CN109239307B - 一种实现岩盐动态条件下溶解特性试验的方法 - Google Patents

一种实现岩盐动态条件下溶解特性试验的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种实现岩盐动态条件下溶解特性试验的方法,首先,选取岩盐制成长方体结构的岩盐试件,将岩盐试件的一个侧面作为溶解面,将其他面进行蜡封;然后,控制溶解液一定的流速流过岩盐试件溶解面进行动态溶解实验。本发明在试验过程中可调控岩盐试件溶解面积、岩盐特性、溶解液浓度、溶解液的流速和溶解液的温度等溶解参数,使岩盐试件处于动态溶液中,达到真实模拟实际岩盐开采溶解环境条件的目的。

Description

一种实现岩盐动态条件下溶解特性试验的方法
技术领域
本发明专利涉及一种岩盐动态条件下溶解特性试验的方法,属于井矿盐开采技术领域和天然气盐穴地下储气库造腔技术领域。
背景技术
由于盐类矿物易溶于水的特性,对盐类矿床的开采常采用水溶开采的技术方法。水溶开采技术是根据盐类矿物易溶于水的特点,把水作为溶剂注入矿床,在矿床赋存地进行物理化学作用,将矿床中的盐类矿物就地溶解,固体盐矿物转变为流动状态的盐溶液-卤水。研究岩盐动态溶解速率对水溶开采井矿盐的卤水浓度控制具有重要的指导意义。
利用深部盐岩洞穴进行能源地下储备是国际上广泛认可的能源储备方式,也是我国能源战略储备的重点部署方向之一。我国盐穴储气库以层状盐岩为主,岩性复杂、夹层多、品位差、水不溶物含量高、盐层薄,造腔具有溶腔速度慢、成腔效率低、形态难以控制的困难。我国的金坛储气库经过近10年建设,仅9口盐腔投产,形成工作气量1.5亿方,实际造腔形态与设计指标相差较大。针对我国盐穴储气库建设面临造腔速度慢、成腔效率低、形态难以控制,国外造腔理论、数值模拟手段和工艺体系无法满足我国层状盐岩建库及造腔的需要等难题,研究岩盐动态溶解速率,来进一步完善多夹层盐穴储气库水溶造腔机理,对我国盐穴储气库建设具有重要的理论指导意义。
发明内容
针对现有技术中的不足之处,本发明提供了一种动态溶解条件下,溶解液浓度、温度、流速可调,且调节方便,同时测试精度更高的岩盐溶解特性试验方法,该方法更真实模拟岩盐实际动态溶解环境,以获得更真实的试验数据,用来指导工程实际。
本发明提供的实现动态条件下岩盐溶解特性试验的方法,首先,选取岩盐制作成长方体结构的岩盐试件,将试件的其中一个侧面进行溶解实验,其余各面进行蜡封;然后,将一定温度的溶解液以一定的流速流过试件的溶解面进行溶解实验,并采用标准方法分析前后溶解液中各离子浓度变化,计算出试件溶解速率;最后改变溶解液的浓度、温度、流速进行岩盐溶解速率测试,得到岩盐动态溶解的试验数据。
本发明使岩盐试件一个侧面与溶解液接触便于控制溶解面积,溶解液以一定流速流过试件,使岩盐处于动态溶解液中,达到真实模拟岩盐实际溶解环境的目的;溶解液的浓度、温度、流速均可调;同时不仅可以检测岩盐的总溶解速率还可检测岩盐中各可溶物质对应的溶解速率。
附图说明
图1为本发明中岩盐试件结构示意图。
图2为本发明岩盐溶解流程图。
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。
实现岩盐动态条件下溶解特性试验的方法,使用的装置包括:恒温控制槽1、测试设备6和位于两者之间的泵2;
所述恒温控制槽1内储存有溶解液;
所述测试设备6底部具有设备入口4,顶部具有设备出口9,且所述测试设备6内部具有设备底座7、填料层5和位于所述设备底座7上的岩盐试件8;
所述泵2的入口处连接有具有阀门b的第一管路,该第一管路通过带有阀门a的管路连接至所述恒温控制槽1出口,该第一管路通过带有阀门c的管路连接至所述设备入口4;
所述泵2的出口处连接有具有阀门d和流量计3的第二管路,该第二管路通过带有阀门e的管路连接至所述恒温控制槽1入口,该第二管路通过带有阀门f的管路连接至所述设备入口4;
所述设备出口9和所述恒温控制槽1入口之间还具有第三管路;
使用上述装置,操作方法具体如下:
首先,选取岩盐制作成长方体结构的岩盐试件8,将岩盐试件8的其中一个侧面作为溶解面其余各面进行蜡封,并测量该溶解面的面积,将制作好的岩盐试件8放在设备底座7上并确保溶解面能与溶解液接触良好;然后将一定体积和一定浓度的溶解液放入到恒温控制槽1中调控到设定的溶解液温度,打开阀门a、b、f,启动泵2,打开阀门d,保持阀门c、e关闭,通过调节阀门d控制溶解液的流量,溶解液的流量通过流量计3进行检测,溶解液通过设备入口4流入,再经填料层5使得溶解液在设备中布水均匀,当溶解液与岩盐试件8开始接触时开始计时,溶解液以一定流速流经岩盐试件8后通过设备出口9溢流出设备回流到恒温控制槽1中;溶解一定时间后关闭阀门a、f,打开阀门c、e,使得设备中的溶解液通过泵2回流到恒温控制槽1中,将恒温控制槽1中的溶解液混合均匀后取样分析溶解后溶解液中各离子浓度,通过与溶解前溶解液中的各离子浓度比较,计算出岩盐中个物质的相应溶解速率;最后按照量纲分析根据实际开采条件和数值模拟确定试验中溶解液的浓度、温度、流速范围,再确定不同因素水平进行岩盐溶解速率测试,得出试验数据。
上述实现岩盐动态条件下溶解特性试验的方法中,岩盐试件可选取现场真实岩芯或人造岩盐模型,其中人造岩盐模型是采用氯化钠、泥土等材料按照一定比例配制后,采用压力试验机按实际地层压力压制而成。
上述实现岩盐动态条件下溶解特性试验的方法中,不仅能研究动态条件下岩盐溶解特性,还能研究静态条件下岩盐溶解特性。
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,凡在本发明的方法和原则之内,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。
实施例:
说明:
(1)各地的岩盐组分不同,且含量不同,因此,实施例中,主要研究了国内钙芒硝型岩盐、石膏型岩盐、泥岩、盐岩不同岩性的岩盐溶解特性。
(2)一般同一地区同一岩性岩盐成分、含量极不均匀,加上地下地质情况较复杂,实施例中,假定岩盐试件各组分混合均匀。
(3)依据实际工艺生产中的注采比、注水流量和浓度,结合数值模拟得出溶腔中大部分区域处于静态或层流低流速状态,通过量纲分析计算确定溶解液流速范围一般为0~0.02m/s。
(4)实际应用时,应根据各地区岩盐类型与组成的实际情况,还应结合实际开采条件,通过生产试验加以修正,然后实际生产应用。
实施例1:将江苏淮安地区的钙芒硝型岩盐通过切割和蜡封制成长方体结构的岩盐试件,其中岩盐试件的一个侧面未蜡封作为溶解面(7.24cm×10.83cm),试件组成为:NaCl质量含量51.86%、Na2SO4质量含量8.18%、CaSO 4质量含量2.76%、不溶物质量含量36.16%。将45℃的氨碱废液(NaCl含量50g/L,CaCl 2含量110g/L)以396L/h流量流经岩盐试件溶解面进行溶解,换算可知溶解液流过试件溶解面的平均流速为0.011m/s,通过离子分析标准方法检测溶解液前后各离子浓度变化计算得到岩盐试件中NaCl溶解速率约为23mg/(min·cm2)、Na2SO4溶解速率约为11mg/(min·cm2)、总溶解速率约为34mg/(min·cm2)
实施例2:将河南平顶山地区的石膏型岩盐通过切割和蜡封制成长方体结构的岩盐试件,其中岩盐试件的一个侧面未蜡封作为溶解面(7.69cm×11.92cm),试件组成为:NaCl质量含量24.45%、Na2SO4质量含量0.52%、CaSO 4质量含量13.26%、不溶物质量含量57.98%。将温度为55℃浓度约为30g/L的NaCl溶液以216L/h流量流经岩盐试件溶解面进行溶解,换算可知溶解液流过试件溶解面的平均流速为0.006m/s,通过离子分析标准方法检测溶解液前后各离子浓度变化计算得到岩盐试件中NaCl溶解速率约为16.5mg/(min·cm2)、Na2SO4溶解速率约为0.5mg/(min·cm2)、总溶解速率约为17mg/(min·cm2)
实施例3:将湖北云应地区的钙芒硝型岩盐通过切割和蜡封制成长方体结构的岩盐试件,其中岩盐试件的一个侧面未蜡封作为溶解面(6.93cm×12.41cm),试件组成为:NaCl质量含量23.58%、Na2SO4质量含量7.63%、CaSO 4质量含量6.36%、不溶物质量含量57.22%。将温度为55℃浓度约为210g/L的NaCl溶液以612L/h流量流经岩盐试件溶解面进行溶解,换算可知溶解液流过试件溶解面的平均流速为0.017m/s,通过离子分析标准方法检测溶解液前后各离子浓度变化计算得到岩盐试件中NaCl溶解速率约为7mg/(min·cm2)、Na2SO4溶解速率约为5mg/(min·cm2)、总溶解速率约为12mg/(min·cm2)。

Claims (4)

1.一种实现岩盐动态条件下溶解特性试验的方法,该方法包括:选取岩盐制成长方体结构的岩盐试件,将岩盐试件的五个面进行蜡封,剩余的一个面作为溶解面,将溶解液从溶解面以一定流速进行溶解试验;最后,改变岩盐试件的岩盐特性、溶解液流速、溶解液温度、溶解液浓度进行岩盐溶解速率测试,得到试验数据;
上述实现岩盐动态条件下溶解特性试验的方法,不仅能研究动态条件下岩盐溶解特性,还能研究静态条件下岩盐溶解特性;溶解液流速范围为0~0.02m/s;
上述实现岩盐动态条件下溶解特性试验的方法,使用的装置包括:恒温控制槽(1)、测试设备(6)和位于两者之间的泵(2);
所述恒温控制槽(1)内储存有溶解液;
所述测试设备(6)底部具有设备入口(4),顶部具有设备出口(9),且所述测试设备(6)内部具有设备底座(7)、填料层(5)和位于所述设备底座(7)上的岩盐试件(8);
所述泵(2)的入口处连接有具有阀门b的第一管路,该第一管路通过带有阀门a的管路连接至所述恒温控制槽(1)出口,该第一管路通过带有阀门c的管路连接至所述设备入口(4);
所述泵(2)的出口处连接有具有阀门d和流量计(3)的第二管路,该第二管路通过带有阀门e的管路连接至所述恒温控制槽(1)入口,该第二管路通过带有阀门f的管路连接至所述设备入口(4);
所述设备出口(9)和所述恒温控制槽(1)入口之间还具有第三管路;
使用上述装置,操作方法具体如下:
首先,选取岩盐制作成长方体结构的岩盐试件(8),将岩盐试件(8)的其中一个侧面作为溶解面其余各面进行蜡封,并测量该溶解面的面积,将制作好的岩盐试件(8)放在设备底座(7)上并确保溶解面能与溶解液接触良好;
然后将一定体积和一定浓度的溶解液放入到恒温控制槽(1)中调控到设定的溶解液温度,打开阀门a、b、f,启动泵(2),打开阀门d,保持阀门c、e关闭,通过调节阀门d控制溶解液的流量,溶解液的流量通过流量计(3)进行检测,溶解液通过设备入口(4)流入,再经填料层(5)使得溶解液在设备中布水均匀,当溶解液与岩盐试件(8)开始接触时开始计时,溶解液以一定流速流经岩盐试件(8)后通过设备出口(9)溢流出设备回流到恒温控制槽(1)中;
溶解一定时间后关闭阀门a、f,打开阀门c、e,使得设备中的溶解液通过泵(2)回流到恒温控制槽(1)中,将恒温控制槽(1)中的溶解液混合均匀后取样分析溶解后溶解液中各离子浓度,通过与溶解前溶解液中的各离子浓度比较,计算出岩盐中各物质的相应溶解速率;
最后按照量纲分析根据实际开采条件和数值模拟确定试验中溶解液的浓度、温度、流速范围,再确定不同因素水平进行岩盐溶解速率测试,得出试验数据;
试验过程中将岩盐试件(8)制成长方体结构,并只用其中一个侧面进行溶解实验,其余各面进行蜡封;所述的长方体结构试件能在保证一定溶解面积的基础上,控制溶解过程中的溶解面积不变。
2.根据权利要求1所述的一种实现岩盐动态条件下溶解特性试验的方法,其特征在于,按照量纲分析根据实际开采条件和数值模拟确定试验中岩盐特性、溶解液流速、溶解液温度、溶解液浓度的研究范围;
所述的量纲分析主要是依据实际开采条件和数值模拟出的参数来进行量纲分析计算出岩盐在实际水溶过程中的溶解参数。
3.根据权利要求1所述的一种实现岩盐动态条件下溶解特性试验的方法,其特征在于,控制岩盐溶解过程中的溶解面积、溶解液流速、溶解液温度、溶解液浓度,得到一定溶解条件下的岩盐溶解速率;
所述的溶解液不仅可以是氯化钠溶液还可以是碱溶液、酸溶液或氨碱废液,不同性质的溶液来研究岩盐的化学溶蚀机理。
4.根据权利要求1所述的一种实现岩盐动态条件下溶解特性试验的方法,其特征在于,试验是通过离子分析方法来检测溶解液溶解前后各离子浓度变化,进而来换算出岩盐试件(8)内可溶性物质的溶解速率。
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