CN109444018A - 水封石油洞库回注水水质指标测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种水封石油洞库回注水水质指标测定方法，步骤如下：1）调节裂隙岩体围压使压力符合矿场压力；2）向石油洞输入石油后水幕管内输入采出水体；3）利用计算机和压力计获取渗透过程中的压力数据，利用流体渗透流速计量装置计量液体在岩石中的渗流速度；4）更换裂隙岩体和不同水质指标的水体重复上述步骤1‑3，确定水质指标。本发明还公开了水封石油洞库回注水水质指标测定装置，本发明实现了在恒定的矿场压力情况下，快速确定采出水回注后对洞库岩石渗透性的影响，确定采出水水质指标，误差低。

Description

水封石油洞库回注水水质指标测定方法

技术领域

本发明属于油气储运工程，具体涉及一种水封石油洞库回注水水质指标测定 方法及装置。

背景技术

地下水封洞库具有安全、经济、高效、存储容量大等优点，因此近几十年来 得到很大的发展，广泛用于国家石油战略储备中。地下水封洞库需要大量的地层 渗出水以及人工补水来维持洞库对原油的密封性，并且明天要采出大量的水，这 些水随处排放会造成污染，并且也造成浪费，因此多采用采出水回注，但回注水 水质是否符合回注要求，需要进行研究，急需这方面的实验装置和测试方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水封石油洞库回注水水质指标测定方法及装置， 在恒定的矿场压力情况下，快速确定采出水回注后对洞库岩石渗透性的影响，确 定采出水水质指标，误差低。

本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：水封石油洞库回注水水质指标 测定装置，包括用于放置裂隙岩体的放置容器，裂隙岩体内设石油洞，石油洞侧 方通过传输管与设置在放置容器外的油桶连接，石油洞上部的裂隙岩体内贯穿设 置有水幕管，水幕管一端连接有封堵，另一端连接水箱，裂隙岩体与放置容器之 间设有柔性材质制备的封板。本发明采用人工制备的裂隙岩体模拟矿场，柔性封 板的设置可保持裂隙岩体的周围压力恒定实现模拟矿场的效果，在裂隙岩体内通 过将油桶内的石油输入后模拟存储的石油，水幕管可将水体向裂隙岩体内回注水 体，通过裂隙岩体的裂隙将水输送到石油洞的周围，实现模拟水封水油洞，通过 更换不同水质指标的回注水并测定注入水量和石油洞周围压力情况，利用达西定 律计算渗透系数，通过计算确定的水质对渗透能力的影响规律确定水质指标。

进一步的，封板与裂隙岩体的接触面由相互邻接的凸弧面与凹弧面组成，凸 弧面与凹弧面下方的封板内水平设置通孔，在进行模拟试验前需对裂隙岩体周围 的压力调整模拟矿场压力，通过封板对裂隙岩体侧面进行封堵处理，在进行压力 调节可保持压力恒定，具体的在调压完成后，柔性材质制成的封板与裂隙岩体侧 面充分接触，凸弧面与裂隙岩体的接触致密性高于凹弧面的接触致密性，通孔的 存在对裂隙岩体向外扩散压力形成反向压力增强封板与裂隙岩体的接触致密性， 凸弧面在裂隙岩体侧面形成多线性接触密封区保持裂隙岩体的压力恒定，凹弧面 与裂隙岩体侧面形成多层弧面状的密封空间压力可由弧面状密封空间微调，降低 压力扰动范围及向外传播的速度，保持裂隙岩体的周围压力恒定实现模拟矿场的 效果，保证石油洞附近及其内部的压力计的获取的数据精准性。

进一步的，石油洞上下端的裂隙岩体内及石油洞内设有压力计，压力计分别 与计算机连接，用于记录在采出水回注过程中裂隙岩体中的石油洞内及其附近的 压力变化数据，再利用达西定律来计算渗透系数。

进一步的，石油洞与水幕管之间设有流体渗透流速计量装置，用于精确计量 液体在岩石中的渗流速度，采集计算数据。

进一步的，裂隙岩体内的水幕管上均设水幕孔，水幕孔截面为葫芦状，进水 端口大于出水端口。通过水幕孔进水端口大于出水端口的设计水压在水幕孔喷出 时可起到增大水压的作用，水幕孔的截面为成葫芦状利于延长水流在水幕孔内的 停留时间和水流流速进一步增大水压，以防水体在水幕管中流动过程中压力损失 水压低于油压导致石油泄漏的问题出现。

进一步的，水箱与放置容器之间的水幕管上分别设有第一流量计和第一抽液 泵，用于记录采出水回注的水量。

进一步的，传输管上分别设有第二流量计和第二抽液泵，用于记录输入石油 洞内的石油量。

进一步的，放置容器上端设有开口，且裂隙岩体上端对应设有喷淋管，喷淋 管下端连接有喷淋头，喷淋管进水端连接有喷淋水箱，用于模拟在采出水回注过 程中遇到下雨情况时，渗透系数和压力数据的变化，确定在下雨情况下，所用水 质的指标，降低误差，保证回注水水质在不同天气情况下都符合要求。

水封石油洞库回注水水质指标测定方法，包括以下步骤：

1)调节裂隙岩体围压使压力符合矿场压力；

2)向石油洞输入石油后水幕管内输入采出水体；

3)利用计算机和压力计获取渗透过程中的压力数据，利用流体渗透流速计 量装置计量液体在岩石中的渗流速度；

4)更换裂隙岩体和不同水质指标的水体重复上述步骤1-3，确定水质指标。

进一步的，步骤2中分别通过第一流量计和第二流量计记录流量数据。

进一步的，根据流量数据和压力数据，利用达西定律计算渗透系数，通过计 算确定的水质对渗透能力的影响规律确定水质指标。快速确定采出水回注后对洞 库岩石渗透性的影响，确定采出水水质指标，误差低。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明采用人工制备的裂隙岩体模 拟矿场，柔性封板的设置可保持裂隙岩体的周围压力恒定实现模拟矿场的效果， 在裂隙岩体内通过将油桶内的石油输入后模拟存储的石油，水幕管可将水体向裂 隙岩体内回注水体，通过裂隙岩体的裂隙将水输送到石油洞的周围，实现模拟水 封水油洞，通过更换不同水质指标的回注水并测定注入水量和石油洞周围压力情 况，利用达西定律计算渗透系数，通过计算确定的水质对渗透能力的影响规律确 定水质指标。本发明还可实现确定采出水回注过程中遇到下雨情况时所用水质的 指标，误差率低，保证回注水水质在不同天气情况下都符合要求。

附图说明

图1为本发明的水封石油洞库回注水水质指标测定装置示意图；

图2为本发明的水封石油洞库回注水水质指标测定装置俯视图；

图3为本发明的水幕管的局部剖视图；

图4为本发明的封板结构示意图；

图5为本发明实施例3中压力计距离水幕孔不同距离的压力变化曲线图；

图6为本发明实施例3中压力计距离水幕孔10cm、15cm、20cm的压力变化 曲线图。

附图标记说明：1.计算机；2.封堵；3.放置容器；4.喷淋管；5.裂隙岩体；6.喷淋头；7.水幕管；701.水幕孔；8.第一流量计；9.第一抽液泵；10.水箱；10a.通孔； 10b.凸弧面；10c.凹弧面；11.油桶；12.第二抽液泵；13.第二流量计；14.传输管； 15.石油洞；16.压力计；17.封板；18.喷淋水箱。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全 部的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、 “右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示 的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所 指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解 为对本发明的限制。

实施例1：

参见图1-4所示，水封石油洞库回注水水质指标测定装置，包括用于放置裂 隙岩体5的放置容器3，裂隙岩体5内设石油洞15，石油洞15侧方通过传输管 14与设置在放置容器3外的油桶11连接，石油洞15上部的裂隙岩体5内贯穿 设置有水幕管7，水幕管7一端连接有封堵2，另一端连接水箱10，裂隙岩体5 与放置容器5之间设有柔性材质制备的封板17。本发明采用人工制备的裂隙岩 体5模拟矿场，柔性封板17的设置可保持裂隙岩体5的周围压力恒定实现模拟 矿场的效果，在裂隙岩体5内通过将油桶11内的石油输入后模拟存储的石油， 水幕管7可将水体向裂隙岩体5内回注水体，通过裂隙岩体5的裂隙将水输送到 石油洞15的周围，实现模拟水封水油洞，通过更换不同水质指标的回注水并测 定注入水量和石油洞周围压力情况，利用达西定律计算渗透系数，通过计算确定 的水质对渗透能力的影响规律确定水质指标。

封板17与裂隙岩体5的接触面由相互邻接的凸弧面10b与凹弧面10c组成， 凸弧面10b与凹弧面10c下方的封板17内水平设置通孔10a，在进行模拟试验 前需对裂隙岩体5周围的压力调整模拟矿场压力，通过封板17对裂隙岩体5侧 面进行封堵处理，在进行压力调节可保持压力恒定，具体的在调压完成后，柔性 材质制成的封板17与裂隙岩体5侧面充分接触，凸弧面10b与裂隙岩体5的接 触致密性高于凹弧面10b的接触致密性，通孔10a的存在对裂隙岩体5向外扩散 压力形成反向压力增强封板与裂隙岩体5的接触致密性，凸弧面10b在裂隙岩体 5侧面形成多线性接触密封区保持裂隙岩体5的压力恒定，凹弧面10c与裂隙岩体5侧面形成多层弧面状的密封空间压力可由弧面状密封空间微调，降低压力扰 动范围及向外传播的速度，保持裂隙岩体5的周围压力恒定实现模拟矿场的效果， 保证石油洞15附近及其内部的压力计16的获取的数据精准性。

石油洞15上下端的裂隙岩体5内及石油洞15内设有压力计16，压力计16 分别与计算机1连接，用于记录在采出水回注过程中裂隙岩体5中的石油洞15 内及其附近的压力变化数据，再利用达西定律来计算渗透系数。

石油洞15与水幕管7之间设有流体渗透流速计量装置(图中未示出)，用于 精确计量液体在岩石中的渗流速度，采集计算数据。

裂隙岩体1内的水幕管7上均设水幕孔701，水幕孔701截面为葫芦状，进 水端口大于出水端口。通过水幕孔701进水端口大于出水端口的设计水压在水幕 孔701喷出时可起到增大水压的作用，水幕孔701的截面为成葫芦状利于延长水 流在水幕孔701内的停留时间和水流流速进一步增大水压，以防水体在水幕管7 中流动过程中压力损失水压低于油压导致石油泄漏的问题出现。

水箱10与放置容器3之间的水幕管7上分别设有第一流量计8和第一抽液 泵9，用于记录采出水回注的水量。

传输管14上分别设有第二流量计13和第二抽液泵12，用于记录输入石油洞 15内的石油量。

放置容器3上端设有开口，且裂隙岩体5上端对应设有喷淋管4，喷淋管4 下端连接有喷淋头6，喷淋管4进水端连接有喷淋水箱18，用于模拟在采出水回 注过程中遇到下雨情况时，渗透系数和压力数据的变化，确定在下雨情况下，所 用水质的指标，降低误差，保证回注水水质在不同天气情况下都符合要求。

实施例2：

封板17为橡胶板，其制备工艺如下：

混炼：取甲基乙烯基硅橡胶生胶于开炼机中，在开炼过程中第一步：缓慢加 入半补强炭黑、热裂法炭黑和羟基硅油，20min内完成；第二步：缓慢加入连二 亚硫酸钠、2,4-滴丁酯、石蜡油、高乙烯基硅油和硅烷偶联剂，该步骤15min内 完成，混炼完成后均出片；

高温处理：将上述混炼胶放置于电热鼓风干燥箱中170℃高温处理110min； 随后自然冷却24h；

反炼：将上述混炼胶再次放入开炼机中，薄通5次加入硫化剂，继续薄通10 次左右出片；

一段硫化：将上述加油硫化剂的混炼胶取定量至于与封板17形状对应的模 具中，在平板硫化机中加压高温硫化，硫化温度变化为：使混炼胶升温至55℃ ～62℃保温24～26h，再加热至103℃～104℃保温48～50h再进行硫化反应，硫化 完成后取出冷却至室温；

二段硫化：将上述硫化胶置于电热鼓风干燥箱中，170℃高温处理120min， 取出冷却至室温。本发明采用低温长时间的方式进行硫化这不同于釜内高温硫化 和预硫化这两种传统方式，不仅如此，在开炼过程中增加“第二步”的工艺过程 增强硫化后的硅橡胶与炭黑形成的交联网络，其撕裂强度提高，同时乙烯基封端 减少悬尾链段提升制得的封板17的粘合性，通过上述方式制备的封板17与金属、 石块的粘合性能优越，耐腐蚀性能高，密封性很好，所制备的封板17可很好的 保证与裂隙岩体5的接触时的接触致密性，保持裂隙岩体5的周围压力恒定实现 模拟矿场的效果，保证石油洞15附近及其内部的压力计16的获取的数据精准性。

上述采用的材料由如下重量份组成：甲基乙烯基硅橡胶60-78份、半补强炭 黑10-14份、热裂法炭黑7-8份、羟基硅油12-15份、连二亚硫酸钠1-2份、2,4- 滴丁酯1-2份、石蜡油10-12份、高乙烯基硅油8-14份、硅烷偶联剂5-8份、硫 化剂4-7份。

实施例3：

水封石油洞库回注水水质指标测定方法，包括以下步骤：

1)调节裂隙岩体围压使压力符合矿场压力；

2)向石油洞15输入石油后水幕管7内输入采出水体，通过第一流量计8和 第二流量计13记录流量数据；

3)利用计算机1和压力计16获取渗透过程中的压力数据，利用流体渗透流 速计量装置计量液体在岩石中的渗流速度；

4)更换裂隙岩体5和不同水质指标的水体重复上述步骤1-3，根据流量数据 和压力数据，利用达西定律计算渗透系数，通过计算确定的水质对渗透能力的影 响规律确定水质指标。

均质各向同性介质的达西定律表达式为：

式中：V是介质中某点的渗流速度；K为含水层综合渗透系数；为流线上任 意一点的水力梯度；达西定律是地下水渗流研究的理论基础，本领域技术人员应 知晓在此不再详细赘述，例如，在考虑到地下水水渗流具有方向性这一特点时， 上述表达式在空间直角坐标系中的推广公式。

根据本发明的装置及方法测得石油洞15上下端及其内部压力计16距离水幕 孔701不同距离的压力变化，具体如图5、6所示，从图5、图6中可知随着距 离的延长其压力随之下降，三处的压力计16的压力变化曲线程规律性，可见裂 隙岩体5周围的压力是恒定的，在去除封板17后三处的压力变化曲线波动则较 大。

本发明的装置中的现有设备应为本领域技术人员知晓，并且其可由市场购买 所得，例如本发明的计算机为市场售卖的笔记本：联想，型号air13，流量计为 市场售卖的流量计：淮安远能仪表有限公司生产的YN-LDE渗透水计量表；抽液 泵为市场售卖的抽液泵：上海鄂泉泵业有限公司生产的SB型电动抽液泵；其余 现有部件不在此一一详细例举，例如喷淋管、喷淋水箱等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限 于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明 的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之 内。

Claims (10)

1.水封石油洞库回注水水质指标测定装置，包括用于放置裂隙岩体（5）的放置容器（3），所述裂隙岩体（5）内设石油洞（15），所述石油洞（15）侧方通过传输管（14）与设置在放置容器（3）外的油桶（11）连接，所述石油洞（15）上部的裂隙岩体（5）内贯穿设置有水幕管（7），所述水幕管（7）一端连接有封堵（2），另一端连接水箱（10），其特征在于：所述裂隙岩体（5）与放置容器（5）之间设有柔性材质制备的封板（17）。

2.根据权利要求1所述的水封石油洞库回注水水质指标测定装置，其特征在于：所述封板（17）与裂隙岩体（5）的接触面由相互邻接的凸弧面（10b）与凹弧面（10c）组成，所述凸弧面（10b）与凹弧面（10c）下方的封板（17）内水平设置通孔（10a）。

3.根据权利要求1所述的水封石油洞库回注水水质指标测定装置，其特征在于：所述石油洞（15）上下端的裂隙岩体（5）内及石油洞（15）内设有压力计（16），所述压力计（16）分别与计算机（1）连接。

4.根据权利要求1所述的水封石油洞库回注水水质指标测定装置，其特征在于：所述裂隙岩体（1）内的水幕管（7）上均设水幕孔（701），所述水幕孔（701）截面为葫芦状，进水端口大于出水端口。

5.根据权利要求1所述的水封石油洞库回注水水质指标测定装置，其特征在于：所述水箱（10）与放置容器（3）之间的水幕管（7）上分别设有第一流量计（8）和第一抽液泵（9）。

6.根据权利要求1所述的水封石油洞库回注水水质指标测定装置，其特征在于：所述传输管（14）上分别设有第二流量计（13）和第二抽液泵（12）。

7.根据权利要求1-6任一权利要求所述的水封石油洞库回注水水质指标测定装置，其特征在于：所述放置容器（3）上端设有开口，且裂隙岩体（5）上端对应设有喷淋管（4），所述喷淋管（4）下端连接有喷淋头（6），所述喷淋管（4）进水端连接有喷淋水箱（18）。

8.水封石油洞库回注水水质指标测定方法，包括以下步骤：

1）调节裂隙岩体围压使压力符合矿场压力；

2）向石油洞（15）输入石油后水幕管（7）内输入采出水体；

3）利用计算机（1）和压力计（16）获取渗透过程中的压力数据；

4）更换裂隙岩体（5）和不同水质指标的水体重复上述步骤1-3，确定水质指标。

9.根据权利要求8所述的水封石油洞库回注水水质指标测定方法，其特征在于：所述步骤2中分别通过第一流量计（8）和第二流量计（13）记录流量数据。

10.根据权利要求9所述的水封石油洞库回注水水质指标测定方法，其特征在于：根据流量数据和压力数据，利用达西定律计算渗透系数，通过计算确定的水质对渗透能力的影响规律确定水质指标。