本實用新型涉及一種測定鹽穴儲氣庫殘渣空隙利用率的物理模擬裝置，屬于鹽穴地下儲氣庫造腔空隙利用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
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(diào)峰和戰(zhàn)略儲備。鹽穴儲氣庫具有結(jié)構(gòu)堅實、密封性好、易開采，尤其是具有注氣及采氣迅速的特點，越來越受到各國的重視。
鹽穴水溶造腔過程中，可溶物溶于水中并隨鹵水排出，不溶物逐漸沉積在腔體底部，不溶物的堆積及其內(nèi)部剩余鹵水會造成庫容空間的損失。對于含鹽量高的巖層，不溶物含量低，溶腔后不溶物堆積體較小，庫容損失少，但我國的巖層主要為多夾層鹽巖地層，含鹽地層中鹽層薄、夾層多、不溶物含量高，在溶腔結(jié)束后腔底會存在較厚的不溶物殘渣。而國外鹽穴儲庫不溶物含量較少，研究多集中在建庫選址、鹽腔形態(tài)控制、注氣排鹵工藝、密封性評價、穩(wěn)定性評價等技術(shù)方面，而國內(nèi)目前的研究也多集中在水溶建腔等方面，對不溶物殘渣的空隙利用研究較少。
因此，目前迫切需要針對我國實際情況研發(fā)鹽穴儲氣庫提高殘渣空隙空間利用率的物理模擬技術(shù)。對不同地區(qū)，不同地層，不同組成的不溶物進(jìn)行實驗?zāi)M，分析研究不溶物殘渣的沉積特征及其空隙體積，掌握不溶物殘渣空隙可利用率，指導(dǎo)后續(xù)注氣排鹵施工工藝方案設(shè)計，為我國鹽穴儲氣庫建設(shè)技術(shù)的完善與發(fā)展提供有益補充。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本實用新型的目的在于提供一種測定鹽穴儲氣庫殘渣空隙利用率的物理模擬裝置。
為達(dá)上述目的，本實用新型提供了一種測定鹽穴儲氣庫殘渣空隙利用率的物理模擬裝置，其包括：帶刻度的進(jìn)氣桿1、筒體5及三腳支架12；
其中，所述筒體5頂端設(shè)有用于密封該筒體5的頂蓋3及頂帽4，該頂帽4與頂蓋3之間通過卡簧相連接；且頂蓋3設(shè)有壓實進(jìn)氣口2；
所述活塞6可滑動地設(shè)置于筒體5內(nèi)，且活塞6上裝有密封圈7；
所述帶刻度的進(jìn)氣桿1的頂端穿過頂蓋3并設(shè)有氣驅(qū)進(jìn)氣口，其底端設(shè)置的外螺紋與活塞6中心的螺紋孔相連接，且該帶刻度的進(jìn)氣桿1的底端與活塞6螺紋孔底面相平齊；
所述筒體5底端設(shè)有底帽9及底托10，該底帽9與底托10之間通過卡簧相連接，且底托10設(shè)有出水出氣口11；
所述筒體5置于該三腳支架12上，且該三腳支架12設(shè)有用于使出水出氣口11穿過的通孔；
該裝置還包括一可拆卸的氣水分離器，該氣水分離器通過管路與所述出水出氣口11相連接。
根據(jù)本實用新型的具體實施方案，在該裝置中，優(yōu)選地，所述筒體5為鋼制筒體。
根據(jù)本實用新型的具體實施方案，優(yōu)選地，該裝置還包括一用于收集從出水出氣口11所流出水的量筒。其中，在出水出氣口11連接軟管，并將該軟管放入裝盛一定量水的量筒中，即可以實現(xiàn)收集水的目的。
根據(jù)本實用新型的具體實施方案，在該裝置中，所述可拆卸的氣水分離器是指該氣水分離器可以根據(jù)需要進(jìn)行拆卸、安裝。
本實用新型所述的裝置可以適用于多種不同的方法進(jìn)行鹽穴儲氣庫殘渣空隙利用率的測定，為進(jìn)一步對本實用新型的裝置進(jìn)行說明，本實用新型還提供了應(yīng)用本實用新型的裝置對鹽穴儲氣庫殘渣空隙利用率進(jìn)行測定的方法，其包括以下步驟：
(1)、將過濾層置于筒體中，再裝入浸水后的待測不溶殘渣樣品，密封筒體；打開壓實進(jìn)氣口并通入氣體，再緩慢打開氣驅(qū)進(jìn)氣口，當(dāng)該氣驅(qū)進(jìn)氣口有水流出后立刻將其關(guān)閉，記錄帶刻度的進(jìn)氣桿在頂帽上端面處的初始位置刻度；
(2)、打開底部出水出氣口，通過壓實進(jìn)氣口持續(xù)向筒體中通入氣體，逐漸增大氣體壓力，并記錄不同壓力下帶刻度的進(jìn)氣桿在頂帽上端面處的位置刻度和累計出水量；當(dāng)所述帶刻度的進(jìn)氣桿在1h內(nèi)不再下降，停止加壓，此時待測不溶殘渣樣品被壓實，該氣體壓力即為壓實壓力，再通過進(jìn)氣桿進(jìn)深增加值換算得到壓實樣品高度，進(jìn)而得到壓實體積；
(3)、連接氣水分離器，保持步驟(2)中所述壓實壓力不變，打開氣驅(qū)進(jìn)氣口并通入氣體以進(jìn)行氣驅(qū)，觀察底部出氣口是否有水流出，逐漸增大氣驅(qū)壓力，記錄每個氣驅(qū)壓力下的累計出水量，并記錄出現(xiàn)第一個氣泡時的壓力值及時間點，該壓力即為突破壓力；
(4)、當(dāng)出現(xiàn)第一個氣泡后，保持步驟(3)中所述突破壓力不變，觀察并記錄每個小時的出水量和出氣量，記錄不出水即連續(xù)出氣的時間點，從氣驅(qū)開始到連續(xù)出氣所流出的水量為氣驅(qū)水量，即為殘渣樣品中可利用的空隙體積。
根據(jù)本實用新型的具體實施方案，其中，本實用新型對該方法步驟(1)中過濾層的厚度不做具體要求，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)需要合理設(shè)置過濾層的厚度，只要保證可以實現(xiàn)本實用新型目的即可；在本實用新型具體實施方式中，筒體高度為40cm時，所用過濾層的厚度為1cm左右。
根據(jù)本實用新型的具體實施方案，具體地，在該方法步驟(1)中壓實進(jìn)氣口通入的所述氣體的壓力為0.01-0.1MPa。
由于活塞與筒壁的密封性較好，在無外力的情況下活塞不會下降，為保證實驗開始時活塞能與樣品接觸，只要稍微加一點壓力即可，一般0.01-0.1MPa之間都可以。
根據(jù)本實用新型的具體實施方案，具體地，在該方法步驟(1)中在筒體裝入浸水后的待測不溶殘渣樣品后，再向筒體中裝入砂巖過濾層。
根據(jù)本實用新型的具體實施方案，具體地，在該方法步驟(1)中所述過濾層為滲透率為100毫達(dá)西以上的過濾層；
更具體地，所述過濾層為砂巖過濾層。
根據(jù)本實用新型的具體實施方案，具體地，在該方法中，所述氣體為非可燃?xì)怏w；
更具體地，該氣體包括氮氣或空氣。
根據(jù)本實用新型的具體實施方案，具體地，在該方法步驟(2)中所述逐漸增大氣體壓力包括以下步驟：
從氣體壓力為0.1-1.0MPa開始，每1-3小時增加0.1-1.0MPa，且壓實壓力不超過10MPa。
根據(jù)本實用新型的具體實施方案，具體地，在該方法步驟(3)中氣驅(qū)進(jìn)氣口通入的所述氣體的壓力為0.01-0.5MPa。
其中，步驟(3)中可以根據(jù)實驗樣品的顆粒大小選擇氣驅(qū)初始壓力，一般來說顆粒粒徑越小，初始壓力越大，顆粒粒徑越大，初始壓力越小。一般初始壓力為0.01-0.5MPa之間。
根據(jù)本實用新型的具體實施方案，具體地，在該方法步驟(3)中氣驅(qū)壓力的增加幅度不大于0.5MPa，且所述突破壓力不大于所述壓實壓力。
根據(jù)本實用新型的具體實施方案，具體地，在該方法步驟(2)-(3)中采用量筒收集水，具體操作如下：在出水出氣口連接軟管，并將該軟管放入量筒中以收集水；
更具體地，所述量筒為盛裝一定量水的量筒。
其中，步驟(3)中當(dāng)出水出氣口連接氣水分離器后，該量筒用于收集從氣水分離器分離的水。
使用盛裝一定量水的量筒的目的主要是觀察什么時候能夠突破出現(xiàn)氣泡，不過連接軟管是透明的也可以直接觀察到氣泡流出。
根據(jù)本實用新型的具體實施方案，該方法中所用的帶刻度的進(jìn)氣桿的高度已知。
本實用新型通過室內(nèi)實驗?zāi)M鹽穴儲氣庫造腔過程所涉及的殘渣沉積過程和氣驅(qū)排水過程，分析研究不溶物殘渣樣品在不同壓力下的壓實變化以及注氣排鹵擴(kuò)容的效果，進(jìn)而得出鹽腔不溶物占用損失空間，預(yù)測注氣排鹵擴(kuò)容體積。為鹽穴儲氣庫擴(kuò)容技術(shù)的完善提供基礎(chǔ)參數(shù)，指導(dǎo)鹽穴建庫造腔施工方案設(shè)計。
本實用新型所提供的鹽穴儲氣庫測定殘渣空隙利用率的物理模擬技術(shù)具有以下優(yōu)點：
(1)本實用新型所提供的鹽穴儲氣庫提高殘渣空隙利用率的物理模擬方法能夠模擬不同地區(qū)、不同組成、不同顆粒在不同壓力下的殘渣壓實體積變化、氣驅(qū)排水過程，可以測得殘渣排替壓力和排出水體積，進(jìn)而計算得到殘渣空隙的可利用率(氣驅(qū)水量/壓實體積)。
(2)本實用新型所提供的鹽穴儲氣庫測量殘渣空隙利用率的物理模擬裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，操作簡單，安全穩(wěn)定。整個裝置簡單緊湊，構(gòu)思巧妙?？梢酝ㄟ^進(jìn)氣壓力控制筒體內(nèi)壓和氣驅(qū)壓力，進(jìn)氣桿進(jìn)深可以轉(zhuǎn)化成殘渣體積。
(3)本實用新型所提供的鹽穴儲氣庫測量殘渣空隙利用率的物理模擬方法簡單，容易掌握。
附圖說明
圖1為本實用新型所提供的提高鹽穴儲氣庫殘渣空隙利用率的物理模擬裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
主要附圖標(biāo)號說明：
1、帶刻度的進(jìn)氣桿；
2、壓實進(jìn)氣口；
3、頂蓋；
4、頂帽；
5、筒體；
6、活塞；
7、密封圈；
9、底帽；
10、底托；
11、出水出氣口；
12、三腳支架。
具體實施方式
以下通過具體實施例及說明書附圖詳細(xì)說明本實用新型的實施過程和產(chǎn)生的有益效果，旨在幫助閱讀者更好地理解本實用新型的實質(zhì)和特點，不作為對本案可實施范圍的限定。
實施例1
本實施例提供了一種測定鹽穴儲氣庫殘渣空隙利用率的物理模擬裝置，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，從圖1中可以看出，該裝置包括：帶刻度的進(jìn)氣桿1、筒體5及三腳支架12；
其中，所述筒體5頂端設(shè)有用于密封該筒體5的頂蓋3及頂帽4，該頂帽4與頂蓋3之間通過卡簧相連接；且頂蓋3設(shè)有壓實進(jìn)氣口2；
所述活塞6可滑動地設(shè)置于筒體5內(nèi)，且活塞6上裝有密封圈7；
所述帶刻度的進(jìn)氣桿1的頂端穿過頂蓋3并設(shè)有氣驅(qū)進(jìn)氣口，其底端設(shè)置的外螺紋與活塞6中心的螺紋孔相連接，且該帶刻度的進(jìn)氣桿1的底端與活塞6螺紋孔底面相平齊；
所述筒體5底端設(shè)有底帽9及底托10，該底帽9與底托10之間通過卡簧相連接，且底托10設(shè)有出水出氣口11；
所述筒體5置于該三腳支架12上，且該三腳支架12設(shè)有用于使出水出氣口11穿過的通孔；
該裝置還包括一可拆卸的氣水分離器(圖中未示出)，該氣水分離器通過管路與所述出水出氣口11相連接；
所述筒體5為鋼制筒體。
該裝置還包括一用于收集從出水出氣口11所流出水的量筒。其中，在出水出氣口11連接軟管，并將該軟管放入裝盛一定量水的量筒中，即可以實現(xiàn)收集水的目的。
實施例2
本實施例提供了一種測定鹽穴儲氣庫殘渣空隙空間利用率的物理模擬方法，其是采用實施例1所提供的裝置實現(xiàn)的，該方法包括以下步驟：
一、實施例1所提供裝置的基本參數(shù)如下所示
1、筒體內(nèi)徑d＝9.0cm，筒體高度為40cm；
2、可容納的樣品體積V＝S×H1；
其中，S為筒體橫截面積，πd2/4＝3.14×9×9/4＝63.585cm2；
H1為樣品高度，其中，初始樣品高度計算公式為：筒體高度-過濾層高度-(進(jìn)氣桿總高度-進(jìn)氣桿在頂帽上端面處的初始位置刻度)；
壓實樣品高度計算公式為：初始樣品高度-進(jìn)氣桿進(jìn)深增加值，即為：初始樣品高度-(進(jìn)氣桿在頂帽上端面處的初始位置刻度-進(jìn)氣桿在頂帽上端面處的最終位置刻度)；
3、進(jìn)氣桿空間體積為23mL，進(jìn)氣桿高度為50.9cm。
二、實驗準(zhǔn)備
1、準(zhǔn)備兩塊砂巖巖心過濾層(厚度均為1cm)，四張圓形濾紙，巖心直徑、濾紙直徑與筒體內(nèi)徑相同，均為9cm。
2、先將一塊過濾巖心放入樣品筒底部，上面覆蓋兩張濾紙，然后將底托和腔體旋緊，關(guān)閉底部出水出氣口。
3、測量待測樣品的濕樣體積、質(zhì)量，樣品體積不能大于樣品筒最大可容納體積V。
4、將樣品中的水盡量用吸管吸干凈后將樣品轉(zhuǎn)入樣品筒內(nèi)，清潔筒壁。
5、在樣品頂端依次放入兩張濾紙和過濾巖心，再將頂蓋擰緊。
三、壓實實驗
1、保持底部出水出氣口、氣驅(qū)進(jìn)氣口和壓實進(jìn)氣口關(guān)閉，壓實進(jìn)氣口連接氣瓶。將壓力調(diào)節(jié)至0.1MPa，壓實進(jìn)氣口打開，緩慢打開氣驅(qū)進(jìn)氣口，當(dāng)氣驅(qū)進(jìn)氣口有水流出后立刻關(guān)閉。記錄進(jìn)氣桿在頂帽上端面處的初始位置刻度。
2、打開底部出水出氣口，在氣體壓力的作用下，樣品中的水會被擠壓流出，用量筒承接。從0.5MPa開始，每小時增加0.5MPa，記錄不同壓力下進(jìn)氣桿高度和累計出水量。當(dāng)每小時的出水量小于3mL或者不出水時停止加壓，記錄進(jìn)氣桿在頂帽上端面處的最終位置刻度，此時的壓力為壓實壓力，由進(jìn)氣桿進(jìn)深增加值換算的體積即為壓實體積。
四、氣驅(qū)水實驗
1、連接氣水分離器，保持壓實壓力不變，調(diào)節(jié)氣驅(qū)進(jìn)氣壓力為0.1MPa，打開氣驅(qū)進(jìn)氣口通入氣體以進(jìn)行氣驅(qū)，觀察底部出水出氣口是否有水流出，逐漸增大氣驅(qū)壓力，開始增加量不要超過0.5MPa，后視情況可適當(dāng)調(diào)整壓力增加量，記錄每個壓力下的累計出水量，并觀察是否有氣泡流出，如果有，記錄出氣泡的時間點和壓力，該壓力即為突破壓力。
2、當(dāng)有氣泡后，保持氣驅(qū)壓力不變，觀察并記錄每個小時的出水和出氣量，隨著時間推移，出水量逐漸減少，記錄不出水即連續(xù)出氣的時間點，從氣驅(qū)開始到連續(xù)出氣流出的水量為氣驅(qū)水量。
3、氣驅(qū)壓力的不能超過壓實壓力。
五、實驗結(jié)束
1、關(guān)閉氣驅(qū)進(jìn)氣口和壓實進(jìn)氣口，將氣驅(qū)壓力和壓實壓力關(guān)閉。
2、整理實驗數(shù)據(jù)。計算壓實體積(壓實后樣品高度×筒體橫截面積)，氣驅(qū)過程驅(qū)出水量為殘渣空隙可利用空間量。氣驅(qū)水量除以壓實體積即為殘渣空隙空間利用率。
具體地：
本實施例中選取平頂山地區(qū)巖心樣品，樣品體積為940mL，不溶物質(zhì)量百分含量為91％，樣品粉碎過40目篩子(方孔0.45mm)，碎樣后浸水，觀察至少十五天，待體積變化不大后，方可放入儀器中進(jìn)行實驗。
進(jìn)氣桿在頂帽上端面處的初始位置刻度為38.7cm，則初始樣品高度計算公式為40cm-2cm-(50.9cm-38.7cm)，計算得到初始樣品高度為25.8cm，初始體積為1640mL，壓實壓力從0.5MPa，每小時逐步提高0.5MPa，記錄進(jìn)氣桿位置刻度和出水量，最終進(jìn)氣桿在頂帽上端面處的最終位置刻度為28.7cm，則壓實樣品高度計算公式為25.8cm-(38.7cm-28.7cm)，計算得到壓實樣品高度為15.8cm，壓實壓力為8MPa，壓實體積(壓實樣品高度×筒體橫截面積)為1005mL。
保持壓實壓力不變，通過驅(qū)替壓力從0.1MPa，逐漸增加至0.2MPa，0.3MPa，后續(xù)可以適當(dāng)增加壓力，但不要超過0.5MPa，最終測得突破壓力為7MPa，累計出水量為75.5mL，得到殘渣空隙空間利用率為7.5％。