一種鹽巖儲庫水溶造腔實驗的高壓鹵水供給系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鹽巖儲庫水溶造腔實驗的高壓鹵水供給系統(tǒng)，油箱與液壓泵進油口通過濾油器相連，液壓泵與電動機相連，液壓泵出油口與油箱之間裝有溢流閥，伺服換向閥分別與油箱、液壓泵、增壓缸相連，增壓缸通過第一截止閥與油水分離缸頂部相連，油水分離缸頂部通過第二截止閥與油箱相連，油水分離缸頂部與液壓傳感器、壓力表、蓄能器相連，油水分離缸連接油水界面探測棒，油水界面探測棒與油水界面巡檢儀的輸入端相連，油水分離缸底部通過第三截止閥與高壓鹵水需求裝置相連。結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，實現(xiàn)了腐蝕性鹵水與液壓油的有效分離，制造成本低，穩(wěn)定性好，液壓元件使用壽命大幅提高，同時有效降低了制造成本。
【專利說明】一種鹽巖儲庫水溶造腔實驗的高壓鹵水供給系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鹽巖儲氣(油)庫水溶造腔室內(nèi)實驗【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體涉及一種鹽巖儲庫水溶造腔實驗的高壓鹵水供給系統(tǒng)，適用于高壓鹵水環(huán)境下鹽巖溶蝕特性實驗、滲透特性實驗、力學(xué)特性實驗、儲庫水溶造腔模型實驗等方面。
【背景技術(shù)】
[0002]鹽穴儲氣(油)庫建造的基本過程是:在埋深700-2500米的深部鹽巖地層鉆井，固井后下入造腔內(nèi)管、造腔外管等造腔管柱，注入淡水或淡齒水，溶蝕鹽層后，排出高濃度鹵水，最終形成容積達數(shù)十萬立方米的大型地下空間，然后，注入天然氣或石油，排出鹵水，從而建成鹽穴儲氣(油)庫。(儲庫水溶造腔的基本工藝，參見李銀平等2012年發(fā)表的論文《深部鹽礦油氣儲庫水溶造腔控制的幾個關(guān)鍵問題》中的圖1)
儲庫水溶造腔過程中，地下溶腔中充滿著壓力高達十幾兆帕、甚至三十兆帕的高壓鹵水。在如此高的鹵水壓力條件下，鹽層的溶解特性，以及鹽腔形態(tài)的形成機理，都有待于通過室內(nèi)實驗來分析，以便為現(xiàn)場施工提供可靠依據(jù)。
[0003]目前，大部分室內(nèi)試驗系統(tǒng)，多采用液壓油(如液壓千斤頂)或氣體(如空氣壓縮機)作為壓力傳遞介質(zhì)，相關(guān)的技術(shù)成熟穩(wěn)定。但是，鹽巖儲庫水溶造腔產(chǎn)生的鹵水，主要成分為NaCl，另外還含有Na2S04、MgCl2等多種化學(xué)成分，對于液壓泵、伺服閥、蓄能器、液壓表等液壓系統(tǒng)元件，具有較強的腐蝕性，相關(guān)元件的穩(wěn)定性及使用壽命受到嚴(yán)重影響，不利于水溶造腔實驗的順利實施。
[0004]當(dāng)然，也可以采用大量耐腐蝕元件，直接用鹵水替代液壓油或氣體，組成高壓鹵水供給系統(tǒng)。但是，這一方案導(dǎo)致實驗成本大幅提高，同時，實驗系統(tǒng)長期運行的穩(wěn)定性難以保證。
[0005]因此，急需尋找一套可以穩(wěn)定供給高壓鹵水的技術(shù)方案，為鹽巖儲庫水溶造腔實驗提供可靠保障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服常規(guī)液壓元件耐鹵水腐蝕性差、高壓鹵水制備成本高的技術(shù)難題，本發(fā)明的目的是在于提供了一種鹽巖儲庫水溶造腔實驗的高壓鹵水供給系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由常規(guī)液壓元件組成，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，實現(xiàn)了腐蝕性鹵水與液壓油的有效分離，規(guī)避了鹵水對普通液壓元件的腐蝕問題，制造成本低，穩(wěn)定性好。液壓元件使用壽命大幅提高，同時有效降低了制造成本。
[0007]規(guī)避了鹵水對普通液壓元件的腐蝕問題，制造成本低，穩(wěn)定性好。
[0008]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
一種鹽巖儲庫水溶造腔實驗的高壓鹵水供給系統(tǒng)，它由油箱、濾油器、液壓泵、電動機、溢流閥、伺服換向閥、增壓缸、第一截止閥、第二截止閥、液壓傳感器、液壓表、蓄能器、油水分離缸、油水界面、油水界面探測棒、油水界面巡檢儀、第三截止閥等部分組成。其連接關(guān)系是:油箱與液壓泵進油口通過濾油器相連，液壓泵與電動機相連，液壓泵出油口與油箱之間裝有溢流閥，伺服換向閥分別與油箱、液壓泵、增壓缸相連，增壓缸通過第一截止閥與油水分離缸頂部相連，油水分離缸頂部通過第二截止閥與油箱相連，油水分離缸頂部與液壓傳感器、壓力表、蓄能器相連，油水分離缸內(nèi)部連接油水界面探測棒，油水界面探測棒與油水界面巡檢儀相連，油水分離缸底部通過第三截止閥與高壓鹵水需求裝置上的注水孔相連。
[0009]所述的油水分離缸是一種耐高壓、耐鹵水腐蝕的圓筒，增壓缸內(nèi)的液壓油注入油水分離缸后，油水分離缸上部的液壓油通過油水界面將壓力傳遞給底部的鹵水，進而將高壓鹵水供給至高壓鹵水需求裝置。
[0010]各主要部件的作用如下:
濾油器裝配在油箱與液壓泵進油口之間，主要作用是防止油箱內(nèi)的雜質(zhì)顆粒被吸入液壓泵，導(dǎo)致液壓泵壽命縮短。
[0011]溢流閥裝配在液壓泵出油口與油箱之間，其作用是防止油路堵塞、壓力突然升高等事故導(dǎo)致液壓泵損壞，同時具有定壓溢流、穩(wěn)壓、系統(tǒng)卸荷保護等作用。
[0012]第二截止閥裝配在油水分離缸與油箱的之間，其主要作用有兩個:一是，打開第二截止閥、第一截止閥，關(guān)閉第三截止閥，通過控制伺服換向閥，可調(diào)整增壓缸內(nèi)的活塞位置；二是，打開第二截止閥、第一截止閥，關(guān)閉第三截止閥，將伺服換向閥置于“左位”，啟動液壓泵，可以將油水分離缸內(nèi)的氣體排出，避免系統(tǒng)壓力波動。
[0013]液壓傳感器與油水分離缸的頂部相連，實驗過程中液壓傳感器的監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋到電動機的控制器，由控制器確定何時啟動液壓泵，從而實現(xiàn)對高壓鹵水需求裝置內(nèi)鹵水壓力的伺服控制。
[0014]壓力表與油水分離缸頂部相連，其作用是可以直觀地觀察系統(tǒng)壓力變化情況，以防實驗室突然斷電等情況造成的壓力數(shù)據(jù)缺失。
[0015]蓄能器與油水分離缸頂部相連，其作用是緩沖系統(tǒng)中的壓力波動，同時起到保護液壓元件的作用。
[0016]油水分離缸是一種耐高壓、耐鹵水腐蝕的圓筒，由于液壓油和鹵水互不相容，且液壓油的密度(0.7~0.9克每毫升)低于鹵水的密度(1.1~1.2克每毫升)，油水分離缸內(nèi)的液壓油和鹵水會自動分離，形成油水界面，因而，增壓缸內(nèi)的液壓油注入油水分離缸后，油水分離缸上部的液壓油通過油水界面將壓力傳遞給底部的鹵水，進而將高壓鹵水供給至高壓鹵水需求裝置。
[0017]油水界面探測棒裝配在油水分離缸的內(nèi)壁上，并與油水界面巡檢儀相連，從而實現(xiàn)對油水分離缸內(nèi)的油水界面的位置的監(jiān)測。
[0018]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和效果:
O實現(xiàn)了液壓油與腐蝕性鹵水的有效分離。利用液壓油和鹵水互不相容，以及兩者密度的差異，通過油水分離缸將兩者有效隔離。
[0019]2)液壓元件使用壽命大幅提高，同時有效降低了制造成本。由于實現(xiàn)了液壓油與腐蝕性鹵水的有效分離，整個系統(tǒng)中，伺服換向閥、溢流閥液壓泵、增壓缸、截止閥等絕大部分元件均不需要考慮耐鹵水腐蝕問題，可采用普通液壓元件制造該系統(tǒng)，普通液壓元件的使用壽命可從目前的半年延長到2~3年。
[0020]3)通用性好?？蓮V泛應(yīng)用于鹽礦水溶開采、鹽巖儲庫水溶造腔等相關(guān)領(lǐng)域的室內(nèi)實驗，也可用于其它涉及腐蝕性液體的高壓實驗。
[0021]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為一種鹽巖儲庫水溶造腔實驗的高壓鹵水供給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖(加壓狀態(tài))。
[0023]圖2為一種鹽巖儲庫水溶造腔實驗的高壓鹵水供給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖(降壓狀態(tài))。
[0024]其中:1-油箱，2-濾油器(如=SFN型)，3_液壓泵(如=DYB型)，4_電動機(如:QA型)，5-溢流閥(如:Y型)，6-伺服換向閥，7-增壓缸，8-第一截止閥(如:J41H型)，9-第二截止閥，10-液壓傳感器(如:TYC型)，11_液壓表，12-蓄能器(如:NXQ型)，13_油水分離缸，14-油水界面，15-油水界面探測棒，16-油水界面巡檢儀(如:北京合世自動化科技有限公司生產(chǎn)的HSSL-B-32-B-V1-T型巡檢儀)，17-第三截止閥，18-高壓鹵水需求裝置。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步說明。
[0026]一種鹽巖儲庫水溶造腔實驗的高壓鹵水供給系統(tǒng)，它由油箱1、濾油器2、液壓泵
3、電動機4、溢流閥5、伺服換向閥6、增壓缸7、第一截止閥8、第二截止閥9、液壓傳感器10、液壓表11、蓄能器12、油水分離缸13、油水界面14、油水界面探測棒15、油水界面巡檢儀16、第三截止閥17等部分組成。其連接關(guān)系是:油箱I與液壓泵3進油口通過濾油器2相連，液壓泵3與電動機4相連，液壓泵3出油口與油箱I之間裝有溢流閥5，伺服換向閥6分別與油箱1、液壓泵3、增壓缸7相連，增壓缸7通過第一截止閥8與油水分離缸13頂部相連，油水分離缸13頂部通過第二截止閥9與油箱I相連，油水分離缸13頂部與液壓傳感器
10、壓力表11、蓄能器12相連，油水界面14是液壓油和鹵水的分界面，位于油水分離缸13內(nèi)部，油水分離缸13內(nèi)部連接油水界面探測棒15，油水界面探測棒15與油水界面巡檢儀16的輸入端相連，油水分離缸13底部通過第三截止閥17與高壓鹵水需求裝置18上的注水孔相連。
[0027]所述的高壓鹵水需求裝置18，其結(jié)構(gòu)根據(jù)不同的實驗類型(如“技術(shù)背景”所述的“鹽巖溶蝕特性實驗”、“滲透特性實驗”、“力學(xué)特性實驗”、“儲庫水溶造腔模型實驗”)有所不同，例如:在開展鹽巖溶蝕特性實驗時，其結(jié)構(gòu)為專利“實現(xiàn)三軸應(yīng)力條件下巖鹽溶解試驗的裝置”(專利申請?zhí)朇N201010143938.0)所述的類型，本發(fā)明的第三截止閥17與“實現(xiàn)三軸應(yīng)力條件下巖鹽溶解試驗的裝置”的注水孔5相連。本發(fā)明主要目的是給高壓鹵水需求裝置18提供高壓鹵水，“實現(xiàn)三軸應(yīng)力條件下巖鹽溶解試驗的裝置”的有關(guān)具體結(jié)構(gòu)請見中國專利 ZL201010143938.0。
[0028]下面對主要部件的作用進行詳細說明。
[0029]濾油器2裝配在油箱I與液壓泵3進油口之間，主要作用是防止防止油箱I內(nèi)的雜質(zhì)顆粒被吸入液壓泵3，導(dǎo)致液壓泵3壽命縮短。
[0030]溢流閥5裝配在液壓泵3出油口與油箱I之間，其作用是防止油路堵塞、壓力突然升高等事故導(dǎo)致液壓泵3損壞，同時具有定壓溢流、穩(wěn)壓、系統(tǒng)卸荷保護等作用。[0031]第二截止閥9裝配在油水分離缸13與油箱I的之間，其主要作用有兩個:一是，打開第二截止閥9、第一截止閥8，關(guān)閉第三截止閥17，通過控制伺服換向閥6，可調(diào)整增壓缸7內(nèi)的活塞位置；二是，打開第二截止閥9、第一截止閥8，關(guān)閉第三截止閥17，將伺服換向閥6置于“左位”(圖1所示狀態(tài))，啟動液壓泵3，可以將油水分離缸13內(nèi)的氣體排出，避免系統(tǒng)壓力波動。
[0032]液壓傳感器10與油水分離缸13的頂部相連，實驗過程中，液壓傳感器10的監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋到電動機4的控制器，由控制器確定何時啟動液壓泵3，從而實現(xiàn)對高壓鹵水需求裝置18內(nèi)鹵水壓力的伺服控制。
[0033]壓力表11與油水分離缸13頂部相連，其作用是可以直觀地觀察系統(tǒng)壓力變化情況，以防實驗室突然斷電等情況造成的壓力數(shù)據(jù)缺失。
[0034]蓄能器12與油水分離缸13頂部相連，其作用是緩沖系統(tǒng)中的壓力波動，同時起到保護液壓元件的作用。
[0035]所述的油水分離缸13是一種耐高壓、耐鹵水腐蝕的圓筒，由于液壓油和鹵水互不相容，且液壓油的密度(0.7~0.9克每毫升)低于鹵水的密度(1.1.2克每毫升)，油水分離缸13內(nèi)的液壓油和鹵水會自動分離,形成油水界面14，因而,增壓缸7內(nèi)的液壓油注入油水分離缸13后，油水分離缸13上部的液壓油通過油水界面14將壓力傳遞給底部的鹵水，進而將高壓鹵水供給至高壓鹵水需求裝置18。
[0036]油水界面探測棒15裝配在油水分離缸13的內(nèi)壁上，并與油水界面巡檢儀16相連，從而實現(xiàn)對油水分離缸13內(nèi)的油水界面14的位置的監(jiān)測。
[0037]該系統(tǒng)在實驗中的典型實施步驟下:
(I)檢測油水界面14的位置 打開油水界面巡檢儀16，實現(xiàn)對油水界面14位置的檢測。
[0038](2)在油水分離缸13中預(yù)充鹵水
若檢測到油水界面14液面較低，無法滿足實驗要求，則執(zhí)行操作:關(guān)閉第二截止閥9，打開第一截止閥8、第三截止閥17，在高壓鹵水需求裝置18內(nèi)裝入適量鹵水，將伺服換向閥6置于“右位”(圖2所示狀態(tài))，啟動電動機4帶動液壓泵3運轉(zhuǎn)，液壓油將推動液壓缸7的活塞向左移動，此時高壓鹵水需求裝置18內(nèi)的鹵水，在負(fù)壓作用下，經(jīng)第三截止閥17被吸入油水分離缸13，抽取鹵水操作過程中，若遇到增壓缸7活塞到達最左端，無法繼續(xù)移動，則執(zhí)行操作步驟(3)，直至油水界面巡檢儀16檢測到油水界面14到達合理位置。
[0039](3)將增壓缸7的活塞右置
關(guān)閉第三截止閥17，打開第一截止閥8、第二截止閥9，將伺服換向閥6置于“左位”(圖1所示狀態(tài))，此時，增壓缸7右端多余的液壓油，經(jīng)第二截止閥9流入油箱I，直至增壓缸7內(nèi)的活塞移動到最右端，便可繼續(xù)執(zhí)行步驟(2)。
[0040](4)將增壓缸7的活塞左置
關(guān)閉第三截止閥17，打開第一截止閥8、第二截止閥9，將伺服換向閥6置于“右位”(圖2所示狀態(tài))，直至增壓缸7內(nèi)的活塞移動到最左端，以保證實驗過程中有充足的鹵水補給。
[0041](5)施加高壓鹵水
將實驗鹵水充滿高壓鹵水需求裝置18，之后將高壓鹵水需求裝置18密封。執(zhí)行步驟
(4)。關(guān)閉第二截止閥9，打開第一截止閥8、第三截止閥17，將伺服換向閥6置于“左位”(圖I所示狀態(tài))，啟動電動機4帶動液壓泵3運轉(zhuǎn)，此時，液壓油經(jīng)第一截止閥8流入油水分離缸13頂部，并通過油水界面14將液壓傳遞給油水分離缸13底部的鹵水，鹵水經(jīng)第三截止閥17注入高壓鹵水需求裝置18，持續(xù)運轉(zhuǎn)，直至液壓傳感器10監(jiān)測到已達到實驗所需壓力，控制器便將伺服換向閥6置于“中位”，同時電動機3停止運轉(zhuǎn)。
[0042](6)聞壓齒水壓力保持
當(dāng)液壓傳感器10監(jiān)測到系統(tǒng)液壓低于實驗要求時，控制器將伺服換向閥6置于“左位”(圖1所示狀態(tài))，同時電動機4啟動，帶動液壓泵3運轉(zhuǎn)，直至液壓傳感器10監(jiān)測到已達到實驗所需壓力，控制器便將伺服換向閥6置于“中位”，同時電動機3停止運轉(zhuǎn)。若鹵水壓力保持過程中，遇到增壓缸7活塞到達最右端，無法繼續(xù)移動，則執(zhí)行步驟(4)。如此循環(huán)，直至實驗結(jié)束。
【權(quán)利要求】
1.一種鹽巖儲庫水溶造腔實驗的高壓鹵水供給系統(tǒng)，它包括油箱(I)、濾油器(2)、液壓泵(3)、溢流閥(5)、伺服換向閥(6)、增壓缸(7)、第一截止閥(8)、液壓傳感器(10)、液壓表(11)、蓄能器(12)、油水分離缸(13)、油水界面(14)、油水界面探測棒(15)、油水界面巡檢儀(16)，其特征在于:油箱(I)與液壓泵3進油口通過濾油器(2)相連，液壓泵(3)與電動機(4)相連，液壓泵(3)出油口與油箱(I)之間裝有溢流閥(5)，伺服換向閥(6)分別與油箱(I)、液壓泵(3)、增壓缸(7)相連，增壓缸(7)通過第一截止閥(8)與油水分離缸(13)頂部相連，油水分離缸(13)頂部通過第二截止閥(9)與油箱(I)相連，油水分離缸(13)頂部與液壓傳感器(10)、壓力表(11)、蓄能器(12)相連，油水分離缸(13)連接油水界面探測棒(15)，油水界面探測棒(15)與油水界面巡檢儀(16)的輸入端相連，油水分離缸(13)底部通過第三截止閥(17)與高壓鹵水需求裝置(18)上的注水孔相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鹽巖儲庫水溶造腔實驗的高壓鹵水供給系統(tǒng)，其特征在于:濾油器(2)裝配在油箱(I)與液壓泵(3)進油口之間，溢流閥(5)裝配在液壓泵(3)出油口與油箱(I)之間，第二截止閥(9)裝配在油水分離缸(13)與油箱(I)之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鹽巖儲庫水溶造腔實驗的高壓鹵水供給系統(tǒng)，其特征在于:液壓傳感器(10)與油水分離缸(13)的頂部相連，壓力表(11)與油水分離缸(13)頂部相連，蓄能器(12)與油水分離缸(13)頂部相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鹽巖儲庫水溶造腔實驗的高壓鹵水供給系統(tǒng)，其特征在于:油水界面探測棒(15)裝配在油水分離缸(13)的內(nèi)壁上。
【文檔編號】E21B43/28GK103742119SQ201410014944
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月14日
【發(fā)明者】施錫林, 李銀平, 楊春和, 劉偉, 王兵武, 馬洪嶺, 劉正友, 張文廣, 馬旭強, 郭巍 申請人:中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所