CN102606146B - 一种模拟多夹层盐岩地质条件的造腔模型试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模拟多夹层盐岩地质条件的造腔模型试验方法，如下步骤：对天然含夹层盐岩分析；制作可加温的盐岩模具；制作夹层盐岩试件；在夹层盐岩试件的顶端向下钻孔，在夹层盐岩试件的顶面上放置用于模拟多夹层盐岩上的覆盖层的压盘，并布置造腔技术套管；通过超声波换能器探测测定波在夹层盐岩试件的壁面传播的时间来计算任意造腔阶段的夹层盐岩试件的腔壁厚度，获取各造腔工艺参数对层状盐岩腔体形状扩展的影响。该实验方法保证地质环境和盐层赋存状态的相似模型试验，可以更好地观测分析多夹层盐岩造腔的过程，为规避造腔失败和改建造腔工艺参数设计提供更为真实的理论支持和技术指导。
Description
技术领域
本发明涉及一种岩盐造腔试验方法，尤其涉及一种模拟多夹层盐岩地质条件的造腔模型试验方法。
背景技术
相对其它储备方式，岩盐地下油气储备库具有安全、经济的特点，但国外岩盐地下储库仍时有事故发生（如油气渗漏、溶腔失效、地表沉陷等）。目前国外地下岩盐储库几乎都建在巨厚盐丘中，而我国可建地下储库的岩盐均为层状岩盐，具有厚度薄、夹层多、品位低、埋深大（江苏金坛盐岩层埋深约为1000m）的特点，相比之下我国地下岩盐储库建设难度更大、运行风险更高。目前，我国多夹层盐岩地质条件建造一个单腔盐岩储库的成本上千万元，建造周期在3年左右。江苏金坛盐岩储库建造工程作为我国西气东输工程中能源储存中转站及能源季节性调峰基地，对我国沿海地区能源供给与调节具有不可替代的作用。因此有必要针对我国多夹层盐岩地质条件盐岩储库建造的特点，获得基本的造腔工艺条件参数，保证腔体建造安全，提升造腔工程进度，降低造腔成本。
然而，要准确掌握多夹层深埋深盐岩层能源储库建造期关键灾害因素对规避造腔失败，就必须根据我国盐岩地质条件开展相似模型试验，即模拟多夹层盐岩地层的相似材料，同时还要模拟地应力、地温，采用相同的造腔工艺模拟整个造腔过程。采用此种既能模拟地质条件，又能模拟造腔过程及造腔工艺的相似模型试验，可以较真实的反映我国特有的盐岩地质条件造腔过程中影响造腔安全关键灾害因素，也能为改进现有造腔工艺技术提供依据。
现有试验方法均存在如下不足：一、岩心钻取成本高昂，尺寸效应严重，不能较好地反映盐岩造腔；二、无法实现含夹层的造腔过程；三、不能模拟地质条件。
发明内容
针对现有技术中的不足之处，本发明提供了一种模拟多夹层盐岩地质条件的造腔模型试验方法。该方法更真实的模拟我国深埋盐岩层中的地应力、地温、及不同层厚和杂质成份的多夹层盐岩地层，保证了地质环境和盐层赋存状态的相似模型试验可以更好地观测分析多夹层盐岩造腔的过程，为规避造腔失败和改建造腔工艺参数设计提供更为真实的理论支持和技术指导。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：
一种模拟多夹层盐岩地质条件的造腔模型试验方法，该试验方法包括如下步骤：
1）对天然含夹层盐岩分析：现场钻取直径小于10cm的含夹层盐岩，对现场钻取的含夹层盐岩进行分层分析，获取含夹层盐岩的物理特性、溶解性质和夹层分布特点；
2）制作可加温的盐岩模具：先制作一个内径为32～34cm的圆桶，再在圆桶的内壁制作一层厚度为2～2.5cm的圆环形加温垫；
3）制作夹层盐岩试件：首先，选用纯盐岩粉末作为盐岩层的压制材料，选用硫酸钙和粘土作为夹层的压制材料；然后，根据步骤1）中含夹层盐岩的分布方式，在制作的可加温的盐岩模具中铺一层盐岩层再铺一层夹层的方式交叉铺设，每铺设一层使用压力机压制，最后压制成具有与天然含夹层盐岩相似物理力学特性的夹层盐岩试件；
4）在夹层盐岩试件的顶端向下钻孔，在夹层盐岩试件的顶面上放置用于模拟多夹层盐岩上的覆盖层的压盘，并布置造腔技术套管；所述造腔技术套管包括油管、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过压盘并伸入夹层盐岩试件的腔体内；通过外管和中心管之间的环孔向夹层盐岩试件的腔体内通水，通过油管与外管之间的环孔向夹层盐岩试件的腔体内通油，通过中心管将夹层盐岩试件的腔体内的卤水排出；
5）通过圆环形加温垫向夹层盐岩试件加温，并通过温控器控制夹层盐岩试件的温度，以模拟天然含夹层盐岩的地温；
6）在圆桶的外壁上按纵横线绘制正交网格线，网格线的交点为检测点；
7）将超声波换能器上的发射探头和接收探头并排放在圆桶外壁上的检测点处，开启超声波换能器探测测定波在夹层盐岩试件的壁面传播的时间来计算任意造腔阶段的夹层盐岩试件的腔壁厚度；通过超声波换能器上的发射探头和接收探头对圆桶的外壁上的检测点逐个进行检测，并通过统计拟合各检测点的夹层盐岩试件的腔壁厚度，再辅以三维画图软件得出夹层盐岩试件的腔体的形状，获取造腔工艺参数对层状盐岩腔体形状扩展的影响。
作为本发明的另一种优选方案，所述圆环形加温垫的内壁为上口大、下口小的圆锥形。
与现有技术相比，本发明的一种模拟多夹层盐岩地质条件的造腔模型试验方法，具有如下优点：
1、该方法更真实的模拟我国盐岩层中地应力、地温、及不同层厚和杂质成份的多夹层盐岩地层，同时因采用的多夹层盐岩材料为天然盐岩粉末和不溶夹层粉末压制而成，故可以采用与现场相同的造腔工艺条件进行模拟造腔。
2、为了监测整个造腔过程，在装置外壁增加了超声波换能器，开启超声波换能器探测测定波在夹层盐岩试件的壁面传播的时间来计算任意造腔阶段的厚度，通过统计拟合各检测点的夹层盐岩试件腔壁厚度，再辅以三维画图软件便可得出腔体的形状，实现跟踪监测各造腔阶段腔体形状扩展过程，保证地质环境和盐层赋存状态的相似模型试验，可以更好地观测分析多夹层盐岩造腔的过程，为规避造腔失败和改建造腔工艺参数设计提供更为真实的理论支持和技术指导。
附图说明
图1为造腔模型试验装置的结构示意图；
图2为圆桶外壁正交网格线分布的结构示意图。
附图中：1—圆桶； 2—圆形加温垫； 3—盐岩层； 4—夹层； 5—夹层盐岩试件； 6—压盘； 7—油管； 8—外管； 9—中心管； 10—温控器； 11—检测点； 12—超声波换能器； 13—发射探头； 14—接收探头； 15—IES数据分析仪。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。
一种模拟多夹层盐岩地质条件的造腔模型试验方法，在该实验方法中采用了一种造腔模型试验装置，该造腔模型实验装置的结构如图1所示，该试验方法包括如下步骤：
1）对天然含夹层盐岩分析：现场钻取直径小于10cm的含夹层盐岩，对现场钻取的含夹层盐岩进行分层分析，获取含夹层盐岩的物理特性、溶解性质和夹层分布特点。
2）制作可加温的盐岩模具：先制作一个内径为32～34cm的圆桶1（本实施例中，圆桶1采用厚度为1～1.5cm的铁圆桶，铁圆桶的内径可采用32cm、33cm或34cm，该尺寸均可制作出较大外圆直径的夹层盐岩试件），再在圆桶1的内壁制作一层厚度为2～2.5cm的圆环形加温垫2。圆环形加温垫2的内壁为上口大、下口小的圆锥形，内壁设置为圆锥形结构便于夹层盐岩试件脱模。
3）制作夹层盐岩试件：首先，选用纯盐岩粉末（即天然盐岩粉末）作为盐岩层3的压制材料，选用硫酸钙和粘土（即不溶夹层粉末）作为夹层4的压制材料；然后，根据步骤1）中含夹层盐岩的分布方式，在制作的可加温的盐岩模具中铺一层盐岩层再铺一层夹层的方式交叉铺设，每铺设一层使用压力机压制，最后压制成具有与天然含夹层盐岩相似物理力学特性的夹层盐岩试件5。
4）在夹层盐岩试件5的顶端向下钻孔，在夹层盐岩试件5的顶面上放置用于模拟多夹层盐岩上的覆盖层的压盘6，并布置造腔技术套管；造腔技术套管包括油管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的底部均穿过压盘6并伸入夹层盐岩试件5的腔体内（即钻孔内）；通过外管8和中心管9之间的环孔向夹层盐岩试件5的腔体内通水，通过油管7与外管8之间的环孔向夹层盐岩试件5的腔体内通油，通过中心管9将夹层盐岩试件5的腔体内的卤水排出。
5）通过圆环形加温垫2向夹层盐岩试件5加温，并通过温控器10控制夹层盐岩试件5的温度，以模拟天然含夹层盐岩的地温。
6）在圆桶1的外壁上按纵横线绘制正交网格线，网格线的交点为检测点11。即对圆桶1的外壁进行画线布点，如图2所示，网格尺寸大小根据测试精度而定。
7）将超声波换能器12上的发射探头13和接收探头14并排放在圆桶1外壁上的检测点11处（一般要求发射探头13的频率高，探测距离在1～50cm，探头尺寸小，探头直径小于1cm），开启超声波换能器12探测测定波在夹层盐岩试件5的壁面传播的时间来计算任意造腔阶段的夹层盐岩试件5的腔壁厚度；通过超声波换能器12上的发射探头13和接收探头14对圆桶1的外壁上的检测点11逐个进行检测，并通过统计拟合各检测点的夹层盐岩试件5的腔壁厚度（主要通过IES数据分析仪15拟合检测点的夹层盐岩试件的腔壁厚度），再辅以三维画图软件得出夹层盐岩试件5的腔体的形状，实现跟踪监测造腔阶段腔体形状扩展过程，通过造腔形状的变化规律来有效分析造腔工艺参数（如造腔技术套管的空间位置、注水流量、油垫位置、地应力、地温等）对腔体形状控制的影响。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (1)
1.一种模拟多夹层盐岩地质条件的造腔模型试验方法，其特征在于，该试验方法包括如下步骤：
1）对天然含夹层盐岩分析：现场钻取直径小于10cm的含夹层盐岩，对现场钻取的含夹层盐岩进行分层分析，获取含夹层盐岩的物理特性、溶解性质和夹层分布特点；
2）制作可加温的盐岩模具：先制作一个内径为32～34cm的圆桶（1），再在圆桶（1）的内壁制作一层厚度为2～2.5cm的圆环形加温垫（2），所述圆环形加温垫（2）的内壁为上口大、下口小的圆锥形；
3）制作夹层盐岩试件：首先，选用纯盐岩粉末作为盐岩层（3）的压制材料，选用硫酸钙和粘土作为夹层（4）的压制材料；然后，根据步骤1）中含夹层盐岩的分布方式，在制作的可加温的盐岩模具中铺一层盐岩层再铺一层夹层的方式交叉铺设，每铺设一层使用压力机压制，最后压制成具有与天然含夹层盐岩相似物理力学特性的夹层盐岩试件（5）；
4）在夹层盐岩试件（5）的顶端向下钻孔，在夹层盐岩试件（5）的顶面上放置用于模拟多夹层盐岩上的覆盖层的压盘（6），并布置造腔技术套管；所述造腔技术套管包括油管（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）的底部均穿过压盘（6）并伸入夹层盐岩试件（5）的腔体内；通过外管（8）和中心管（9）之间的环孔向夹层盐岩试件（5）的腔体内通水，通过油管（7）与外管（8）之间的环孔向夹层盐岩试件（5）的腔体内通油，通过中心管（9）将夹层盐岩试件（5）的腔体内的卤水排出；
5）通过圆环形加温垫（2）向夹层盐岩试件（5）加温，并通过温控器（10）控制夹层盐岩试件（5）的温度，以模拟天然含夹层盐岩的地温；
6）在圆桶（1）的外壁上按纵横线绘制正交网格线，网格线的交点为检测点（11）；
7）将超声波换能器（12）上的发射探头（13）和接收探头（14）并排放在圆桶（1）外壁上的检测点（11）处，开启超声波换能器（12）探测测定波在夹层盐岩试件（5）的壁面传播的时间来计算任意造腔阶段的夹层盐岩试件（5）的腔壁厚度；通过超声波换能器（12）上的发射探头（13）和接收探头（14）对圆桶（1）的外壁上的检测点（11）逐个进行检测，并通过统计拟合各检测点的夹层盐岩试件（5）的腔壁厚度，再辅以三维画图软件得出夹层盐岩试件（5）的腔体的形状，获取造腔工艺参数对层状盐岩腔体形状扩展的影响。
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