本發(fā)明涉及一種懸掛式鹽巖水溶測試裝置和方法，屬于石油、天然氣中的鹽穴地下儲庫水溶造腔領域。

背景技術：

鹽穴地下儲庫是利用地下較厚的鹽層或鹽丘，采用人工方式在鹽層或鹽丘中通過水溶形成洞穴儲存空間來存儲石油、天然氣，用于調峰和戰(zhàn)略儲備。鹽穴儲庫建庫的關鍵技術就是鹽穴造腔，它是決定建庫工程成功與否的關鍵。腔體的大小和形狀主要由地質條件和施工工藝決定，因此在建設鹽穴儲庫之前必須充分了解鹽層的構造、組分、水溶特征等條件，研究設計如何在地下鹽層中建造出安全、穩(wěn)固的鹽腔，這就需要先在室內進行模擬實驗研究，測定鹽巖的水溶特征參數(溶蝕速率、溶蝕角等)，從而達到預測和控制溶腔體積和形態(tài)的要求。

鹽穴地下儲氣庫作為主要儲庫類型之一，具有注采效率高、短期吞吐量大、墊底氣可回收等優(yōu)點，已在歐美等發(fā)達國家中普遍采用。我國對鹽穴儲氣庫的建設起步較晚，隨著我國經濟的發(fā)展，國家對能源地下儲備越來越重視，目前金壇鹽穴儲氣庫已經開始建設，云應、淮安、平頂山等鹽穴儲氣庫已完成可行性論證。與國外鹽丘型鹽巖建庫不同，我國主要為多夾層鹽巖建庫，含鹽地層中鹽層薄、夾層多、不溶物含量高，給造腔形態(tài)控制帶來了難度，針對不同地層造腔參數測定方面的研究還需進一步加強。

國內目前在鹽穴儲庫造腔參數測定方面主要根據鹽礦采鹽領域《鹽類礦石水溶性能實驗室試驗方法及要求》進行，地下采鹽與鹽穴儲庫造腔有著明顯的差別，鹽礦采鹽的要求低，對鹽腔形態(tài)控制要求不高，目前的實驗方法無法滿足鹽穴儲庫造腔過程和造腔設計的要求。

因此，提供一種真正反應鹽穴儲庫造腔參數的水溶參數測定方法及裝置成為本領域亟待解決的技術問題。

技術實現要素：

為解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種懸掛式鹽巖水溶測試裝置及方法。所述裝置和方法既能夠滿足鹽穴儲庫造腔設計對造腔參數的要求，又可以更加精確便捷地模擬鹽穴地下儲庫的實際造腔情況。

為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種懸掛式鹽巖水溶測試裝置，該裝置包括懸掛單元和樣品固定單元；

所述懸掛單元包括拉桿、第一絲桿、第二絲桿和支桿；其中，所述第一絲桿和第二絲桿分別位于所述拉桿的兩側，所述第一絲桿的頂部與所述拉桿的一端相連，所述第二絲桿的頂部與所述拉桿的另一端相連；所述第一絲桿的底部和所述第二絲桿的底部分別與所述固定單元相連；所述支桿位于所述拉桿和所述固定單元之間，且與所述第一絲桿和所述第二絲桿相連；

所述固定單元包括樣品固定環(huán)；或者，所述固定單元包括樣品頂部固定盤和樣品托盤；其中，所述樣品頂部固定盤位于所述樣品托盤的上方；

所述支桿的兩端伸出于所述第一絲桿和所述第二絲桿之外，且所述支桿能夠沿著所述第一絲桿和所述第二絲桿的桿向進行移動。

在上述裝置中，優(yōu)選地，在懸掛單元中，所述第一絲桿和所述第二絲桿分別與所述拉桿垂直。

在上述裝置中，優(yōu)選地，所述固定單元為固定環(huán)時，拉桿、支桿和樣品固定環(huán)的環(huán)面三者是相互平行的。

在上述裝置中，優(yōu)選地，所述固定單元包括樣品頂部固定盤和樣品托盤時，拉桿、支桿、樣品頂部固定盤的盤面和樣品托盤的盤面四者是相互平行的。

在上述裝置中，優(yōu)選地，所述支桿與所述第一絲桿和所述第二絲桿之間是活動連接。

在上述裝置中，優(yōu)選地，所述支桿與所述第一絲桿和第二絲桿的相接處分別設有第一緊固螺母組和第二緊固螺母組；更優(yōu)選地，所述第一緊固螺母組包括第一頂部螺母和第一底部螺母，所述第二緊固螺母組包括第二頂部螺母和第二底部螺母；進一步優(yōu)選地，所述第一緊固螺母組套設在所述第一絲桿上，所述第二緊固螺母組套設在所述第二絲桿上。

在上述裝置中，優(yōu)選地，所述支桿位于第一頂部螺母和第一底部螺母之間，且位于第二頂部螺母和第二底部螺母之間。

在上述裝置中，優(yōu)選地，所述第一絲桿和所述第一緊固螺母組之間采用的是螺紋連接，所述第二絲桿和所述第二緊固螺母組之間采用的是螺紋連接；更優(yōu)選地，所述第一絲桿和所述第二絲桿的表面分別設有外螺紋，所述第一緊固螺母組和第二緊固螺母組的內部設有與所述外螺紋的相配合的內螺紋；所述第一絲桿表面的外螺紋與所述第一緊固螺母組內部的內螺紋相配合，所述第二絲桿的外螺紋與所述第二緊固螺母組內部的內螺紋相配合。

松開緊固螺母組，支桿便可沿著絲桿的方向移動，當移動到需要的位置時，旋緊緊固螺母組，支桿便可固定在絲桿上，通過移動支桿的位置便可改變絲桿底部樣品固定單元浸入容器內的深度。

在上述裝置中，優(yōu)選地，所述拉桿上設有一個弧形的豁口，該豁口能夠使裝置穩(wěn)定懸掛于掛鉤上(例如彈簧式質量計下端的掛鉤)。

本發(fā)明還提供了一種懸掛式鹽巖水溶測試方法，該方法利用了上述裝置，其主要包括上溶測試和/或側溶測試，其中，

所述上溶測試包括以下步驟：

將待測巖心的上下兩端切平，以獲得兩個相對的切面，將巖心除所述兩個相對的切面外的其余部分包裹上石蠟，作為樣品備用；

將樣品的一個切面固定在樣品固定環(huán)上，將樣品浸入水中進行溶蝕，直至水溶液達到飽和狀態(tài)，完成樣品的上溶測試；

所述側溶測試包括以下步驟：

將待測巖心的上下兩端切平，以獲得兩個相對的切面，將所述兩個相對的切面包裹上石蠟，作為樣品備用；

將樣品放置在樣品托盤上，放置時樣品的一個切面與樣品托盤接觸，另一個切面通過樣品頂部固定盤壓緊固定，將樣品浸入水中進行溶蝕，直至水溶液達到飽和狀態(tài)，完成樣品的側溶測試。

在上述方法中，優(yōu)選地，所述水為蒸餾水。

本發(fā)明提供的技術方案采用石蠟對樣品的不溶面進行封涂，不僅可以防止不溶面被溶蝕，同時由于石蠟的相對密度小，封涂在樣品的不溶面上不會增加稱重負擔，且在溶蝕過程中，裝置可以有效保護樣品，防止樣品受到破壞。

在上述方法中，優(yōu)選地，將樣品浸入水中后，該方法還包括通過支桿在第一絲桿和第二絲桿上的位置來控制樣品浸入水面的深度。

在上述方法中，對樣品進行上溶測試和側溶測試時，水的用量沒有特別限定，加入的水能夠淹沒樣品的待溶蝕面即可，例如，對于直徑為10cm的巖心，采用5000mL的燒杯，加入3000-3500mL的水(一般上溶測試加入的水為3000mL，側溶測試加入的水為3500mL)即可。

本發(fā)明對現有的測試方法進行研究時發(fā)現其主要存在以下弊端：

1)采用現有的測試方法，需要將側溶和上溶樣品的不溶面外部包裹上瀝青形成一定厚度的外殼，然后利用繩子捆綁住外殼將樣品懸掛在水中進行測試，由于外殼的硬度不大，在捆綁過程中極易破壞，從而導致實驗失??；不僅如此，溶蝕過程中，外殼還會對樣品的溶蝕速度造成影響，尤其會對側溶底部的溶蝕速度產生較大影響，并且還會影響到溶蝕角的形成；

2)現有的測試方法在進行側溶時需要將樣品切去寬度為7cm的側面作為溶蝕面，不僅操作繁瑣，而且僅有這一切面作為溶蝕面，溶蝕效果并不理想；

3)采用現有的測試方法只能側重于研究有多少鹽溶于水，鹵水中殘渣的含量、鹵水成分，不能滿足鹽穴造腔參數的測定要求，因為鹽穴造腔參數的測定需要更加側重于研究鹽溶蝕后的形態(tài)、溶蝕后不溶物殘渣的堆積形態(tài)，研究不溶物對鹽巖溶蝕形態(tài)的影響，而這些是采用現有的測試方法無法做到的。

本發(fā)明的有益效果：

(1)本發(fā)明提供的裝置能夠通過支桿位置的變化改變樣品進入溶液的深度，滿足不同樣品對應不同溶液量的測試；其中，拉桿不僅可以方便樣品的放取，而且可以方便裝置懸掛于彈簧式質量計上，在溶解過程中不用接觸樣品即可隨時測量和記錄樣品的質量變化情況；

(2)本發(fā)明提供的裝置安全穩(wěn)定可靠，測試過程中除測量溶蝕進尺量時測量器具會接觸樣品外，其他過程都避免了樣品的不必要碰觸，最大程度保護了實驗樣品；

(3)常規(guī)的測試方法需要將側溶樣品切去寬度為7cm的側面作為溶蝕面，將側溶和上溶樣品的不溶面外部包裹瀝青和石蠟的混合物，瀝青石蠟的混合物形成一個有一定厚度的外殼，外殼用繩子捆綁懸掛在水溶液中進行測試；而本發(fā)明提供的技術方案測試樣品加工簡單，只需要將樣品兩個端面切平，不溶面用蠟封住，放在裝置上即可進行實驗，操作簡單方便；

(4)常規(guī)的測試方法，樣品外部的瀝青石蠟外殼硬度不大還要承受捆綁固定的負荷，在實驗過程中一旦觸碰損壞水溶液就能從破壞處侵入樣品造成實驗失??；而本發(fā)明提供的技術方案樣品不溶面的蠟封并不承重，其可以防止不溶面被溶蝕，有效保護樣品不被損壞；

(5)常規(guī)的測試方法，瀝青和石蠟混合物的包裹外殼會對樣品溶速度造成影響尤其是側溶底部的溶蝕速度，并且還會影響到溶蝕角的形成；而本發(fā)明提供的技術方案對溶蝕面沒有任何阻擋，保證了巖心樣品與水的充分接觸，真實、直觀地模擬了地下儲庫的造腔形態(tài)變化過程，可以獲得側溶全角度的溶蝕角，更加清晰準確；

(6)常規(guī)的測試方法側重于研究多少鹽溶于水，鹵水中殘渣的含量，鹵水的成分，而沒辦法對鹽溶蝕后的形態(tài)，溶蝕后不溶物殘渣的堆積形態(tài)，以及不溶物對鹽巖溶蝕形態(tài)的影響進行相應的研究，因為常規(guī)的測試方法在巖心的外面包裹了一層含有瀝青的外殼，在溶解過程中，一方面無法清楚了解溶蝕過程中巖心內部的溶蝕情況，因而無法描述和記錄巖心溶蝕后的形態(tài)；另一方面，由于瀝青外殼的存在，不溶物殘渣無法實現從巖心上脫落堆積，只能滯留在瀝青外殼內部，這樣就無法了解從巖心上脫落的不溶物是如何實現堆積的，堆積的形態(tài)又是怎樣的，以至于無法全面而準確地體現鹽穴造腔；而本發(fā)明提供的技術方案能夠清楚了解鹽溶蝕后巖心的形態(tài)變化，并且溶蝕過程中不溶物殘渣能夠實現從巖心上自由下落并堆積，可以方便研究人員對不溶物殘渣的堆積形態(tài)進行研究。

附圖說明

圖1為實施例1提供的懸掛式鹽巖水溶測試裝置的第一種結構示意圖；

圖2為實施例1提供的懸掛式鹽巖水溶測試裝置的第二種結構示意圖；

圖3為實施例1提供的懸掛式鹽巖水溶測試裝置的使用示意圖；

主要附圖標號說明：

1：拉桿；2：第一絲桿；3：第二絲桿；4：支桿；5：樣品固定環(huán)；6：樣品頂部固定盤；7：樣品托盤。

具體實施方式

為了對本發(fā)明的技術特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，現對本發(fā)明的技術方案進行以下詳細說明，但不能理解為對本發(fā)明的可實施范圍的限定。

實施例1

本實施例提供了一種懸掛式鹽巖水溶測試裝置，該裝置的結構示意圖如圖1和圖2所示。

該裝置包括懸掛單元和固定單元；其中，

懸掛單元包括拉桿1、第一絲桿2、第二絲桿3和支桿4；其中，第一絲桿2和第二絲桿3分別位于拉桿1的兩側，第一絲桿2的頂部與拉桿1的一端相連，第二絲桿3的頂部與拉桿1的另一端相連；第一絲桿2和第二絲桿3分別與拉桿1垂直；

第一絲桿2的底部和第二絲桿3的底部分別與固定單元相連；支桿4位于拉桿1和固定單元之間，與第一絲桿2和第二絲桿3相連，且支桿4的兩端伸出于第一絲桿2和第二絲桿3之外；

第一絲桿2上套設有第一緊固螺母組，第一緊固螺母組包括第一頂部螺母和第一底部螺母，第一頂部螺母和第一底部螺母的內部設有內螺紋，該內螺紋與第一絲桿2表面的外螺紋相適應，即第一緊固螺母組可以通過螺紋連接固定于第一絲桿2上；

第二絲桿3上套設有第二緊固螺母組，第二緊固螺母組包括第二頂部螺母和第二底部螺母，第二頂部螺母和第二底部螺母的內部設有內螺紋，該內螺紋與第二絲桿3表面的外螺紋相適應，即第二緊固螺母組可以通過螺紋連接固定于第二絲桿3上；

支桿4位于第一頂部螺母和第一底部螺母之間，且位于第二頂部螺母和第二底部螺母之間，頂部螺母和底部螺母之間的壓力可以將支桿4牢牢固定在第一絲桿2和第二絲桿3上；

固定單元包括樣品固定環(huán)5；或者，固定單元包括樣品頂部固定盤6和樣品托盤7；其中，樣品頂部固定盤6位于所述樣品托盤7的上方；

當固定單元為樣品固定環(huán)5時(如圖1所示)，拉桿1、支桿4和樣品固定環(huán)5的環(huán)面三者可以是相互平行的；

當固定單元包括樣品頂部固定盤6和樣品托盤7時(如圖2所示)，拉桿1、支桿4、樣品頂部固定盤6的盤面和樣品托盤7的盤面四者可以是相互平行的；

拉桿1上可以設有一個弧形的豁口，該豁口可以使裝置穩(wěn)定懸掛于掛鉤上。

實施例2

本實施例提供了一種懸掛式鹽巖水溶測試方法，該方法使用了實施例1提供的裝置，其包括以下步驟：

1)上溶測試：

取直徑為10cm的被測巖心，將巖心的上下兩面切平，以獲得兩個相對的切面；然后將巖心的外側(不包括這兩個相對的切面)包裹上蠟以防止測試過程中巖心樣品的側面被溶蝕，將處理好的巖心作為樣品備用；

采用螺母將上述樣品的一個切面固定在樣品固定環(huán)5上，固定過程中可以保持待測樣品被固定的切面與樣品固定環(huán)5的環(huán)面相平行或在同一個平面內。

樣品固定好后，將支桿4架于5000mL的燒杯上(如圖3所示)，該燒杯內部裝有3000mL的水，此時裝置便懸掛于容器內，當需要調節(jié)樣品浸入水中的深度時，松開第一緊固螺母組和第二緊固螺母組，移動支桿4，改變其在第一絲桿和第二絲桿上的位置即可。

測試初始階段，容器內溶液的鹽濃度低，樣品的溶蝕速度較快，此時，每隔10-15分鐘測量樣品的溶蝕進尺和質量(測量質量時，直接將拉桿4懸掛于彈簧式質量計的掛鉤上，避免了接觸樣品)，以及記錄樣品的溶蝕形狀；

溶蝕一段時間之后，容器內溶液的鹽濃度逐漸升高，樣品的溶蝕速度逐漸降低，此時，可以逐步延長上述測量樣品的溶蝕進尺和質量，以及記錄樣品的溶蝕形狀的時間間隔，直至容器內溶液的鹽濃度達到飽和。

2)側溶測試：

取直徑為10cm的被測巖心，上下兩面切平后包裹上石蠟，以防止測試中巖心樣品上下面被溶蝕，將處理好的巖心作為樣品備用；

將樣品放在樣品托盤7上，樣品的一個切面與樣品托盤7接觸，另一個切面與樣品頂部固定盤6接觸，樣品托盤7和樣品頂部固定盤6一起將樣品固定住。

樣品固定好后，按照上溶測試中的方式將支桿4架于5000mL的燒杯上，燒杯內裝有3500mL的水，通過調節(jié)支桿4在第一絲桿和第二絲桿上的位置來控制巖心浸入水中的深度以保證測試效果。

測試初始階段，容器內溶液的鹽濃度低，樣品的溶蝕速度較快，此時，每隔10-15分鐘測量樣品溶蝕進尺、質量并記錄溶蝕形狀；

溶蝕一段時間之后，容器內溶液的鹽濃度逐漸升高，樣品的溶蝕速度逐漸降低，此時，可以逐步延長上述測量樣品的溶蝕進尺和質量，以及記錄樣品的溶蝕形狀的時間間隔，直至溶液飽和。

本實施例提供的測試方法采用的是透明的燒杯，且?guī)r心樣品的外部沒有包覆瀝青，巖心樣品的整個溶解過程全程可見，本領域技術人員可以全角度地觀察并記錄巖心樣品在溶蝕過程中溶蝕角的變化、不溶物及鹵水運移及分布情況，以及巖心樣品在溶蝕過程中的形態(tài)變化，為后期模擬造腔鹽穴形態(tài)變化提供實驗資料。