CN104459034A - 一种单井单腔盐穴储气库的造腔物理模拟装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种单井单腔盐穴储气库的造腔物理模拟装置及方法，单井单腔盐穴储气库造腔物理模拟装置具体包含实验模型、恒速恒压泵、造腔内管及造腔外管、腔体形态监测仪、流量计、波美计、压力表、数据存储器；实验模型轴心处开孔，所述造腔内管与所述造腔外管套结并与所述开孔处相连；恒速恒压泵分别与造腔内管和造腔外管相连；造腔内管与造腔外管上都设置有流量计、波美计、压力表；腔体形态监测仪设置于实验模型外部；数据存储器用于接收实验数据与监测数据，并保存；通过单井单腔盐穴储气库的造腔物理模拟装置及方法能够有效研究盐穴储气库水溶造腔机理，分析各因素对造腔的影响规律，优化工艺参数，制定方案，指导现场施工。

Description

一种单井单腔盐穴储气库的造腔物理模拟装置及方法

技术领域

本发明专利属于天然气盐穴地下储气库造腔技术领域，涉及一种适用于单井单腔盐穴储气库的造腔物理模拟装置及方法。

背景技术

盐穴储气库是在天然盐层中，以常规钻井方法钻穿岩层，注入淡水进行冲蚀使之形成一定体积和形状的溶腔，然后泵出盐水注入天然气，建造的盐穴储气库采用的井型主要有单井单腔、单井双腔、双井单腔等三种形式。我国金坛等地盐穴储气库造腔采用单井单腔的形式，即钻一口直井造一个溶腔，建库的盐层具有多夹层、盐岩品位低等特点，盐穴储气库造腔速度慢是目前迫切需要解决的问题，造腔过程中腔体形态的控制是难点，如何在复杂的地层下建造符合要求的腔体，需要采取一定的物理模拟技术，开展造腔模拟室内实验，进行盐穴储气库造腔工艺参数优化。

国外在物理模拟方面进行了一些有益的尝试，重点放在盐岩溶蚀模拟以及对流扩散模拟，主要以取得盐溶基本参数，为提高水溶采盐效率服务。盐穴储气库的建造在国内起步较晚，处于初级摸索阶段，对于形状控制模拟研究进行的很少，还没有开发出相应的实验设备，系统的盐穴储气库造腔物理模拟方法还未形成。在盐岩溶腔形状模拟方面，根据水溶采卤的条件，国内华东石油地质局进行了一些模拟实验，但由于受样品条件制约，影响了实验数据的准确性和真实性，并且未能同时采用正、反循环注入方式进行溶腔模拟。中石油廊坊分院选取了现场取得的盐岩(直径100mm),考虑实际条件现场取得的盐岩尺度较小，由于尺度效应，造成实验误差大，况且取得的盐岩不能完全反应整个造腔层段的特征。

因此，迫切需要研制一套盐穴储气库造腔模拟装置，以该套装置为平台开展盐穴储气库造腔物理模拟实验，提出适用于单井单腔盐穴储气库的造腔物理模拟方法，用以研究盐穴储气库水溶造腔机理，分析各因素对造腔的影响规律，优化造腔工艺参数，制定造腔方案，指导现场施工。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于单井单腔盐穴储气库的造腔物理模拟装置及方法，用来研究单井单腔盐穴储气库造腔造腔机理，分析各因素对单井单腔盐穴储气库造腔的影响规律，优化单井造腔工艺参数，制定单井造腔工程方案。

本发明为达到上述目的，提供一种单井单腔盐穴储气库的造腔物理模拟装置，具体包含：实验模型、恒速恒压泵、造腔内管及造腔外管、腔体形态监测仪、流量计、波美计、压力表、数据存储器；所述实验模型轴心处开孔，所述造腔内管与所述造腔外管套结并与所述开孔处相连；所述恒速恒压泵与所述造腔内管相连，用于控制所述造腔内管输入输出溶液；所述恒速恒压泵与所述造腔外管相连，用于控制所述造腔内管输入输出溶液；所述造腔内管上设置有所述流量计、所述波美计、所述压力表，用以监测相关实验数据并将获得的实验数据输出；所述造腔外管上设置有所述流量计、所述波美计、所述压力表，用以监测相关实验数据并将获得的实验数据输出；所述腔体形态监测仪设置于实验模型外部，用于监测实验模型内部的变化，并将获得的监测数据输出；所述数据存储器用于接收所述实验数据与所述监测数据，并将所述实验数据与所述监测数据对应保存；所述恒速恒压泵至少包含两个，其中一个用于注入柴油，另一个用于注入淡水或不饱和卤水。

本发明还提供了一种单井单腔盐穴储气库的造腔物理模拟方法，具体包含：选取试验模型，所述实验模型轴心处开孔，所述造腔内管与所述造腔外管套接并与所述开孔处相连；按照量纲分析与相似原理确定试验模型尺寸、注水排量、造腔管柱尺寸及下深、保护液深度、卤水浓度实验参数并输入，将流量计，波美计和压力表归零设置，将所述恒速恒压泵与所述造腔内管相连，控制所述造腔内管输入输出溶液；所述恒速恒压泵与所述造腔外管相连，控制所述造腔内管输入输出溶液；所述造腔内管上设置有所述流量计、所述波美计、所述压力表，监测相关实验数据并将获得的实验数据输出；所述造腔外管上设置有所述流量计、所述波美计、所述压力表，监测相关实验数据并将获得的实验数据输出；将所述腔体形态监测仪设置于实验模型外部，监测实验模型内部的变化，并将获得的监测数据输出。

在本发明一优选的实施例中，实验模型为真实岩心或人造盐岩溶腔模型，采用石蜡或树脂密封。

在本发明一优选的实施例中，人造盐岩溶腔模型，其特征在于采用氯化钠、泥土等材料按照一定的比例配制后，采用压力试验机按实际地层压力压制而成。

在本发明一优选的实施例中，真实岩心或人造盐岩溶腔模型尺寸与现场实际长度的比值为长度相似比C_L，造腔管柱尺寸及下深、保护液深度、溶腔时间与现场的比值取长度相似比C_L，注水排量相似比取长度相似比的平方C_L ²，卤水浓度和现场实际卤水浓度一致。

在本发明一优选的实施例中，具体实验过程按照打开电源及计算机、打开数据采集软件并输入实验参数、各仪表归零设置、连接实验流程并装上实验试样、数据采集软件记录实验数据、断开实验流程并取出实验试样、关闭数据采集软件、关闭计算机及电源等八个实验步骤进行。以该套装置为平台开展单井单腔盐穴储气库的造腔物理模拟实验，按照发明的单井单腔盐穴储气库造腔物理模拟方法，能够研究盐穴储气库水溶造腔机理，分析各因素对造腔的影响规律，优化造腔工艺参数，制定造腔方案，指导现场施工。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1A-图1B为单井单腔盐穴储气库造腔模拟装置结构示意图。

图1A-图1B中1为恒速恒压泵；2为多通道阀门；3为造腔内管；4为造腔外管；5为控制阀；6为单向阀；7为数据存储器；8为腔体形态监测仪；9为流量计；10为波美计；11为压力表；12为储液罐；23为实验模型。

图2为单井单腔盐穴储气库造腔物理模拟实验流程示意图。

图2中21为数据采集系统；22为计量系统；23为实验模型；24为驱替系统。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种单井单腔盐穴储气库的造腔物理模拟装置，具体包含：实验模型、恒速恒压泵、造腔内管及造腔外管、腔体形态监测仪、流量计、波美计、压力表、数据存储器；所述实验模型轴心处设有两个孔，实验模型轴心处开孔，所述造腔内管与所述造腔外管套结并与所述开孔处相连；所述恒速恒压泵与所述造腔内管相连，用于控制所述造腔内管输入输出溶液；所述恒速恒压泵与所述造腔外管相连，用于控制所述造腔内管输入输出溶液；所述造腔内管上设置有所述流量计、所述波美计、所述压力表，用以监测相关实验数据并将获得的实验数据输出；所述造腔外管上设置有所述流量计、所述波美计、所述压力表，用以监测相关实验数据并将获得的实验数据输出；所述腔体形态监测仪设置于实验模型外部，用于监测实验模型内部的变化，并将获得的监测数据输出；所述数据存储器用于接收所述实验数据与所述监测数据，并将所述实验数据与所述监测数据对应保存。具体请参考图1A至图1B所示，本发明专利的单井单腔盐穴储气库造腔模拟装置主要包括恒速恒压泵1、造腔管柱3、造腔管柱4、腔体形态监测仪8、流量计9、波美计10、压力表11等主要设备。图1A至图1B中恒速恒压泵1耐压0～50MPa，控制流量0～100ml/mi；压力表11测量范围范围0～20MPa；流量计9测量范围0～100ml/min；波美计10测量浓度范围0～330l/g。

在实际工作中，恒速恒压泵1从外部或储液罐12中抽取淡水或不饱和卤水，经过单向阀6和多通道闸门2到造腔内管3与造腔外管4中，该造腔内管3与造腔外管4设置有流量计9、波美计10、压力表11，用于在淡水或不饱和卤水经过管柱是测量内部的实验数据；该实验模型23为真实岩心或人造盐岩溶腔模型，在试验初期，对其实验模型23轴心出开有孔径；该造腔内管3与造腔外管4套接并插入实验模型23所开的孔径内，如图所述；在该实验模型23周围的网格阴影部分不含液体，为人工或实验制备的固体盐芯；在上述实验模型23外部还设有腔体形态监测仪8，用于在试验过程中实时记录实验模型23内部的腔体变化，获得其监测数据；在上述实施例中，本发明还包含一恒速恒压泵1也与造腔内管3与造腔外管4相连，用于将柴油通过控制阀5注入到造腔内管3与造腔外管4中，造腔内管3与造腔外管4将获得的柴油注入至实验模型23中，以此改变实验模型23溶腔内的淡水或不饱和卤水的位置。当上述腔体形态监测仪8和流量计9、波美计10、压力表11分别获得监测数据和实验数据后，将分别输出至数据存储器7中，数据存储器7将接收到的监测数据和实验数据对应保存，使用者以此根据所对应保存的监测数据和实验数据作为参考，选在合适的造腔方案，指导现场施工。

在上述实施例中，所述腔体形态监测仪采用工业CT监测，即采用X射线透视成像技术对盐岩溶解造腔过程进行腔体形态检测。

在上述实施例中，优选的还包含储液罐12，该储液罐12用于存放是溶腔过程中返出的卤水，通过造腔内管与造腔外管与实验模型23相连，收集反馈的卤水，用于完善后期试验数据。另请参考图1A至图1B所示，在图1A至图1B中的实验模型23外侧即标网格线的部件中不含液体，为人工或实验制备的固体盐芯。

在上述实施例中，优选的还包含：所述实验模型23为真实岩心或人造盐岩溶腔模型；所述实验模型23采用石蜡或树脂密封。如图1A至图1B所示，实验模型23选用真实岩心或人造盐岩溶腔模型，模型周边用石蜡或树脂密封，实验模型23轴心钻孔，该孔内根据实验模型23大小，下入相应尺寸大小的造腔外管+造腔内管管柱组合；其中该造腔外管与造腔内管套结形成一组合管柱。

在本发明一优选的实施例中，所述恒速恒压泵至少包含两个，其中一个用于注入柴油，另一个用于注入淡水或不饱和卤水。请参考图1A至图1B所示，本发明提供的模拟模型至少包含两个恒速恒压泵，其中一个恒速恒压泵(左侧)用于注入柴油控制腔体上溶，另一个恒速恒压泵(右侧)用于注入淡水或不饱和卤水溶腔。

本发明提供了一种单井单腔盐穴储气库造腔物理模拟方法，具体包含首先选取现场真实岩心或人造盐岩溶腔模型，其中盐岩溶腔模型是采用氯化钠、泥土等材料按照一定的比例配制后，采用压力试验机按实际地层压力压制而成；实验选取的真实岩心或人造盐岩溶腔模型尺寸、注水排量、造腔管柱尺寸及下深、保护液深度、卤水浓度等参数，按照一定的相似比由现场实际造腔工艺参数获得；具体实验过程按照打开电源及计算机、打开数据采集软件并输入实验参数、各仪表归零设置、连接实验流程并装上实验试样、数据采集软件记录实验数据、断开实验流程并取出实验试样、关闭数据采集软件、关闭计算机及电源等八个步骤进行。

请参考图2所示，单井单腔盐穴储气库造腔物理模拟方法具体技术方案如下：实验模型23选用真实岩心或人造盐岩溶腔模型，样品轴心钻孔，安装注采管柱，样品周边用石蜡或树脂密封；连接实验流程，实验模型23与数据采集系统1、计量系统2、驱替系统4连接；实验过程中，通过改变驱替系统4、实验模型23等，改变流量、调整管柱位置、改变循环方式及油垫位置等实验参数；通过数据采集系统1及计量系统2，测试并记录注采流量、压力、采出卤水浓度、溶腔形状等实验数据；断开实验流程，对数据采集系统1、计量系统2取得的数据进行分析处理。

请参考图1A、图1B与图2所示，恒速恒压泵1、多通道阀门2、造腔内管3、造腔外管4、控制阀5、单向阀6、数据存储器7、腔体形态监测仪8、流量计9、波美计10、压力表11、储液罐12、数据存储器7分别连接流量计9、波美计10、压力表11、恒速恒压泵1及腔体形态监测仪8(工业CT，即采用X射线透视成像技术对盐岩溶解造腔过程进行腔体形态检测)构成数据采集系统，用于实时记录压力、流量、浓度、腔体形状等数据；3个流量计9、3个压力表11、2个波美计以及腔体形态监测仪8构成计量系统，测定流量、压力、浓度以及腔体形态等参数；2个恒速恒压泵1及储液罐12构成驱替系统，用于注入淡水或不饱和卤水、柴油以及存放实验模型23中返出的卤水等，其中1个恒速恒压泵用于注入柴油控制腔体上溶，1个恒速恒压泵用于注入淡水或不饱和卤水溶腔，储液罐12中存放是溶腔过程中返出的卤水。

通过上述模拟装置及方法，能够有效研究盐穴储气库水溶造腔机理，分析各因素对造腔的影响规律，优化造腔工艺参数，制定造腔方案，指导现场施工，具体方法如下：

步骤1)实验模型23选用真实岩心或人造盐岩溶腔模型，样品轴心钻孔，安装注采管柱，样品周边用石蜡或树脂密封；

步骤2)连接实验流程，实验模型23与数据采集系统1、计量系统2、驱替系统4连接；

步骤3)实验过程中，通过改变驱替系统4、实验模型23等，改变流量、调整管柱位置、改变循环方式及油垫位置等实验参数；通过数据采集系统1及计量系统2，测试并记录注采流量、压力、采出卤水浓度、溶腔形状等实验数据。

步骤4)断开实验流程，对数据采集系统1、计量系统2取得的数据进行分析处理。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种单井单腔盐穴储气库的造腔物理模拟装置，其特征在于，所述装置包含：实验模型、恒速恒压泵、造腔内管及造腔外管、腔体形态监测仪、流量计、波美计、压力表、数据存储器；

所述实验模型轴心处开孔，所述造腔内管与所述造腔外管套接并与所述开孔处相连；

所述恒速恒压泵与所述造腔内管相连，用于控制所述造腔内管输入输出溶液；所述恒速恒压泵与所述造腔外管相连，用于控制所述造腔内管输入输出溶液；

所述造腔内管上设置有所述流量计、所述波美计、所述压力表，用以监测相关实验数据并将获得的实验数据输出；

所述造腔外管上设置有所述流量计、所述波美计、所述压力表，用以监测相关实验数据并将获得的实验数据输出；

所述腔体形态监测仪设置于实验模型外部，用于监测实验模型内部的变化，并将获得的监测数据输出；

所述数据存储器用于接收所述实验数据与所述监测数据，并将所述实验数据与所述监测数据对应保存；

所述恒速恒压泵至少包含两个，其中一个用于注入柴油，另一个用于注入淡水或不饱和卤水。

2.根据权利要求1所述的单井单腔盐穴储气库的造腔物理模拟装置，其特征在于，所述实验模型为真实岩心或人造盐岩溶腔模型，采用石蜡或树脂密封。

3.根据权利要求2所述的单井单腔盐穴储气库的造腔物理模拟装置，其特征在于，所述人造盐岩溶腔模型采用氯化钠、泥土等材料按照一定的比例配制后，采用压力试验机按实际地层压力压制而成。

4.一种单井单腔盐穴储气库的造腔物理模拟方法，其特征在于，所述方法包含：

选取试验模型，所述实验模型轴心处开孔，所述造腔内管与所述造腔外管套接并与所述开孔处相连；

按照量纲分析与相似原理确定试验模型尺寸、注水排量、造腔管柱尺寸及下深、保护液深度、卤水浓度实验参数并输入，将流量计，波美计和压力表归零设置，将所述恒速恒压泵与所述造腔内管相连，控制所述造腔内管输入输出溶液；所述恒速恒压泵与所述造腔外管相连，控制所述造腔内管输入输出溶液；所述造腔内管上设置有所述流量计、所述波美计、所述压力表，监测相关实验数据并将获得的实验数据输出；所述造腔外管上设置有所述流量计、所述波美计、所述压力表，监测相关实验数据并将获得的实验数据输出；

将所述腔体形态监测仪设置于实验模型外部，监测实验模型内部的变化，并将获得的监测数据输出。

5.根据权利要求4所述的单井单腔盐穴储气库的造腔物理模拟方法，其特征在于，所述按照量纲分析与相似原理确定试验模型尺寸、注水排量、造腔管柱尺寸及下深、保护液深度、卤水浓度实验参数根据相似比确定。

6.根据权利要求5所述的单井单腔盐穴储气库的造腔物理模拟方法，其特征在于，所述按照量纲分析与相似原理确定试验模型尺寸、注水排量、造腔管柱尺寸及下深、保护液深度、卤水浓度实验参数根据相似比确定包含：真实岩心或人造盐岩溶腔模型尺寸与现场实际长度的比值为长度相似比C_L，造腔管柱尺寸及下深、保护液深度、溶腔时间与现场的比值取长度相似比C_L，注水排量相似比取长度相似比的平方C_L ²，卤水浓度和现场实际卤水浓度一致。