CN103630655A - 模拟盐穴储库地质环境的损伤岩盐自愈合试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模拟盐穴储库地质环境的损伤岩盐自愈合试验方法，步骤如下：1）制作三轴室；2）制作圆柱形试件，将圆柱形试件安装在上下压头之间；3）通过卤水供应系统向圆柱形试件内部注入过饱和盐溶液；4）通过盐气供应系统向圆柱形试件内部通入潮湿含盐气体；5）加热垫片通电加热；6）由液压系统向三轴室的筒体内注入液压油；7）对圆柱形试件施加垂直方向的压力；8）到达损伤恢复设计时间后，取出圆柱形试件，检测损伤自愈合情况。该方法有效的模拟盐穴储库岩盐所处的地应力、地温、水分等环境条件，更好的研究试件在恢复过程中的力学性质变化，为研究损伤岩盐自愈合机理和维护岩盐储库提供更为真实的理论支持和技术指导。
Description
技术领域
本发明涉及一种模拟盐穴储库地质环境的试验方法，特别是涉及一种模拟盐穴储库地质环境的损伤岩盐自愈合试验方法。
背景技术
由于岩盐优良的物理力学性质，孔隙率低、渗透性小、变形能力好、可水溶开采等特点被国内外公认为最佳的能源地下储备地点。然而国内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)。由于地应力作用以及硐室开挖扰动的影响，在地下深处开挖的硐室周围必然要形成岩石松动圈，在松动圈内有大量的裂隙裂缝的存在，它们往往是储库内废物和外部生物圈的连通通道；在岩盐溶腔的建腔期和油气储存过程中，盐穴腔体的岩盐受到来自地层的水平应力和垂直应力以及腔体内流体的压力，也会导致腔壁岩盐受到损伤并出现裂隙，增加了岩盐的渗透性，不利于腔体的稳定和密封。这些都有可能引起储库事故的发生，造成不可估量的损失。但是，岩盐在地质条件下的自恢复作用会促使损伤岩盐的裂隙愈合，改善岩盐腔体内部受损岩盐的力学特性和渗透性。故有必要开展相关的岩盐自愈合试验研究。
要掌握岩盐储库损伤岩盐的自愈合情况从而采取措施加速其恢复速度，就有必要研究损伤岩盐在各种地质条件下的自恢复机理，开展一系列相关的相似模拟试验研究。既要研究在单一环境因素下损伤岩盐的自愈合机理和实际恢复情况，也要能够模拟复杂地质条件，研究在复杂地质条件下，损伤岩盐的自愈合机理和实际恢复情况。这种综合自愈合试验平台，可以较为真实的模拟岩盐储库的地质环境，为损伤岩盐的自愈合机理研究提供有力支持。
然而现有的岩盐自愈合相关试验研究，一般是分析单一条件下损伤岩盐的愈合恢复情况，不能多条件综合研究岩盐的自愈合情况，无法模拟盐穴储库的真实地质环境。因此，有必要改造现有的试验条件，制造适合于能模拟盐穴储库地质环境的岩盐自愈合试验平台。
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盐穴储库地质环境的损伤岩盐自愈合试验方法。该方法可更真实的模拟地质环境中的温度、水分及应力条件，不仅可以分别提供岩盐损伤自愈合的单一恢复条件，也可以根据设定模拟多条件的综合恢复环境。为研究损伤岩盐自愈合机理和维护岩盐储库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：
模拟盐穴储库地质环境的损伤岩盐自愈合试验方法，该方法包括如下步骤：
1）制作一个可以进行三轴加压的三轴室，作为实现不同愈合条件的模拟环境；
所述三轴室包括筒体、加热垫片、底座、上盖、上压杆、下支撑柱、上压头、下压头、气液导管、盐气供应系统、卤水供应系统、温度传感器、湿度传感器、压力传感器、信号接收器、液压系统和气液回收系统；所述加热垫片设置在筒体的内壁上，所述底座设置在筒体的底部并与筒体的下端口密封配合，所述上盖设置在筒体的顶部并与筒体的上端口密封配合，所述上盖上设置排气孔；所述上压杆竖直设置在上盖上，上压杆的底端伸进筒体内，所述下支撑柱竖直设置在底座上，下支撑柱的顶端伸进筒体内；所述上压头固定在上压杆的底端，所述下压头固定在下支撑柱的顶端，所述上压头和下压头在竖直方向上对应；所述上压杆和上压头在竖直方向上设置气液导孔，所述气液导管安装在气液导孔内；所述盐气供应系统和卤水供应系统分别通过管道与气液导管连接并通过气液导管与筒体内连通；所述温度传感器、湿度传感器和压力传感器均设置在上盖上并靠近筒体内，所述温度传感器、湿度传感器和压力传感器均与信号接收器连接；所述液压系统通过设置在下支撑柱上的管道与筒体内连通，所述下压头和下支撑柱在竖直方向上设置气液通道，所述气液回收系统通过管道与气液通道连接并通过气液通道与筒体内连通；
2）制作直径为50mm，长度为100mm的圆柱形试件，并在圆柱形试件端面的中心竖直开一条直径为5mm的贯通孔，将圆柱形试件安装在上压头和下压头之间，使圆柱形试件的贯通孔分别与气液导管和气液通道连通；
3）通过卤水供应系统向圆柱形试件内部注入过饱和盐溶液；
4）通过盐气供应系统向圆柱形试件内部通入潮湿含盐气体；
5）加热垫片通电加热，温度达到试验设计的地温后开始保温；
6）由液压系统向三轴室注入液压油，通过排气孔排出腔体内部的空气，然后关闭排气孔，开始加压，待压力达到设计值后保压；
7）通过上压头和下压头对圆柱形试件的两端施加垂直方向的压力，达到设计压力后保压；
8）圆柱形试件在上述模拟环境中已经到达损伤恢复设计时间后，取出圆柱形试件，通过超声波、高倍显微镜和声发射检测圆柱形试件的损伤自愈合情况。
作为本发明的一种优选方案，在损伤恢复的过程中，按照实验设计的要求，进行常规力学试验。
作为本发明的另一种优选方案，所述盐气供应系统与气液导管连接的管道上设置压力计，所述卤水供应系统与气液导管连接的管道上设置压力计，所述气液回收系统与气液通道连接的管道上设置流量计。
作为本发明的又一种优选方案，所述信号接收器的信号输出端连接计算机。
本发明的有益效果是：该方法更有效的模拟盐穴储库岩盐所处的地应力、地温、水分等环境条件，同时也可以提供试验所需的对试验条件温度、应力、含水率、湿度等的有效控制，精确的保证单一环境因素的实现；实现了从试件内部和外部同时施加压力，更为真实的模拟了自然界岩盐体的受力环境；实现在了试件恢复过程与力学试验过程的结合，可以更好的研究试件在恢复过程中的力学性质变化，为研究损伤岩盐自愈合机理和维护岩盐储库提供更为真实的理论支持和技术指导。
附图说明
图1为三轴室的结构示意图。
附图中： 1—筒体； 2—加热垫片； 3—底座； 4—上盖；5—上压杆； 6—下支撑柱； 7—上压头； 8—下压头； 9—气液导管； 10—盐气供应系统； 11—卤水供应系统； 12—温度传感器； 13—湿度传感器； 14—压力传感器； 15—信号接收器； 16—液压系统； 17—气液回收系统； 18—排气孔； 19—压力计； 20—压力计； 21—流量计； 22—计算机。
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。
模拟盐穴储库地质环境的损伤岩盐自愈合试验方法，该方法包括如下步骤：
1）制作一个可以进行三轴加压的三轴室，作为实现不同愈合条件的环境空间。
三轴室的结构如图1所示，三轴室包括筒体1、加热垫片2、底座3、上盖4、上压杆5、下支撑柱6、上压头7、下压头8、气液导管9、盐气供应系统10、卤水供应系统11、温度传感器12、湿度传感器13、压力传感器14、信号接收器15、液压系统16、气液回收系统17和计算机22。加热垫片2设置在筒体1的内壁上，筒体1的内壁圆周上设有一层加热垫片2。底座3设置在筒体1的底部并与筒体1的下端口密封配合，上盖4设置在筒体1的顶部并与筒体1的上端口密封配合，上盖4上设置排气孔18。上压杆5竖直设置在上盖4上，上压杆5的底端伸进筒体1内，下支撑柱6竖直设置在底座3上，下支撑柱6的顶端伸进筒体1内。上压头7固定在上压杆5的底端，下压头8固定在下支撑柱6的顶端，上压头7和下压头8在竖直方向上对应。上压杆5和上压头7在竖直方向上设置气液导孔，气液导管9安装在气液导孔。盐气供应系统10和卤水供应系统11分别通过管道与气液导管9连接并通过气液导管9与筒体1内连通。温度传感器12、湿度传感器13和压力传感器14均设置在上盖4上并靠近筒体1内，温度传感器12、湿度传感器13和压力传感器14均与信号接收器15连接，信号接收器15的信号输出端连接计算机22。液压系统16通过设置在下支撑柱6上的管道与筒体1内连通，下压头8和下支撑柱6在竖直方向上设置气液通道，气液回收系统17通过管道与气液通道连接并通过气液通道与筒体1内连通。盐气供应系统10与气液导管9连接的管道上设置压力计19，卤水供应系统11与气液导管9连接的管道上设置压力计20，气液回收系统17与气液通道连接的管道上设置流量计21。
2）制作直径为50mm，长度为100mm的圆柱形试件，并在圆柱形试件端面的中心竖直开一条直径为5mm的贯通孔，将圆柱形试件安装在上压头7和下压头8之间，使圆柱形试件的贯通孔分别与气液导管9和气液通道连通。
3）通过卤水供应系统11向圆柱形试件内部注入过饱和盐溶液，可以提供一定压力的卤水。
4）通过盐气供应系统11和气液导管9向圆柱形试件内部通入潮湿含盐气体，可以提供一定压力的盐气（潮湿含盐气体的制取通过过饱和溶液来实现，系统的加湿部分是一个用玻璃纤维填料的锥形烧瓶，在锥形烧瓶里充满过饱和的盐溶液。干燥气体通过锥形烧瓶的时候，与盐溶液充分接触，形成潮湿的含盐气）。
5）加热垫片2通电加热，温度达到试验设计的地温后开始保温。
6）由液压系统向三轴室的筒体1内注入液压油，通过排气孔18排出腔体内部的空气，然后关闭排气孔18，开始加压，待压力达到设计值后保压。
7）通过上压头7和下压头8对圆柱形试件的两端施加垂直方向的压力，达到设计压力后保压。
8）圆柱形试件在上述模拟环境中已经到达损伤恢复设计时间后，取出圆柱形试件，通过超声波、高倍显微镜和声发射检测圆柱形试件的损伤自愈合情况。
根据每次试验的设计要求，从步骤3）、4）、5）、6）、7）中选择合适的组合模拟真实的恢复环境。在损伤恢复的过程中，按照实验设计的要求，进行常规力学试验。
最后说明的是，以上实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，而不脱离本发明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 (4)
1.模拟盐穴储库地质环境的损伤岩盐自愈合试验方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
1）制作一个可以进行三轴加压的三轴室，作为实现不同愈合条件的模拟环境；
所述三轴室包括筒体（1）、加热垫片（2）、底座（3）、上盖（4）、上压杆（5）、下支撑柱（6）、上压头（7）、下压头（8）、气液导管（9）、盐气供应系统（10）、卤水供应系统（11）、温度传感器（12）、湿度传感器（13）、压力传感器（14）、信号接收器（15）、液压系统（16）和气液回收系统（17）、排气孔（18）；所述加热垫片（2）设置在筒体（1）的内壁上，所述底座（3）设置在筒体（1）的底部并与筒体（1）的下端口密封配合，所述上盖（4）设置在筒体（1）的顶部并与筒体（1）的上端口密封配合，所述上盖（4）上设置排气孔（18）；所述上压杆（5）竖直设置在上盖（4）上，上压杆（5）的底端伸进筒体（1）内，所述下支撑柱（6）竖直设置在底座（3）上，下支撑柱（6）的顶端伸进筒体（1）内；所述上压头（7）固定在上压杆（5）的底端，所述下压头（8）固定在下支撑柱（6）的顶端，所述上压头（7）和下压头（8）在竖直方向上对应；所述上压杆（5）和上压头（7）在竖直方向上设置气液导孔，所述气液导管（9）安装在气液导孔内；所述盐气供应系统（10）和卤水供应系统（11）分别通过管道与气液导管（9）连接并通过气液导管（9）与筒体（1）内连通；所述温度传感器（12）、湿度传感器（13）和压力传感器（14）均设置在上盖（4）上并靠近筒体（1）内，所述温度传感器（12）、湿度传感器（13）和压力传感器（14）均与信号接收器（15）连接；所述液压系统（16）通过设置在下支撑柱（6）上的管道与筒体（1）内连通，所述下压头（8）和下支撑柱（6）在竖直方向上设置气液通道，所述气液回收系统（17）通过管道与气液通道连接并通过气液通道与筒体（1）内连通；
2）制作直径为50mm，长度为100mm的圆柱形试件，并在圆柱形试件端面的中心竖直开一条直径为5mm的贯通孔，将圆柱形试件安装在上压头（7）和下压头（8）之间，使圆柱形试件的贯通孔分别与气液导管（9）和气液通道连通；
3）通过卤水供应系统（11）向圆柱形试件内部注入过饱和盐溶液；
4）通过盐气供应系统（10）向圆柱形试件内部通入潮湿含盐气体；
5）加热垫片（2）通电加热，温度达到试验设计的地温后开始保温；
6）由液压系统（16）向三轴室的筒体（1）内注入液压油，通过排气孔（18）排出腔体内部的空气，然后关闭排气孔（18），开始加压，待压力达到设计值后保压；
7）通过上压头（7）和下压头（8）对圆柱形试件的两端施加垂直方向的压力，达到设计压力后保压；
8）圆柱形试件在上述模拟环境中已经到达损伤恢复设计时间后，取出圆柱形试件，通过超声波、高倍显微镜和声发射检测圆柱形试件的损伤自愈合情况。
2.根据权利要求1所述的模拟盐穴储库地质环境的损伤岩盐自愈合试验方法，其特征在于，在损伤恢复的过程中，按照实验设计的要求，进行常规力学试验。
3.根据权利要求1所述的模拟盐穴储库地质环境的损伤岩盐自愈合试验方法，其特征在于，所述盐气供应系统（10）与气液导管（9）连接的管道上设置压力计（19），所述卤水供应系统（11）与气液导管（9）连接的管道上设置压力计（20），所述气液回收系统（17）与气液通道连接的管道上设置流量计（21）。
4.根据权利要求1所述的模拟盐穴储库地质环境的损伤岩盐自愈合试验方法，其特征在于，所述信号接收器（15）的信号输出端连接计算机（22）。
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