質(zhì)條件的造腔模型試驗(yàn)方法。該方法更真實(shí)的模擬我國(guó)深埋鹽巖層中的地應(yīng)力、地溫、及不同層厚和雜質(zhì)成份的多夾層鹽巖地層，保證了地質(zhì)環(huán)境和鹽層賦存狀態(tài)的相似模型試驗(yàn)可以更好地觀測(cè)分析多夾層鹽巖造腔的過(guò)程，為規(guī)避造腔失敗和改建造腔工藝參數(shù)設(shè)計(jì)提供更為真實(shí)的理論支持和技術(shù)指導(dǎo)。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案
一種模擬多夾層鹽巖地質(zhì)條件的造腔模型試驗(yàn)方法，該試驗(yàn)方法包括如下步驟
1)對(duì)天然含夾層鹽巖分析現(xiàn)場(chǎng)鉆取直徑小于IOcm的含夾層鹽巖，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)鉆取的含夾層鹽巖進(jìn)行分層分析，獲取含夾層鹽巖的物理特性、溶解性質(zhì)和夾層分布特點(diǎn)；
2)制作可加溫的鹽巖模具先制作一個(gè)內(nèi)徑為32 34cm的圓桶，再在圓桶的內(nèi)壁制作一層厚度為2 2. 5cm的圓環(huán)形加溫墊；
3)制作夾層鹽巖試件首先，選用純鹽巖粉末作為鹽巖層的壓制材料，選用硫酸鈣和粘土作為夾層的壓制材料；然后，根據(jù)步驟I)中含夾層鹽巖的分布方式，在制作的可加溫的鹽巖模具中鋪一層鹽巖層再鋪一層夾層的方式交叉鋪設(shè)，每鋪設(shè)一層使用壓力機(jī)壓制，最后壓制成具有與天然含夾層鹽巖相似物理力學(xué)特性的夾層鹽巖試件；
4)在夾層鹽巖試件的頂端向下鉆孔，在夾層鹽巖試件的頂面上放置用于模擬多夾層鹽巖上的覆蓋層的壓盤，并布置造腔技術(shù)套管；所述造腔技術(shù)套管包括油管、外管和中心管， 所述外管套在中心管外，油管套在外管外，所述油管、外管和中心管的底部均穿過(guò)壓盤并伸入夾層鹽巖試件的腔體內(nèi)；通過(guò)外管和中心管之間的環(huán)孔向夾層鹽巖試件的腔體內(nèi)通水， 通過(guò)油管與外管之間的環(huán)孔向夾層鹽巖試件的腔體內(nèi)通油，通過(guò)中心管將夾層鹽巖試件的腔體內(nèi)的鹵水排出；
5)通過(guò)圓環(huán)形加溫墊向夾層鹽巖試件加溫，并通過(guò)溫控器控制夾層鹽巖試件的溫度， 以模擬天然含夾層鹽巖的地溫；
6)在圓桶的外壁上按縱橫線繪制正交網(wǎng)格線，網(wǎng)格線的交點(diǎn)為檢測(cè)點(diǎn)；
7)將超聲波換能器上的發(fā)射探頭和接收探頭并排放在圓桶外壁上的檢測(cè)點(diǎn)處，開(kāi)啟超聲波換能器探測(cè)測(cè)定波在夾層鹽巖試件的壁面?zhèn)鞑サ臅r(shí)間來(lái)計(jì)算任意造腔階段的夾層鹽巖試件的腔壁厚度；通過(guò)超聲波換能器上的發(fā)射探頭和接收探頭對(duì)圓桶的外壁上的檢測(cè)點(diǎn)逐個(gè)進(jìn)行檢測(cè)，并通過(guò)統(tǒng)計(jì)擬合各檢測(cè)點(diǎn)的夾層鹽巖試件的腔壁厚度，再輔以三維畫(huà)圖軟件得出夾層鹽巖試件的腔體的形狀，獲取造腔工藝參數(shù)對(duì)層狀鹽巖腔體形狀擴(kuò)展的影響。作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述圓環(huán)形加溫墊的內(nèi)壁為上口大、下口小的圓錐形。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的一種模擬多夾層鹽巖地質(zhì)條件的造腔模型試驗(yàn)方法， 具有如下優(yōu)點(diǎn)
I、該方法更真實(shí)的模擬我國(guó)鹽巖層中地應(yīng)力、地溫、及不同層厚和雜質(zhì)成份的多夾層鹽巖地層，同時(shí)因采用的多夾層鹽巖材料為天然鹽巖粉末和不溶夾層粉末壓制而成，故可以采用與現(xiàn)場(chǎng)相同的造腔工藝條件進(jìn)行模擬造腔。2、為了監(jiān)測(cè)整個(gè)造腔過(guò)程，在裝置外壁增加了超聲波換能器，開(kāi)啟超聲波換能器探測(cè)測(cè)定波在夾層鹽巖試件的壁面?zhèn)鞑サ臅r(shí)間來(lái)計(jì)算任意造腔階段的厚度，通過(guò)統(tǒng)計(jì)擬合各檢測(cè)點(diǎn)的夾層鹽巖試件腔壁厚度，再輔以三維畫(huà)圖軟件便可得出腔體的形狀，實(shí)現(xiàn)跟蹤監(jiān)測(cè)各造腔階段腔體形狀擴(kuò)展過(guò)程，保證地質(zhì)環(huán)境和鹽層賦存狀態(tài)的相似模型試驗(yàn)，可以更好地觀測(cè)分析多夾層鹽巖造腔的過(guò)程，為規(guī)避造腔失敗和改建造腔工藝參數(shù)設(shè)計(jì)提供更為真實(shí)的理論支持和技術(shù)指導(dǎo)。


圖I為造腔模型試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖2為圓桶外壁正交網(wǎng)格線分布的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖中1 一圓桶；2 —圓形加溫墊；3—鹽巖層；4一夾層；5—夾層鹽巖試件；6—壓盤；7—油管；8一夕卜管；9—中心管；10—溫控器；11一檢測(cè)點(diǎn)；12—超聲波換能器；13—發(fā)射探頭；14一接收探頭；15 — IES數(shù)據(jù)分析儀。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地描述。一種模擬多夾層鹽巖地質(zhì)條件的造腔模型試驗(yàn)方法，在該實(shí)驗(yàn)方法中采用了一種造腔模型試驗(yàn)裝置，該造腔模型實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)如圖I所示，該試驗(yàn)方法包括如下步驟
I)對(duì)天然含夾層鹽巖分析現(xiàn)場(chǎng)鉆取直徑小于IOcm的含夾層鹽巖，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)鉆取的含夾層鹽巖進(jìn)行分層分析，獲取含夾層鹽巖的物理特性、溶解性質(zhì)和夾層分布特點(diǎn)。2)制作可加溫的鹽巖模具先制作一個(gè)內(nèi)徑為32 34cm的圓桶I (本實(shí)施例中， 圓桶I采用厚度為I I. 5cm的鐵圓桶,鐵圓桶的內(nèi)徑可采用32cm、33cm或34cm,該尺寸均可制作出較大外圓直徑的夾層鹽巖試件)，再在圓桶I的內(nèi)壁制作一層厚度為2 2. 5cm的圓環(huán)形加溫墊2。圓環(huán)形加溫墊2的內(nèi)壁為上口大、下口小的圓錐形，內(nèi)壁設(shè)置為圓錐形結(jié)構(gòu)便于夾層鹽巖試件脫模。3)制作夾層鹽巖試件首先，選用純鹽巖粉末(即天然鹽巖粉末)作為鹽巖層3的壓制材料，選用硫酸鈣和粘土(即不溶夾層粉末)作為夾層4的壓制材料；然后，根據(jù)步驟I) 中含夾層鹽巖的分布方式，在制作的可加溫的鹽巖模具中鋪一層鹽巖層再鋪一層夾層的方式交叉鋪設(shè)，每鋪設(shè)一層使用壓力機(jī)壓制，最后壓制成具有與天然含夾層鹽巖相似物理力學(xué)特性的夾層鹽巖試件5。4)在夾層鹽巖試件5的頂端向下鉆孔，在夾層鹽巖試件5的頂面上放置用于模擬多夾層鹽巖上的覆蓋層的壓盤6，并布置造腔技術(shù)套管；造腔技術(shù)套管包括油管7、外管8和中心管9，外管8套在中心管9外，油管7套在外管8外，油管7、外管8和中心管9的底部均穿過(guò)壓盤6并伸入夾層鹽巖試件5的腔體內(nèi)(即鉆孔內(nèi))；通過(guò)外管8和中心管9之間的環(huán)孔向夾層鹽巖試件5的腔體內(nèi)通水，通過(guò)油管7與外管8之間的環(huán)孔向夾層鹽巖試件5 的腔體內(nèi)通油，通過(guò)中心管9將夾層鹽巖試件5的腔體內(nèi)的鹵水排出。5)通過(guò)圓環(huán)形加溫墊2向夾層鹽巖試件5加溫，并通過(guò)溫控器10控制夾層鹽巖試件5的溫度，以模擬天然含夾層鹽巖的地溫。6)在圓桶I的外壁上按縱橫線繪制正交網(wǎng)格線，網(wǎng)格線的交點(diǎn)為檢測(cè)點(diǎn)11。即對(duì)圓桶I的外壁進(jìn)行畫(huà)線布點(diǎn)，如圖2所示，網(wǎng)格尺寸大小根據(jù)測(cè)試精度而定。7)將超聲波換能器12上的發(fā)射探頭13和接收探頭14并排放在圓桶I外壁上的檢測(cè)點(diǎn)11處(一般要求發(fā)射探頭13的頻率高，探測(cè)距離在I 50cm，探頭尺寸小，探頭直徑小于1cm)，開(kāi)啟超聲波換能器12探測(cè)測(cè)定波在夾層鹽巖試件5的壁面?zhèn)鞑サ臅r(shí)間來(lái)計(jì)算任意造腔階段的夾層鹽巖試件5的腔壁厚度；通過(guò)超聲波換能器12上的發(fā)射探頭13和接收探頭14對(duì)圓桶I的外壁上的檢測(cè)點(diǎn)11逐個(gè)進(jìn)行檢測(cè)，并通過(guò)統(tǒng)計(jì)擬合各檢測(cè)點(diǎn)的夾層鹽巖試件5的腔壁厚度(主要通過(guò)IES數(shù)據(jù)分析儀15擬合檢測(cè)點(diǎn)的夾層鹽巖試件的腔壁厚度)，再輔以三維畫(huà)圖軟件得出夾層鹽巖試件5的腔體的形狀，實(shí)現(xiàn)跟蹤監(jiān)測(cè)造腔階段腔體形狀擴(kuò)展過(guò)程，通過(guò)造腔形狀的變化規(guī)律來(lái)有效分析造腔工藝參數(shù)(如造腔技術(shù)套管的空間位置、注水流量、油墊位置、地應(yīng)力、地溫等)對(duì)腔體形狀控制的影響。最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種模擬多夾層鹽巖地質(zhì)條件的造腔模型試驗(yàn)方法，其特征在于，該試驗(yàn)方法包括如下步驟1)對(duì)天然含夾層鹽巖分析現(xiàn)場(chǎng)鉆取直徑小于IOcm的含夾層鹽巖，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)鉆取的含夾層鹽巖進(jìn)行分層分析，獲取含夾層鹽巖的物理特性、溶解性質(zhì)和夾層分布特點(diǎn)；2)制作可加溫的鹽巖模具先制作一個(gè)內(nèi)徑為32 34cm的圓桶(I)，再在圓桶(I)的內(nèi)壁制作一層厚度為2 2. 5cm的圓環(huán)形加溫墊(2)；3)制作夾層鹽巖試件首先，選用純鹽巖粉末作為鹽巖層(3)的壓制材料，選用硫酸鈣和粘土作為夾層(4)的壓制材料；然后，根據(jù)步驟I)中含夾層鹽巖的分布方式，在制作的可加溫的鹽巖模具中鋪一層鹽巖層再鋪一層夾層的方式交叉鋪設(shè)，每鋪設(shè)一層使用壓力機(jī)壓制，最后壓制成具有與天然含夾層鹽巖相似物理力學(xué)特性的夾層鹽巖試件(5);4)在夾層鹽巖試件(5)的頂端向下鉆孔，在夾層鹽巖試件(5)的頂面上放置用于模擬多夾層鹽巖上的覆蓋層的壓盤(6)，并布置造腔技術(shù)套管；所述造腔技術(shù)套管包括油管(7)、外管(8)和中心管(9)，所述外管(8)套在中心管(9)外，油管(7)套在外管(8)外，所述油管(7)、外管(8)和中心管(9)的底部均穿過(guò)壓盤(6)并伸入夾層鹽巖試件(5)的腔體內(nèi)；通過(guò)外管(8)和中心管(9)之間的環(huán)孔向夾層鹽巖試件(5)的腔體內(nèi)通水，通過(guò)油管(7) 與外管(8)之間的環(huán)孔向夾層鹽巖試件(5)的腔體內(nèi)通油，通過(guò)中心管(9)將夾層鹽巖試件 (5)的腔體內(nèi)的鹵水排出；5)通過(guò)圓環(huán)形加溫墊(2)向夾層鹽巖試件(5)加溫，并通過(guò)溫控器(10)控制夾層鹽巖試件(5)的溫度，以模擬天然含夾層鹽巖的地溫；6)在圓桶(I)的外壁上按縱橫線繪制正交網(wǎng)格線，網(wǎng)格線的交點(diǎn)為檢測(cè)點(diǎn)(11);7)將超聲波換能器(12)上的發(fā)射探頭(13)和接收探頭(14)并排放在圓桶(I)外壁上的檢測(cè)點(diǎn)(11)處，開(kāi)啟超聲波換能器(12)探測(cè)測(cè)定波在夾層鹽巖試件(5)的壁面?zhèn)鞑サ臅r(shí)間來(lái)計(jì)算任意造腔階段的夾層鹽巖試件(5)的腔壁厚度；通過(guò)超聲波換能器(12)上的發(fā)射探頭(13)和接收探頭(14)對(duì)圓桶(I)的外壁上的檢測(cè)點(diǎn)(11)逐個(gè)進(jìn)行檢測(cè)，并通過(guò)統(tǒng)計(jì)擬合各檢測(cè)點(diǎn)的夾層鹽巖試件(5)的腔壁厚度，再輔以三維畫(huà)圖軟件得出夾層鹽巖試件(5)的腔體的形狀，獲取造腔工藝參數(shù)對(duì)層狀鹽巖腔體形狀擴(kuò)展的影響。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種模擬多夾層鹽巖地質(zhì)條件的造腔模型試驗(yàn)方法，其特征在于所述圓環(huán)形加溫墊(2)的內(nèi)壁為上口大、下口小的圓錐形。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種模擬多夾層鹽巖地質(zhì)條件的造腔模型試驗(yàn)方法，如下步驟對(duì)天然含夾層鹽巖分析；制作可加溫的鹽巖模具；制作夾層鹽巖試件；在夾層鹽巖試件的頂端向下鉆孔，在夾層鹽巖試件的頂面上放置用于模擬多夾層鹽巖上的覆蓋層的壓盤，并布置造腔技術(shù)套管；通過(guò)超聲波換能器探測(cè)測(cè)定波在夾層鹽巖試件的壁面?zhèn)鞑サ臅r(shí)間來(lái)計(jì)算任意造腔階段的夾層鹽巖試件的腔壁厚度，獲取各造腔工藝參數(shù)對(duì)層狀鹽巖腔體形狀擴(kuò)展的影響。該實(shí)驗(yàn)方法保證地質(zhì)環(huán)境和鹽層賦存狀態(tài)的相似模型試驗(yàn)，可以更好地觀測(cè)分析多夾層鹽巖造腔的過(guò)程，為規(guī)避造腔失敗和改建造腔工藝參數(shù)設(shè)計(jì)提供更為真實(shí)的理論支持和技術(shù)指導(dǎo)。
文檔編號(hào)E21B49/00GK102606146SQ20121003941
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月21日
發(fā)明者任松, 姜德義, 尹德強(qiáng), 易亮, 李林, 范金陽(yáng), 陳結(jié) 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)