CN107764511B - 一种盐岩对井水溶腔体流场及浓度场模拟实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种盐岩对井水溶腔体流场及浓度场模拟实验方法，包括：搭建好对井水溶腔体流场及浓度场模拟实验装置；加工盐岩试件及制备卤水；实验系统连接；实验进行步骤；实验数据处理。本发明能很好地展现实际流场复杂特征，研究溶腔流体的流动对腔体形状扩展起关键作用，实现工程实际与流体理论相结合，探究对井溶腔复杂流场普遍特性，获取工艺过程中最优生产参数，缩短造腔循环周期，创造更大经济效益，可以很好地满足实际应用的需要。
Description
技术领域
本发明涉及一种盐岩对井水溶腔体流场及浓度场模拟实验方法。
背景技术
在盐岩开采和盐岩水溶造腔工艺过程中，能否控制好腔体的形状是关系到盐矿采收率、建腔成败的重要因素。目前国内外对井水溶造腔研究多集中在溶解特性、腔体稳定性和力学特性方面，鲜有从流场角度分析对井盐岩溶腔流场运移规律及其浓度分布特征，仅有的对井溶腔流场也局限于数值模拟计算，少有物理模型实验数据。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种可避免出现上述技术缺陷的盐岩对井水溶腔体流场及浓度场模拟实验方法。
为了实现上述发明目的，本发明提供的技术方案如下：
一种对井水溶腔体流场及浓度场模拟实验装置，包括溶腔1、盖板、溶腔顶板3、注水管4、出水管5、蓄水池6、转子流量计7、出水池10、染色池11、闸门12、支撑架13、顶板吊架14，溶腔顶板3横向设置在溶腔1内部，盖板盖在溶腔1的顶部，支撑架13设置在溶腔1上方，顶板吊架14上端连接到支撑架13上，下端穿过盖板连接到溶腔顶板3上，蓄水池6设置在支撑架13上方，注水管4的一端与蓄水池6相连接，另一端穿过盖板进入溶腔1内，注水管4上设置有转子流量计7，出水管5一端穿过盖板进入溶腔1内，出水池10位于出水管5另一端的下方，溶腔1的外表面开设有多个取样口100。
进一步地，所述盖板为亚克力盖板2。
进一步地，染色池11与注水管4之间的管道上设置有闸门12。
一种盐岩对井水溶腔体流场及浓度场模拟实验方法，包括以下步骤：
步骤一：搭建好如权利要求1所述的对井水溶腔体流场及浓度场模拟实验装置；
步骤二：加工盐岩试件及制备卤水；
步骤三：将加工好的盐砖粘贴于溶腔1的侧壁，并用泡沫塞住使其固定；通过所述顶板吊架14将溶腔顶板3在溶腔1内的高度调整至需要高度，以模拟不同建腔时期的形状，并同时在调整好的溶腔顶板3底部粘贴加工好的盐砖；将所述盖板盖在溶腔1的顶部，并用液封法进行密封，已确保实验过程中的密闭性；采用隔膜泵将预先配制好的卤水，从穿设在所述盖板上的注水管4或排水管5中注入到溶腔1内，直至将所述溶腔顶板3上粘贴的盐砖浸没，然后使用软管将整个装置连接起来构成一个完整的系统；
步骤四：往所述蓄水池6内加足量水，打开所述转子流量计7，调到指定流量，使所述溶腔1内的液面高度浸没溶腔顶板3上的盐砖，并查看出水管5是否能排出卤水；将所述转子流量计7调到实验流量，每隔一段时间于所述取样口100处取少量液样，记录所述溶腔1内的瞬时浓度值，并记录所述出水管5内的卤水浓度以及出水池10内的平均卤水浓度；架起高清摄像机，调试摄像机使其能清晰记录完整的实验过程；待所述溶腔1内的浓度稳定后开启阀门12，让染色池11内的染色剂注入到溶腔1内，同时开启摄像机，捕捉染色剂从注水管4进入溶腔内后的流动全过程；
步骤五：处理实验数据。
进一步地，所述步骤二具体为：选取若干长方体盐砖，进行干燥处理，在盐砖表面预留一表面作为溶解面外其余表面均匀涂上高温液体蜡，对盐砖做好标记，并测出对应的尺寸和质量；用盐粉和淡水配制卤水，静置，沉淀不溶物质。
进一步地，在所述步骤二中，用盐粉和淡水配制浓度为10％的卤水，静置10-12小时，沉淀不溶物质。
进一步地，在所述步骤四中，每隔35～45分钟或者20分钟于所述取样口100处取少量液样。
进一步地，在所述步骤四中，每隔40分钟于所述取样口100处取少量液样。
进一步地，所述步骤五具体为：根据摄像机影像，采用影像处理软件截取染色剂在溶腔中运移的全动态过程，并根据流体力学基本定理进行定量分析，利用欧拉方法描述流场运移规律，得出流场各区域流动特征、浮羽流微分方程及浓度扩散方程；根据取样口所取样品浓度记录，采用数据处理软件，按溶腔尺寸制成溶腔浓度分布云图；根据溶蚀前后盐砖质量对比，分析溶腔不同区域内的溶蚀快慢。
本发明提供的盐岩对井水溶腔体流场及浓度场模拟实验方法，能很好地展现实际流场复杂特征，研究溶腔流体的流动对腔体形状扩展起关键作用，可用于研究对井水溶腔体流场及浓度场规律，能够对实际工程中不同阶段、不同注水流量、不同顶板形状、不同顶板高度、夹层赋存情况进行可视化相似模拟实验分析，实现工程实际与流体理论相结合，探究对井溶腔复杂流场普遍特性，获取工艺过程中最优生产参数，缩短造腔循环周期，创造更大经济效益，可以很好地满足实际应用的需要。
附图说明
图1为对井水溶腔体流场及浓度场模拟实验装置的结构示意图；
图2为溶腔浓度分布云图；
图中，1-溶腔，2-亚克力盖板，3-溶腔顶板，4-注水管，5-出水管，6-蓄水池，7-转子流量计，10-出水池，11-染色池，12-闸门，13-支撑架，14-顶板吊架，100-取样口。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。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。
一种盐岩对井水溶腔体流场及浓度场模拟实验方法，包括以下步骤：
S1、引入相似理论，搭建好可视化大尺寸对井水溶腔体流场及浓度场模拟实验装置；
如图1所示，所述对井水溶腔体流场及浓度场模拟实验装置包括溶腔1、亚克力盖板2、溶腔顶板3、注水管4、出水管5、蓄水池6、转子流量计7、出水池10、染色池11、闸门12、支撑架13、顶板吊架14，溶腔顶板3可上下移动地横向设置在溶腔1内部，亚克力盖板2盖在溶腔1的顶部，支撑架13设置在溶腔1上方，顶板吊架14上端连接到支撑架13上，下端穿过亚克力盖板2连接到溶腔顶板3上，蓄水池6设置在支撑架13上方，注水管4的一端与蓄水池6相连接，另一端穿过亚克力盖板2进入溶腔1内，注水管4上设置有转子流量计7，染色池11与注水管4之间的管道上设置有闸门12，出水管5一端穿过亚克力盖板2进入溶腔1内，出水池10位于出水管5另一端的下方，溶腔1的外表面开设有多个取样口100；
S2、盐岩试件加工及卤水制备：
根据实验高度要求，选取若干长方体盐砖，进行干燥处理，在盐砖表面预留一表面作为溶解面外其余表面均匀涂上高温液体蜡，对盐砖做好标记，并测出对应的尺寸和质量；
用盐粉和淡水配制浓度为10％的卤水，静置10-12小时，沉淀不溶物质；
S3、实验系统连接：
将加工好的盐砖粘贴于溶腔1的侧壁，并用泡沫塞住使其固定(例如，将做好标记的盐砖贴于溶腔1两侧壁，每侧壁三块)；
通过所述顶板吊架14将溶腔顶板3在溶腔1内的高度调整至需要高度，以模拟不同建腔时期的形状，并同时在调整好的溶腔顶板3底部粘贴加工好的盐砖(例如，在溶腔顶板3底部粘贴10块盐砖)；
将所述亚克力盖板2盖在溶腔1的顶部，并用液封法进行密封，已确保实验过程中的密闭性；
采用隔膜泵将预先配制好的浓度为10％的卤水，从穿设在所述亚克力盖板2上的注水管4或排水管5中注入到溶腔1内，直至将所述溶腔顶板3上粘贴的盐砖浸没，然后使用软管将整个装置连接起来构成一个完整的系统；
S4、实验进行步骤：
往所述蓄水池6内加足量水，打开所述转子流量计7，调到指定流量，使所述溶腔1内的液面高度浸没溶腔顶板3上的盐砖，并查看出水管5是否能排出卤水；
将所述转子流量计7调到实验流量，每隔35～45分钟(例如40分钟)或者20分钟(视容腔1腔体高度而定)于所述取样口100处取少量液样，记录所述溶腔1内的瞬时浓度值，并记录所述出水管5内的卤水浓度以及出水池10内的平均卤水浓度；
架起高清摄像机，调试摄像机使其能清晰记录完整的实验过程；
待所述溶腔1内的浓度稳定后开启阀门12，让染色池11内的染色剂注入到溶腔1内，同时开启摄像机，捕捉染色剂从注水管4进入溶腔内后的流动全过程；
S5、实验数据处理：
根据摄像机影像，采用影像处理软件截取染色剂在溶腔中运移的全动态过程，并根据流体力学基本定理进行定量分析，利用欧拉方法描述流场运移规律，得出流场各区域流动特征、浮羽流微分方程及浓度扩散方程；
根据取样口所取样品浓度记录，采用数据处理软件，按溶腔尺寸制成溶腔浓度分布云图(如图2所示)；根据溶蚀前后盐砖质量对比，分析溶腔不同区域内的溶蚀快慢。
本发明提供的盐岩对井水溶腔体流场及浓度场模拟实验方法，能很好地展现实际流场复杂特征，研究溶腔流体的流动对腔体形状扩展起关键作用，可用于研究对井水溶腔体流场及浓度场规律，能够对实际工程中不同阶段、不同注水流量、不同顶板形状、不同顶板高度、夹层赋存情况进行可视化相似模拟实验分析，实现工程实际与流体理论相结合，探究对井溶腔复杂流场普遍特性，获取工艺过程中最优生产参数，缩短造腔循环周期，创造更大经济效益，可以很好地满足实际应用的需要。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种盐岩对井水溶腔体流场及浓度场模拟实验方法，其特征在于，通过对井水溶腔体流场及浓度场模拟实验装置来实现，该装置包括溶腔(1)、盖板、溶腔顶板(3)、注水管(4)、出水管(5)、蓄水池(6)、转子流量计(7)、出水池(10)、染色池(11)、闸门(12)、支撑架(13)、顶板吊架(14)，溶腔顶板(3)横向设置在溶腔(1)内部，盖板盖在溶腔(1)的顶部，支撑架(13)设置在溶腔(1)上方，顶板吊架(14)上端连接到支撑架(13)上，下端穿过盖板连接到溶腔顶板(3)上，蓄水池(6)设置在支撑架(13)上方，注水管(4)的一端与蓄水池(6)相连接，另一端穿过盖板进入溶腔(1)内，注水管(4)上设置有转子流量计(7)，出水管(5)一端穿过盖板进入溶腔(1)内，出水池(10)位于出水管(5)另一端的下方，溶腔(1)的外表面开设有多个取样口(100)，染色池(11)与注水管(4)之间的管道上设置有闸门(12)；
所述方法包括以下步骤：
步骤一：搭建好所述的对井水溶腔体流场及浓度场模拟实验装置；
步骤二：加工盐岩试件及制备卤水；
步骤三：将加工好的盐砖粘贴于溶腔(1)的侧壁，并用泡沫塞住使其固定；通过所述顶板吊架(14)将溶腔顶板(3)在溶腔(1)内的高度调整至需要高度，以模拟不同建腔时期的形状，并同时在调整好的溶腔顶板(3)底部粘贴加工好的盐砖；将所述盖板盖在溶腔(1)的顶部，并用液封法进行密封，已确保实验过程中的密闭性；采用隔膜泵将预先配制好的卤水，从穿设在所述盖板上的注水管(4)或出水管(5)中注入到溶腔(1)内，直至将所述溶腔顶板(3)上粘贴的盐砖浸没，然后使用软管将整个装置连接起来构成一个完整的系统；
步骤四：往所述蓄水池(6)内加足量水，打开所述转子流量计(7)，调到指定流量，使所述溶腔(1)内的液面高度浸没溶腔顶板(3)上的盐砖，并查看出水管(5)是否能排出卤水；将所述转子流量计(7)调到实验流量，每隔一段时间于所述取样口(100)处取少量液样，记录所述溶腔(1)内的瞬时浓度值，并记录所述出水管(5)内的卤水浓度以及出水池(10)内的平均卤水浓度；架起高清摄像机，调试摄像机使其能清晰记录完整的实验过程；待所述溶腔(1)内的浓度稳定后开启闸门(12)，让染色池(11)内的染色剂注入到溶腔(1)内，同时开启摄像机，捕捉染色剂从注水管(4)进入溶腔内后的流动全过程；
步骤五：处理实验数据。
2.根据权利要求1所述的盐岩对井水溶腔体流场及浓度场模拟实验方法，其特征在于，所述步骤二具体为：选取若干长方体盐砖，进行干燥处理，在盐砖表面预留一表面作为溶解面外其余表面均匀涂上高温液体蜡，对盐砖做好标记，并测出对应的尺寸和质量；用盐粉和淡水配制卤水，静置，沉淀不溶物质。
3.根据权利要求2所述的盐岩对井水溶腔体流场及浓度场模拟实验方法，其特征在于，在所述步骤二中，用盐粉和淡水配制浓度为10％的卤水，静置10-12小时，沉淀不溶物质。
4.根据权利要求1所述的盐岩对井水溶腔体流场及浓度场模拟实验方法，其特征在于，在所述步骤四中，每隔35～45分钟或者20分钟于所述取样口(100)处取少量液样。
5.根据权利要求4所述的盐岩对井水溶腔体流场及浓度场模拟实验方法，其特征在于，在所述步骤四中，每隔40分钟于所述取样口(100)处取少量液样。
6.根据权利要求1所述的盐岩对井水溶腔体流场及浓度场模拟实验方法，其特征在于，所述步骤五具体为：根据摄像机影像，采用影像处理软件截取染色剂在溶腔中运移的全动态过程，并根据流体力学基本定理进行定量分析，利用欧拉方法描述流场运移规律，得出流场各区域流动特征、浮羽流微分方程及浓度扩散方程；根据取样口所取样品浓度记录，采用数据处理软件，按溶腔尺寸制成溶腔浓度分布云图；根据溶蚀前后盐砖质量对比，分析溶腔不同区域内的溶蚀快慢。
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