CN103742119B - 一种盐岩储库水溶造腔实验的高压卤水供给系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盐岩储库水溶造腔实验的高压卤水供给系统，油箱与液压泵进油口通过滤油器相连，液压泵与电动机相连，液压泵出油口与油箱之间装有溢流阀，伺服换向阀分别与油箱、液压泵、增压缸相连，增压缸通过第一截止阀与油水分离缸顶部相连，油水分离缸顶部通过第二截止阀与油箱相连，油水分离缸顶部与液压传感器、压力表、蓄能器相连，油水分离缸连接油水界面探测棒，油水界面探测棒与油水界面巡检仪的输入端相连，油水分离缸底部通过第三截止阀与高压卤水需求装置相连。结构简单，操作方便，实现了腐蚀性卤水与液压油的有效分离，制造成本低，稳定性好，液压元件使用寿命大幅提高，同时有效降低了制造成本。

Description

一种盐岩储库水溶造腔实验的高压卤水供给系统

技术领域

本发明涉及盐岩储气（油）库水溶造腔室内实验技术领域，更具体涉及一种盐岩储库水溶造腔实验的高压卤水供给系统，适用于高压卤水环境下盐岩溶蚀特性实验、渗透特性实验、力学特性实验、储库水溶造腔模型实验等方面。

背景技术

盐穴储气（油）库建造的基本过程是：在埋深700~2500米的深部盐岩地层钻井，固井后下入造腔内管、造腔外管等造腔管柱，注入淡水或淡卤水，溶蚀盐层后，排出高浓度卤水，最终形成容积达数十万立方米的大型地下空间，然后，注入天然气或石油，排出卤水，从而建成盐穴储气（油）库。（储库水溶造腔的基本工艺，参见李银平等2012年发表的论文《深部盐矿油气储库水溶造腔控制的几个关键问题》中的图1）

储库水溶造腔过程中，地下溶腔中充满着压力高达十几兆帕、甚至三十兆帕的高压卤水。在如此高的卤水压力条件下，盐层的溶解特性，以及盐腔形态的形成机理，都有待于通过室内实验来分析，以便为现场施工提供可靠依据。

目前，大部分室内试验系统，多采用液压油（如液压千斤顶）或气体（如空气压缩机）作为压力传递介质，相关的技术成熟稳定。但是，盐岩储库水溶造腔产生的卤水，主要成分为NaCl，另外还含有Na₂SO₄、MgCl₂等多种化学成分，对于液压泵、伺服阀、蓄能器、液压表等液压系统元件，具有较强的腐蚀性，相关元件的稳定性及使用寿命受到严重影响，不利于水溶造腔实验的顺利实施。

当然，也可以采用大量耐腐蚀元件，直接用卤水替代液压油或气体，组成高压卤水供给系统。但是，这一方案导致实验成本大幅提高，同时，实验系统长期运行的稳定性难以保证。

因此，急需寻找一套可以稳定供给高压卤水的技术方案，为盐岩储库水溶造腔实验提供可靠保障。

发明内容

为了克服常规液压元件耐卤水腐蚀性差、高压卤水制备成本高的技术难题，本发明的目的是在于提供了一种盐岩储库水溶造腔实验的高压卤水供给系统，该系统主要由常规液压元件组成，结构简单，操作方便，实现了腐蚀性卤水与液压油的有效分离，规避了卤水对普通液压元件的腐蚀问题，制造成本低，稳定性好。液压元件使用寿命大幅提高，同时有效降低了制造成本。

规避了卤水对普通液压元件的腐蚀问题，制造成本低，稳定性好。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种盐岩储库水溶造腔实验的高压卤水供给系统，它由油箱、滤油器、液压泵、电动机、溢流阀、伺服换向阀、增压缸、第一截止阀、第二截止阀、液压传感器、液压表、蓄能器、油水分离缸、油水界面、油水界面探测棒、油水界面巡检仪、第三截止阀等部分组成。其连接关系是：油箱与液压泵进油口通过滤油器相连，液压泵与电动机相连，液压泵出油口与油箱之间装有溢流阀，伺服换向阀分别与油箱、液压泵、增压缸相连，增压缸通过第一截止阀与油水分离缸顶部相连，油水分离缸顶部通过第二截止阀与油箱相连，油水分离缸顶部与液压传感器、液压表、蓄能器相连，油水分离缸内部连接油水界面探测棒，油水界面探测棒与油水界面巡检仪相连，油水分离缸底部通过第三截止阀与高压卤水需求装置上的注水孔相连。

所述的油水分离缸是一种耐高压、耐卤水腐蚀的圆筒，增压缸内的液压油注入油水分离缸后，油水分离缸上部的液压油通过油水界面将压力传递给底部的卤水，进而将高压卤水供给至高压卤水需求装置。

各主要部件的作用如下：

滤油器装配在油箱与液压泵进油口之间，主要作用是防止油箱内的杂质颗粒被吸入液压泵，导致液压泵寿命缩短。

溢流阀装配在液压泵出油口与油箱之间，其作用是防止油路堵塞、压力突然升高等事故导致液压泵损坏，同时具有定压溢流、稳压、系统卸荷保护等作用。

第二截止阀装配在油水分离缸与油箱的之间，其主要作用有两个：一是，打开第二截止阀、第一截止阀，关闭第三截止阀，通过控制伺服换向阀，可调整增压缸内的活塞位置；二是，打开第二截止阀、第一截止阀，关闭第三截止阀，将伺服换向阀置于“左位”，启动液压泵，可以将油水分离缸内的气体排出，避免系统压力波动。

液压传感器与油水分离缸的顶部相连，实验过程中液压传感器的监测数据反馈到电动机的控制器，由控制器确定何时启动液压泵，从而实现对高压卤水需求装置内卤水压力的伺服控制。

液压表与油水分离缸顶部相连，其作用是可以直观地观察系统压力变化情况，以防实验室突然断电等情况造成的压力数据缺失。

蓄能器与油水分离缸顶部相连，其作用是缓冲系统中的压力波动，同时起到保护液压元件的作用。

油水分离缸是一种耐高压、耐卤水腐蚀的圆筒，由于液压油和卤水互不相容，且液压油的密度（0.7~0.9克每毫升）低于卤水的密度（1.1~1.2克每毫升），油水分离缸内的液压油和卤水会自动分离，形成油水界面，因而，增压缸内的液压油注入油水分离缸后，油水分离缸上部的液压油通过油水界面将压力传递给底部的卤水，进而将高压卤水供给至高压卤水需求装置。

油水界面探测棒装配在油水分离缸的内壁上，并与油水界面巡检仪相连，从而实现对油水分离缸内的油水界面的位置的监测。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

1）实现了液压油与腐蚀性卤水的有效分离。利用液压油和卤水互不相容，以及两者密度的差异，通过油水分离缸将两者有效隔离。

2）液压元件使用寿命大幅提高，同时有效降低了制造成本。由于实现了液压油与腐蚀性卤水的有效分离，整个系统中，伺服换向阀、溢流阀液压泵、增压缸、截止阀等绝大部分元件均不需要考虑耐卤水腐蚀问题，可采用普通液压元件制造该系统，普通液压元件的使用寿命可从目前的半年延长到2~3年。

3）通用性好。可广泛应用于盐矿水溶开采、盐岩储库水溶造腔等相关领域的室内实验，也可用于其它涉及腐蚀性液体的高压实验。

附图说明

图1为一种盐岩储库水溶造腔实验的高压卤水供给系统的结构示意图（加压状态）。

图2为一种盐岩储库水溶造腔实验的高压卤水供给系统的结构示意图（降压状态）。

其中：1-油箱，2-滤油器（如：SFN型），3-液压泵（如：DYB型），4-电动机（如：QA型），5-溢流阀（如：Y型），6-伺服换向阀，7-增压缸，8-第一截止阀（如：J41H型），9-第二截止阀，10-液压传感器（如：TYC型），11-液压表，12-蓄能器（如：NXQ型），13-油水分离缸，14-油水界面，15-油水界面探测棒，16-油水界面巡检仪（如：北京合世自动化科技有限公司生产的HSSL-B-32-B-V1-T型巡检仪），17-第三截止阀，18-高压卤水需求装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

一种盐岩储库水溶造腔实验的高压卤水供给系统，它由油箱1、滤油器2、液压泵3、电动机4、溢流阀5、伺服换向阀6、增压缸7、第一截止阀8、第二截止阀9、液压传感器10、液压表11、蓄能器12、油水分离缸13、油水界面14、油水界面探测棒15、油水界面巡检仪16、第三截止阀17等部分组成。其连接关系是：油箱1与液压泵3进油口通过滤油器2相连，液压泵3与电动机4相连，液压泵3出油口与油箱1之间装有溢流阀5，伺服换向阀6分别与油箱1、液压泵3、增压缸7相连，增压缸7通过第一截止阀8与油水分离缸13顶部相连，油水分离缸13顶部通过第二截止阀9与油箱1相连，油水分离缸13顶部与液压传感器10、液压表11、蓄能器12相连，油水界面14是液压油和卤水的分界面，位于油水分离缸13内部，油水分离缸13内部连接油水界面探测棒15，油水界面探测棒15与油水界面巡检仪16的输入端相连，油水分离缸13底部通过第三截止阀17与高压卤水需求装置18上的注水孔相连。

所述的高压卤水需求装置18，其结构根据不同的实验类型（如“技术背景”所述的“盐岩溶蚀特性实验”、“渗透特性实验”、“力学特性实验”、“储库水溶造腔模型实验”）有所不同，例如：在开展盐岩溶蚀特性实验时，其结构为专利“实现三轴应力条件下岩盐溶解试验的装置”（专利申请号CN201010143938.0）所述的类型，本发明的第三截止阀17与“实现三轴应力条件下岩盐溶解试验的装置”的注水孔5相连。本发明主要目的是给高压卤水需求装置18提供高压卤水，“实现三轴应力条件下岩盐溶解试验的装置”的有关具体结构请见中国专利ZL201010143938.0。

下面对主要部件的作用进行详细说明。

滤油器2装配在油箱1与液压泵3进油口之间，主要作用是防止防止油箱1内的杂质颗粒被吸入液压泵3，导致液压泵3寿命缩短。

溢流阀5装配在液压泵3出油口与油箱1之间，其作用是防止油路堵塞、压力突然升高等事故导致液压泵3损坏，同时具有定压溢流、稳压、系统卸荷保护等作用。

第二截止阀9装配在油水分离缸13与油箱1的之间，其主要作用有两个：一是，打开第二截止阀9、第一截止阀8，关闭第三截止阀17，通过控制伺服换向阀6，可调整增压缸7内的活塞位置；二是，打开第二截止阀9、第一截止阀8，关闭第三截止阀17，将伺服换向阀6置于“左位”（图1所示状态），启动液压泵3，可以将油水分离缸13内的气体排出，避免系统压力波动。

液压传感器10与油水分离缸13的顶部相连，实验过程中，液压传感器10的监测数据反馈到电动机4的控制器，由控制器确定何时启动液压泵3，从而实现对高压卤水需求装置18内卤水压力的伺服控制。

液压表11与油水分离缸13顶部相连，其作用是可以直观地观察系统压力变化情况，以防实验室突然断电等情况造成的压力数据缺失。

蓄能器12与油水分离缸13顶部相连，其作用是缓冲系统中的压力波动，同时起到保护液压元件的作用。

所述的油水分离缸13是一种耐高压、耐卤水腐蚀的圆筒，由于液压油和卤水互不相容，且液压油的密度（0.7~0.9克每毫升）低于卤水的密度（1.1~1.2克每毫升），油水分离缸13内的液压油和卤水会自动分离，形成油水界面14，因而，增压缸7内的液压油注入油水分离缸13后，油水分离缸13上部的液压油通过油水界面14将压力传递给底部的卤水，进而将高压卤水供给至高压卤水需求装置18。

油水界面探测棒15装配在油水分离缸13的内壁上，并与油水界面巡检仪16相连，从而实现对油水分离缸13内的油水界面14的位置的监测。

该系统在实验中的典型实施步骤下：

（1）检测油水界面14的位置

打开油水界面巡检仪16，实现对油水界面14位置的检测。

（2）在油水分离缸13中预充卤水

若检测到油水界面14液面较低，无法满足实验要求，则执行操作：关闭第二截止阀9，打开第一截止阀8、第三截止阀17，在高压卤水需求装置18内装入适量卤水，将伺服换向阀6置于“右位”（图2所示状态），启动电动机4带动液压泵3运转，液压油将推动液压缸7的活塞向左移动，此时高压卤水需求装置18内的卤水，在负压作用下，经第三截止阀17被吸入油水分离缸13，抽取卤水操作过程中，若遇到增压缸7活塞到达最左端，无法继续移动，则执行操作步骤（3），直至油水界面巡检仪16检测到油水界面14到达合理位置。

（3）将增压缸7的活塞右置

关闭第三截止阀17，打开第一截止阀8、第二截止阀9，将伺服换向阀6置于“左位”（图1所示状态），此时，增压缸7右端多余的液压油，经第二截止阀9流入油箱1，直至增压缸7内的活塞移动到最右端，便可继续执行步骤（2）。

（4）将增压缸7的活塞左置

关闭第三截止阀17，打开第一截止阀8、第二截止阀9，将伺服换向阀6置于“右位”（图2所示状态），直至增压缸7内的活塞移动到最左端，以保证实验过程中有充足的卤水补给。

（5）施加高压卤水

将实验卤水充满高压卤水需求装置18，之后将高压卤水需求装置18密封。执行步骤（4）。关闭第二截止阀9，打开第一截止阀8、第三截止阀17，将伺服换向阀6置于“左位”（图1所示状态），启动电动机4带动液压泵3运转，此时，液压油经第一截止阀8流入油水分离缸13顶部，并通过油水界面14将液压传递给油水分离缸13底部的卤水，卤水经第三截止阀17注入高压卤水需求装置18，持续运转，直至液压传感器10监测到已达到实验所需压力，控制器便将伺服换向阀6置于“中位”，同时电动机3停止运转。

（6）高压卤水压力保持

当液压传感器10监测到系统液压低于实验要求时，控制器将伺服换向阀6置于“左位”（图1所示状态），同时电动机4启动，带动液压泵3运转，直至液压传感器10监测到已达到实验所需压力，控制器便将伺服换向阀6置于“中位”，同时电动机3停止运转。若卤水压力保持过程中，遇到增压缸7活塞到达最右端，无法继续移动，则执行步骤（4）。如此循环，直至实验结束。

Claims (2)

1.一种盐岩储库水溶造腔实验的高压卤水供给系统，它包括油箱（1）、滤油器（2）、液压泵（3）、溢流阀（5）、伺服换向阀（6）、增压缸（7）、第一截止阀（8）、液压传感器（10）、液压表（11）、蓄能器（12）、油水分离缸（13）、油水界面（14）、油水界面探测棒（15）、油水界面巡检仪（16），其特征在于：油箱（1）与液压泵（3）进油口通过滤油器（2）相连，液压泵（3）与电动机（4）相连，液压泵（3）出油口与油箱（1）之间装有溢流阀（5），伺服换向阀（6）分别与油箱（1）、液压泵（3）、增压缸（7）相连，增压缸（7）通过第一截止阀（8）与油水分离缸（13）顶部相连，油水分离缸（13）顶部通过第二截止阀（9）与油箱（1）相连，油水分离缸（13）顶部与液压传感器（10）、液压表（11）、蓄能器（12）相连，油水分离缸（13）连接油水界面探测棒（15），油水界面探测棒（15）与油水界面巡检仪（16）的输入端相连，油水分离缸（13）底部通过第三截止阀（17）与高压卤水需求装置（18）上的注水孔相连。

2.根据权利要求1所述的一种盐岩储库水溶造腔实验的高压卤水供给系统，其特征在于：液压传感器（10）与油水分离缸（13）的顶部相连，液压表（11）与油水分离缸（13）顶部相连，蓄能器（12）与油水分离缸（13）顶部相连。