CN216077066U - 一种盐穴储气库直管排卤物理模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种盐穴储气库直管排卤物理模拟装置，包括注气单元、注采单元以及控温单元；注采单元包括具有开口的模拟容器、注采直管及自动采集装置，模拟容器用于盛装待模拟地区的沉积物以及NaCl水溶液，模拟容器还设置有可拆卸的密封盖，用于对其进行密封，密封盖分别设置有注气孔、注采孔及控温孔；注采直管的一端封闭，于注采直管的封闭端侧壁上设置有多个筛孔，所述封闭端通过注采孔伸入所述模拟容器内，且所述模拟容器内盛装的沉积物沉降完毕后，沉降完毕后的沉积物厚度高于注采直管最上端筛孔的高度，所述注采直管的开口端与所述自动采集装置连通；所述控温单元用于控制和监测模拟容器内的温度；所述注气单元与所述注气孔连通。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种盐穴储气库直管排卤物理模拟装置，属于盐穴储气库建库技术领域。
背景技术
在我国目前的能源消费中，天然气作为一种清洁能源越发重要。地下的盐穴储气库具有非常多的优点：单腔库容大、占地面积小、区位优势显著、利于防火防爆防污染和注采转换迅速等，这些特点十分符合我国天然气储存的要求，因此盐穴储气库非常的有价值。盐穴储气库的形成是利用地下较厚的盐层或者盐丘，具体是通过水溶解盐层或者盐丘的方式形成的洞穴储存空间来储存天然气。从地质条件上来说，国外的盐穴储气库建库条件较好，选择的盐丘一般含盐量高、泥质含量低，而我国盐穴储气库条件较差，储气库为层状盐层建库，盐层泥质不溶物含量高，可达15％～40％，建库盐层薄，约为150m，夹层多且厚，可达3～11m，建成后会有大量不溶物在腔底堆积。这些不溶物沉降至腔底后堆积松散或者遇水膨胀，大约占据1/3～2/3的库容。而且盐穴首次注气排卤之后，仍剩余2～5m的水未排出，且不溶物空隙中含有大量水，库容损失较大，急需探索二次防砂排卤技术，进一步排出腔底水及孔隙中的剩余水，以减少库容损失。
储气库腔底泥质堆积物无压实和胶结作用，堆积松散，粒径细小，主体分布在0.16mm～0.63mm。如果直接插入管柱排卤，松散的腔底堆积物会堵塞管道。
即使采用油田常用的防砂管排卤工艺，也依然存在以下问题：①泥质细粒较多，容易运移堵塞防砂管；②卤水含盐量高，筛管孔眼容易被盐结晶堵塞；③防砂管渗滤半径较小，排卤速度慢。
目前，仍无较为有效的二次排卤方法和工艺措施，因此，本领域亟需研发一种能够模拟排卤实况的实验装置，用于优选二次排卤方法，解决盐穴储气库二次排卤砂堵的问题。
实用新型内容
为了解决上述的缺点和不足，本实用新型的目的在于提供一种盐穴储气库直管排卤物理模拟装置。本实用新型所提供的装置可用于实验室模拟盐穴储气库腔底堆积物二次排卤的实况过程并优化对应的模拟方法，以及验证各种排卤方案的可行性。
为达上述目的，本实用新型提供了一种盐穴储气库直管排卤物理模拟装置，其中，所述装置包括：注气单元、注采单元以及控温单元；
所述注采单元包括具有开口的模拟容器、注采直管及自动采集装置，所述模拟容器用于盛装待模拟地区的沉积物以及NaCl水溶液，所述模拟容器还设置有可拆卸的密封盖，用于对其进行密封，所述密封盖分别设置有注气孔、注采孔及控温孔；所述注采直管的一端封闭，于所述注采直管的封闭端侧壁上设置有多个筛孔，所述封闭端通过所述注采孔伸入所述模拟容器内，且所述模拟容器内盛装的沉积物沉降完毕后，沉降完毕后的沉积物厚度高于注采直管最上端筛孔的高度，所述注采直管的开口端与所述自动采集装置连通；
所述控温单元包括电耦合温度计、电热套及自动控温器，所述电热套套设于所述模拟容器外，所述电耦合温度计通过所述控温孔伸入所述模拟容器内且其感温头位于沉积物中，所述自动控温器分别与所述电耦合温度计、电热套电连接；
所述注气单元与所述注气孔连通，以向所述模拟容器内注入气体。
在本实用新型所提供的装置中，所述注气单元用于模拟现场注气过程，所述注采单元用于模拟防砂工艺过程，所述控温单元用于通过自动控温器控制电热套的温度，从而控制模拟容器内的温度，进而模拟地层的温度。
作为本实用新型以上所述装置的一具体实施方式，其中，所述注气单元包括气瓶、压力表及压力控制阀，所述气瓶的出口通过管路依次经由所述压力控制阀、压力表与所述注气孔连通。
在本实用新型一具体实施方式中，所述气瓶为氮气瓶。
在本实用新型所提供的装置中，所述压力控制阀用于控制注入模拟容器中的气压，从而用来测试在不同气压条件下，排出卤水的速度以及出砂量。
作为本实用新型以上所述装置的一具体实施方式，其中，所述注采直管的开口端通过软导管与所述自动采集装置连通。其中，所述自动采集装置为本领域使用的常规装置，其可以在流出规定体积的液体后自动更换滤纸，并计算过滤后液体的体积。
作为本实用新型以上所述装置的一具体实施方式，其中，所述注气孔、注采孔及控温孔分别设置有注气圆管、注采圆管及控温圆管。
作为本实用新型以上所述装置的一具体实施方式，其中，所述模拟容器为圆柱形容器、正方体容器或者长方体容器。
作为本实用新型以上所述装置的一具体实施方式，其中，于所述模拟容器外的注采直管的开口端设置有控制阀(注采管开关)。
在本实用新型所提供的装置中，所述控制阀用来控制进出水，以保证整个模拟容器压力达到预设压力后再打开。
作为本实用新型以上所述装置的一具体实施方式，其中，所述注采直管为各种类型的防砂筛管或者全通径直管。其中，所述防砂筛管也为直管。
作为本实用新型以上所述装置的一具体实施方式，其中，所述筛孔沿着注采直管的周向均匀设置，共设置1～20排，每排3～6个。
作为本实用新型以上所述装置的一具体实施方式，其中，所述筛孔的孔径为0.5～2mm。
在本实用新型所提供的装置中，所述注采直管不仅可以用于排出沉积物中的卤水，也可以通过其向所述模拟容器中注入胶结物，即固砂剂以使泥土(沉积物)胶结，所述注采直管的开口端外接自动采集装置，用于记录卤水排量与排出砂量。
作为本实用新型以上所述装置的一具体实施方式，其中，所述电耦合温度计通过所述控温孔伸入所述模拟容器内，且其感温头插入沉积物1～2cm，以保证所测温度的真实性。
作为本实用新型以上所述装置的一具体实施方式，其中，所述模拟容器、注采直管的材质均可为亚克力或不锈钢。
作为本实用新型以上所述装置的一具体实施方式，其中，所述装置还包括防砂带，其包覆于所述注采直管的封闭端侧壁，且完全覆盖多个所述筛孔。其中，所述防砂带起到过滤的作用。
作为本实用新型以上所述装置的一具体实施方式，其中，所述防砂带为盛装有砾石的不锈钢网，所述不锈钢网的孔隙略小于砾石粒径。
在一些实施例中，所述不锈钢网的孔隙大小为砾石粒径的80～90％。
作为本实用新型以上所述装置的一具体实施方式，其中，所述装置还包括固砂剂储罐，所述固砂剂储罐可拆卸地与所述注采直管的开口端连通，用于通过注采直管利用泵反向向所述模拟容器中压入所配好的一定质量的固砂剂，以模拟化学防砂。
本实用新型所使用的电耦合温度计、电热套、自动控温器、模拟容器、注采直管、自动采集装置、压力表等设备以及阀门等配件均为常规设备及部件，其均可通过商购获得。
本实用新型提供的盐穴储气库直管排卤物理模拟装置所能达成的有益技术效果包括：
利用本实用新型所提供的盐穴储气库直管排卤物理模拟装置可以在实验室内模拟现场排卤的各种工艺，并从模拟实验结果中优选出最佳的二次排卤防泥砂工艺，具体而言：1)利用本实用新型所提供的盐穴储气库直管排卤物理模拟装置可以在实验室内模拟现场排卤过程，排卤过程中的控制因素包括卤水、压力、流量和温度等；2)利用本实用新型所提供的盐穴储气库直管排卤物理模拟装置可评价各类防砂排卤工艺的可行性，所述工艺包括防砂管、人工井壁和化学固砂等；3)本实用新型所提供的装置还能够自动计量实时的排水量和出砂质量，可为现场排卤工艺设计做指导；4)所述装置中的注采直管和防砂带的特殊设计，以及通过所述注采直管向所述模拟容器中注入固砂剂(如胶)进行固砂等都可实现阻挡堆积物的目的，从而可解决盐穴储气库腔底卤水排出砂堵的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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1为本实用新型实施例1提供的盐穴储气库直管排卤物理模拟装置的结构示意图。
图2为本实用新型实施例1提供的盐穴储气库直管排卤物理模拟装置中，注采直管封闭端的结构示意图。
图3为本实用新型实施例2提供的盐穴储气库直管排卤物理模拟装置中，防砂带包覆于注采直管的封闭端侧壁，且完全覆盖多个筛孔的结构示意图。
主要附图标号说明：
1、模拟容器；
2、注采直管；
21、筛孔；
3、自动采集装置；
4、密封盖；
41、注气孔；
42、注采孔；
43、控温孔；
411、注气圆管；
421、注采圆管；
431、控温圆管；
5、软导管；
6、电耦合温度计；
7、电热套；
8、自动控温器；
9、氮气瓶；
10、压力表；
11、压力控制阀；
12、控制阀；
13、防砂带；
14、砾石。
具体实施方式
需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本实用新型中，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“中”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。这些术语主要是为了更好地描述本实用新型及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本实用新型中的具体含义。
此外，术语“设置”、“连接”应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
本实用新型所公开的“范围”以下限和上限的形式给出。可以分别为一个或多个下限，和一个或多个上限。给定的范围是通过选定一个下限和一个上限进行限定的。选定的下限和上限限定了特别范围的边界。所有以这种方式进行限定的范围是可组合的，即任何下限可以与任何上限组合形成一个范围。例如，针对特定参数列出了60～120和80～110的范围，理解为60～110和80～120的范围也是可以预料到的。此外，如果列出的最小范围值为1和2，列出的最大范围值为3，4和5，则下面的范围可全部预料到：1～3、1～4、1～5、2～3、2～4和2～5。
在本实用新型中，除非有其他说明，数值范围“a～b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。例如数值范围“0～5”表示本实用新型中已经全部列出了“0～5”之间的全部实数，“0～5”只是这些数值组合的缩略表示。
在本实用新型中，如果没有特别的说明，本实用新型所提到的所有实施方式以及优选实施方式可以相互组合形成新的技术方案。
在本实用新型中，如果没有特别的说明，本实用新型所提到的所有技术特征以及优选特征可以相互组合形成新的技术方案。
以下通过具体实施例及说明书附图详细说明本实用新型的实施过程和产生的有益效果，旨在帮助阅读者更好地理解本实用新型的实质和特点，不作为对本案可实施范围的限定。
实施例1
本实施例提供了一种盐穴储气库直管排卤物理模拟装置，其结构示意图如图1所示，从图1中可以看出，所述装置包括：注气单元、注采单元以及控温单元；
所述注采单元包括具有开口的模拟容器1、注采直管2及自动采集装置3，所述模拟容器1用于盛装待模拟地区的沉积物以及NaCl水溶液，所述模拟容器1还设置有可拆卸的密封盖4，用于对所述模拟容器1进行密封，所述密封盖4分别设置有注气孔41、注采孔42及控温孔43，所述注气孔41、注采孔42及控温孔43分别设置有注气圆管411、注采圆管421及控温圆管431；所述注采直管2的一端封闭，于所述注采直管1的封闭端侧壁上设置有多个筛孔21(如图2所示)，所述封闭端通过所述注采孔42伸入所述模拟容器1内，且所述模拟容器1内盛装的沉积物沉降完毕后，沉降完毕后的沉积物厚度高于注采直管2最上端筛孔21的高度，所述注采直管2的开口端通过软导管5与所述自动采集装置3连通；
其中，所述模拟容器1、注采直管2的材质均可为亚克力或不锈钢，当所述注采直管2的材质为不锈钢时，铸造所述注采直管时即可实现直接将其一端封闭；当所述注采直管2的材质为亚克力时，可于其一端粘上一块大小合适的压力管，从而保证所述注采直管的该端封闭；
所述控温单元包括电耦合温度计6、电热套7及自动控温器8，所述电热套7套设于所述模拟容器1外，所述电耦合温度计6通过所述控温孔43伸入所述模拟容器1内，且其感温头插入沉积物1～2cm，以保证所测温度的真实性，所述自动控温器8分别与所述电耦合温度计6、电热套7电连接；
所述注气单元包括氮气瓶9、压力表10及压力控制阀11，所述氮气瓶9的出口通过管路依次经由所述压力控制阀11、压力表10与所述注气孔41连通。
本实施例中，所述模拟容器1为圆柱形容器。
本实施例中，于所述模拟容器1外的注采直管的开口端设置有控制阀12。
本实施例中，所述注采直管2为防砂筛管或者全通径直管。
本实施例中，所述筛孔21的孔径为1.5mm，所述筛孔21沿着注采直管2的周向均匀设置，共设置10排，每排4个。
本实施例中，圆柱形容器的高度为25cm，其底面直径也为25cm，注气孔41、注采孔42及控温孔43的直径均为4cm，注气孔41、注采孔42及控温孔43之间的间隔也为4cm，注气圆管411、注采圆管421及控温圆管431的高度均为5cm，位于模拟容器1内部的注采直管2的高度为22cm。
实施例2
本实施例提供了一种盐穴储气库直管排卤物理模拟装置，其结构示意图如图1所示，本实施例所提供的装置与实施例1提供的装置的区别仅在于：本实施例中的所述装置还包括防砂带13，如图3所示，其包覆于所述注采直管的封闭端侧壁，且完全覆盖多个所述筛孔。其中，所述防砂带13为盛装有砾石14的不锈钢网，所述不锈钢网的孔隙尺寸略小于砾石粒径。本实施例中，所述不锈钢网的孔隙尺寸为砾石粒径的80～90％。
实施例3
本实施例提供了一种盐穴储气库直管排卤物理模拟装置，其结构示意图如图1所示，本实施例所提供的装置与实施例1提供的装置的区别仅在于：本实施例中的所述装置还包括固砂剂储罐，所述固砂剂储罐可拆卸地与所述注采直管的开口端连通，用于通过注采直管利用泵反向向所述模拟容器中压入所配好的一定质量的固砂剂，以模拟化学防砂。
利用实施例1提供的盐穴储气库直管排卤物理模拟装置可进行盐穴储气库直管排卤物理模拟，其包括以下具体步骤：
步骤1：装置气密性检查。
步骤2：测试待模拟地区现场的沉积物类型、粒径，然后按比例配制得到与待模拟地区现场沉积物类型相近的砂质混合物。
步骤3：一边向模拟容器中加入待模拟地区的沉积物，即以上所述砂质混合物，一边加入25wt％的NaCl水溶液，并不断搅拌，以模拟现场近饱和卤水，沉积物加到约所述装置高度的三分之二处。
步骤4：此外，还需要保证沉降完毕后的沉积物的厚度可以将注采直管最上端的筛孔掩埋，随后再加入25wt％的NaCl水溶液，直到沉降后超出沉积物3～10cm。
步骤5：沉积物沉降4～10天。
步骤6：将注采单元、控温单元、注气单元按照实施例1中所示的连接关系全部连接在模拟容器上，此时注采直管的控制阀为关闭状态。
步骤7：打开氮气瓶，用压力控制阀将压力调至所需大小，其中，本实施例中所用压力可为0.15～0.25MPa。再通过控温单元将温度升至储层温度。
步骤8：待压力表的示数稳定在所需压力后，打开注采直管的控制阀。
步骤9：利用自动采集装置采集从注采直管排出的液体，直到不出液后，读取自动采集装置的读数，得到每规定体积(如每间隔250mL，根据装置大小确定)的排出液体下，沉积物与卤水的质量。
实际应用中，每模拟完一次排卤后均需要拆除注采直管，并充分搅拌沉积物，使其自然沉降后再进行下一次模拟。
本实用新型实施例1所提供的装置可以用于模拟各种类型筛管防砂，进一步地，利用实施例2所提供的装置还可以模拟人工井壁防砂(即通过包覆于所述注采直管的封闭端侧壁且完全覆盖多个所述筛孔的防砂带实现)，人工井壁防砂模拟过程中的其他模拟步骤均与利用实施例1提供的装置模拟各种类型筛管防砂的步骤相同。
利用实施例3提供的盐穴储气库直管排卤物理模拟装置可以模拟化学防砂，其是先通过注采直管用泵反向向模拟容器中压入所配好的一定质量的固砂剂，静置一段时间固结后，重复利用实施例1提供的盐穴储气库直管排卤物理模拟装置进行盐穴储气库直管排卤物理模拟中的上述流程继续正向排水(卤水)，其具体步骤如下：
步骤1)：装置气密性检查。
步骤2)：测试待模拟地区现场的沉积物类型、粒径，然后按比例配制得到与待模拟地区现场沉积物类型相近的砂质混合物。
步骤3)：一边向模拟容器中加入待模拟地区的沉积物，即以上所述砂质混合物，一边加入25wt％的NaCl水溶液，并不断搅拌，以模拟现场近饱和卤水，沉积物加到约所述装置高度的三分之二处。
步骤4)：此外，还需要保证沉降完毕后的沉积物的厚度可以将注采直管最上端的筛孔掩埋，随后再加入25wt％的NaCl水溶液，直到沉降后NaCl水溶液的高度超出沉积物3～10cm。
步骤5)：沉积物沉降4～10天。
步骤6)：将注采单元、控温单元、注气单元按照实施例1中所示的连接关系全部连接在模拟容器上，并打开注采直管的控制阀。
步骤7)：用泵通过注采直管将盛装在固砂剂储罐内的事先配好的胶注入模拟容器中的沉积物内，再用顶替液(煤油)将注采直管内的残余胶全部挤入砂体，即沉积物内，关闭注采直管的控制阀；其中，本实施例中所用的胶为环氧树脂和酚醛树脂泡沫溶液。
步骤8)：等待胶完全固结。
步骤9)：打开氮气瓶，用压力控制阀将压力调至所需大小，其中，本实施例中所用压力可为0.15～0.25MPa。再通过控温单元将温度升至储层温度。
步骤10)：待压力表的示数稳定在所需压力后，打开注采直管的控制阀。
步骤11)：利用自动采集装置采集从注采直管排出的液体，直到不出液后，读取自动采集装置的读数，得到每规定体积(如每间隔250mL，根据装置大小确定)的排出液体下，沉积物与卤水的质量。
综上，利用本实用新型所提供的盐穴储气库直管排卤物理模拟装置可以在实验室内模拟现场排卤的各种工艺，并从模拟实验结果中优选出最佳的二次排卤防泥砂工艺，具体而言：1)利用本实用新型所提供的盐穴储气库直管排卤物理模拟装置可以在实验室内模拟现场排卤过程，排卤过程中的控制因素包括卤水、压力、流量和温度等；2)利用本实用新型所提供的盐穴储气库直管排卤物理模拟装置可评价各类防砂排卤工艺的可行性，所述工艺包括防砂管、人工井壁和化学固砂等；3)本实用新型所提供的装置还能够自动计量实时的排水量和出砂质量，可为现场排卤工艺设计做指导；4)所述装置中的注采直管和防砂带的特殊设计，以及通过所述注采直管向所述模拟容器中注入固砂剂(如胶)进行固砂等都可实现阻挡堆积物的目的，从而可解决盐穴储气库腔底卤水排出砂堵的问题。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施例，不能以其限定实用新型实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本实用新型专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。
Claims (10)
1.一种盐穴储气库直管排卤物理模拟装置，其特征在于，所述装置包括：注气单元、注采单元以及控温单元；所述注采单元包括具有开口的模拟容器、注采直管及自动采集装置，所述模拟容器用于盛装待模拟地区的沉积物以及NaCl水溶液，所述模拟容器还设置有可拆卸的密封盖，用于对其进行密封，所述密封盖分别设置有注气孔、注采孔及控温孔；所述注采直管的一端封闭，于所述注采直管的封闭端侧壁上设置有多个筛孔，所述封闭端通过所述注采孔伸入所述模拟容器内，且所述模拟容器内盛装的沉积物沉降完毕后，沉降完毕后的沉积物厚度高于注采直管最上端筛孔的高度，所述注采直管的开口端与所述自动采集装置连通；
所述控温单元包括电耦合温度计、电热套及自动控温器，所述电热套套设于所述模拟容器外，所述电耦合温度计通过所述控温孔伸入所述模拟容器内且其感温头位于沉积物中，所述自动控温器分别与所述电耦合温度计、电热套电连接；
所述注气单元与所述注气孔连通，以向所述模拟容器内注入气体。
2.根据权利要求1所述的盐穴储气库直管排卤物理模拟装置，其特征在于，所述注气单元包括气瓶、压力表及压力控制阀，所述气瓶的出口通过管路依次经由所述压力控制阀、压力表与所述注气孔连通。
3.根据权利要求1或2所述的盐穴储气库直管排卤物理模拟装置，其特征在于，所述模拟容器为圆柱形容器、正方体容器或者长方体容器。
4.根据权利要求1或2所述的盐穴储气库直管排卤物理模拟装置，其特征在于，于所述模拟容器外的注采直管的开口端设置有控制阀。
5.根据权利要求1或2所述的盐穴储气库直管排卤物理模拟装置，其特征在于，所述注采直管为防砂筛管或者全通径直管。
6.根据权利要求1或2所述的盐穴储气库直管排卤物理模拟装置，其特征在于，所述筛孔沿着注采直管的周向均匀设置，共设置1～20排，每排3～6个。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述筛孔的孔径为0.5～2mm。
8.根据权利要求1或2所述的盐穴储气库直管排卤物理模拟装置，其特征在于，所述装置还包括防砂带，其包覆于所述注采直管的封闭端侧壁，且完全覆盖多个所述筛孔。
9.根据权利要求8所述的盐穴储气库直管排卤物理模拟装置，其特征在于，所述防砂带为盛装有砾石的不锈钢网，且所述不锈钢网的孔隙尺寸小于砾石粒径。
10.根据权利要求1或2所述的盐穴储气库直管排卤物理模拟装置，其特征在于，所述装置还包括固砂剂储罐，所述固砂剂储罐可拆卸地与所述注采直管的开口端连通。
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