CN2884197Y - 岩盐裂隙的渗流—溶解耦合试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种岩盐裂隙渗流－溶解耦合试验装置，涉及岩盐裂隙的渗流－溶解耦合关系。该装置由岩盐试件模型(1)、进水嘴(3)、出水嘴(4)、裂隙调节板(5)、垫板(6)、螺杆(7)和螺帽(8)组成。该装置能使不同成分、不同饱和度的溶液流经岩盐裂隙，为研究岩盐裂隙在不同成分、不同饱和度的溶液渗透作用下的溶解、渗透性演化及其耦合关系，分析岩盐裂隙在渗流—溶解耦合效应影响下的溶蚀机理提供试验依据。试验结果可应用于石油和天然气的地下盐穴储存工程、核废料的地下盐穴处置以及岩盐矿井开采等领域。本实用新型安装时简便，方便调节裂隙宽度，能实时观察裂隙面的变化。

Description

岩盐裂隙的渗流—溶解耦合试验装置

技术领域：

本实用新型涉及岩盐裂隙的渗流—溶解耦合关系，主要是用于研究岩盐裂隙在不同成分、不同饱和度的溶液渗透作用下的溶解、渗透性演化及其耦合关系，试验结果可应用于石油和天然气的地下盐穴储存工程、核废料的地下盐穴处置以及岩盐矿井开采等领域。

背景技术：

随着社会经济的高速发展，人们对能源的依赖性越来越强，尤其是石油、天然气、核能对国民经济的发展起着举足轻重的作用。我国作为一个发展中国家，对这些能源的依赖性就更强，而我国是个能源缺乏的国家，因此，石油进口量日益增加。国际能源机构认为，石油供应中断量达到需求量的7％就是能源安全的警戒线。我国目前没有战略储备性库存，生产性周转库存也极有限，石油系统内部原油的综合储备天数仅为21.6天。因此，我国有关专家建议，在未来10年内把国家的石油安全储备逐步提高到40～60天左右。同时，为了解决东部沿海等较发达地区的能源日益缺乏，而西部丰富的天然气资源却得不到很好利用这个问题，国家开始实施“西气东输”工程。根据西气东输工程的需要，必须在管道沿线建设大型或巨型储气库，用于季节性调峰。此外，世界第一座核电站开始运行已有40年的时间，我国也在大力发展核能，放射性废料的处理问题已变得迫在眉睫。这些关系到国计民生的重大问题都促使必须我们加快建设能源存储和放射性废料处置工程的步伐。

能源存储和放射性废料处置的方式有陆上、海上、地下三种方式。岩盐矿床作为地下存储的一种类型，具有以下特点：盐矿有很高的可塑性，万一有地壳移动而产生裂缝，有自愈合起来的倾向；盐矿的渗透性极低，基本上与地面水和地下水是隔绝的；盐矿具有热传导性，可将贮存废物产生的热量传到远处；其有很高的结构强度，可耐热和辐射的攻击。因此，世界各国广泛应用岩盐矿床进行石油、天然气储备和放射性废物处置，并进行了从岩盐物理力学特性、溶腔设计，到溶腔建设、洞室营运监测等一系列的研究。我国一部分学者也对盐矿溶腔做了一定的理论研究，四川联合大学的刘东等人建立了基于浓度决策的专家系统，控制溶腔形状的智能方法；太原理工大学以赵阳升为主的课题组，研究了深层岩盐溶腔变形问题，并进行了数值模拟，确定了地下储库的一些参数等。

到目前为止，这些工作基本上只涉及到岩盐的溶蚀机理，但是岩盐溶腔水溶建造和洞室的营运是一个渗流—溶解耦合过程。岩盐溶腔水溶建造是把高压水压入到岩盐矿层中，形成裂缝，由于完整盐块的渗透性极低，所以只有与水接触的裂缝面溶解，岩盐(溶质)在水(溶剂)中扩散、传质，导致裂缝的宽度增加，裂缝周围的应力场发生改变，形成新的裂缝，反过来，新的裂缝面又被溶解。因此，岩盐溶腔水溶建造是水力压裂和溶解的复合过程。岩盐溶腔建成后的营运也是一个渗流—溶解耦合长期过程。岩盐溶腔在地层压力、地下水压力以及储存介质的长期作用下，作为储场围岩的岩盐发生损伤破坏，产生不同尺度的裂隙；如果岩盐中的裂隙与地下水导通，地下水就可能会在裂隙网络中流动，对岩盐裂隙面产生溶解作用，从而使裂隙开度进一步增大，诱发裂隙周围应力场调整，产生新的裂隙，反过来，新的裂隙又使围岩的渗透性发生变化。因此岩盐溶腔的营运是一个渗流—溶解耦合长期作用过程。

发明内容：

本实用新型的目的是：提供一种岩盐裂隙渗流—溶解耦合试验装置，该装置能使不同成分、不同饱和度的溶液流经岩盐裂隙，为研究岩盐裂隙在不同成分和不同饱和度的溶液渗透作用下的溶解、渗透性演化及其耦合关系，分析岩盐裂隙在渗流—溶解耦合效应影响下的溶蚀机理提供试验依据。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

岩盐裂隙的渗流—溶解耦合试验装置由岩盐试件模型、进水嘴、出水嘴、裂隙调节板、垫板、螺杆和螺帽组成。岩盐试件模型为上面有T形凸台的长方体，T形凸台横的一面与长方体的一端面平齐，T形凸台横的两个端面与长方体的两个侧面平齐，T形凸台竖的端面距63长方体该端面20～25毫米。在T形凸台的横中开有V形内槽，出水孔为贯通长方体T形凸台横的端面与V形内槽底部的螺孔，在靠近T形凸台的竖中开有横的方形内槽，进水孔为长方体在出水孔另一端面开的螺孔，在进水孔的顶端开有贯通T形凸台方形内槽的圆孔。出水嘴为一端有与出水孔螺孔相匹配的外螺纹的水嘴，安置在出水孔中，进水嘴为一端有与进水孔螺孔相匹配的外螺纹的水嘴，安置在进水孔中。两块裂隙调节板均为长方板，宽度与T形凸台横的长度相同，长度比T形凸台竖的端面到V形内槽边的长度长3～5毫米，裂隙调节板一块安置在长方体T形凸台上，另一块安置在长方体T形凸台的另一面。四块垫板均为长方形板，每块垫板都有等距的两个圆孔，两个圆孔的间距稍大于T形凸台横的长度，分两对安置在两块裂隙调节板外面。螺杆的两端为外螺纹，直径与垫板的圆孔相匹配，分别安置在垫板的圆孔中，螺帽分别安置在螺杆的两端。

试验时，把岩盐试件加工成长方体，其长、宽分别与垫板的长、宽相同，把岩盐试件放在岩盐试件模型的T形凸台上，其中，岩盐试件有两个平行的侧面分别与岩盐试件模型的两个平行的侧面对齐，有一侧面与岩盐试件模型的T形凸台上的V形内槽边对齐。用两块裂隙调节板夹住岩盐试件模型和岩盐试件，四块垫板分两对安置在两块裂隙调节板外面，四根螺杆分别穿过垫板的圆孔，拧上螺帽，调节岩盐试件模型和岩盐试件之间裂隙的宽度，在岩盐试件与T形凸台形成的三面空隙处涂上胶，使裂隙面三面封闭。

本实用新型的有益效果是，通过使不同成分、不同饱和度的溶液流经岩盐裂隙，收集试验数据，研究不同成分、不同饱和度的溶液对岩盐裂隙的渗透—溶解耦合作用；装置安装时简便，方便调节裂隙宽度；能实时观察裂隙面的变化。

附图说明：

图1是岩盐裂隙渗透—溶解耦合试验装置结构示意图。

其中：1.岩盐试件模型、2.岩盐试件、3.进水嘴、4.出水嘴、5.裂隙调节板、6.垫板、7.螺杆、8.螺帽。

图2是岩盐试件模型的结构示意图。

其中：11.T形凸台、12.进水孔、13.圆孔、14.方形内槽、15.V形内槽、16.出水孔。

具体实施方式：

下面结合附图，对本实用新型作进一步的说明。

由图1可知，岩盐裂隙的渗流—溶解耦合试验装置由岩盐试件模型1、进水嘴3、出水嘴4、裂隙调节板5、垫板6、螺杆7和螺帽8组成。

由图1和图2可知，岩盐试件模型1为上面有T形凸台11的长方体，T形凸台11横的一面与长方体的一端面平齐，T形凸台11横的两个端面分别与长方体的两个侧面平齐；T形凸台11竖的一面距长方体该端面25毫米，T形凸台11与长方体间的凹处是方便试验时涂胶，防止渗漏。在T形凸台11的横中开有V形内槽15，出水孔16为贯通长方体T形凸台11横的端面与V形内槽15底部的螺孔，挖成V形内槽15的目的是为了把裂隙面的溶液导向出水孔16，收集溶液做试验分析。在靠近T形凸台11的竖中开有横的方形内槽14，方形内槽14是为使溶液与岩盐试件2裂隙面接触面积更大而设置的，同时也是为了储存溶液，缓冲溶液流速，避免冲刷。进水孔12为长方体在出水孔16另一端面开的螺孔。在进水孔12的顶端开有贯通T形凸台11方形内槽14的圆孔13，圆孔13设置为倾斜的是为了使溶液流速与裂隙面趋于平行，避免圆孔13附近溶液垂直方向速度太大，导致此处岩盐裂隙面溶解后形成深坑。岩盐试件模型1最好采用有机玻璃做材料，是因为①有机玻璃不易被溶液腐蚀；②有机玻璃透明，方便观察岩盐试件2裂隙面的变化。出水嘴4为一端有与出水孔16螺孔相匹配的外螺纹的水嘴，安置在出水孔16中，进水嘴3为一端有与进水孔12螺孔相匹配的外螺纹的水嘴，安置在进水孔12中，出水嘴4和进水嘴3最好采用不锈钢材料。两块裂隙调节板5均为长方形板，宽度与T形凸台11横的长度相同，长度比T形凸台11竖的端面到V形内槽15边的长度长3～5毫米，裂隙调节板5一块安置在长方体T形凸台11上，另一块安置在长方体T形凸台11的另一面。四块垫板6均为长方形板，每块垫板6都有等距的两个圆孔，两个圆孔的间距比T形凸台11横的长度长10毫米左右，分两对安置在两块裂隙调节板5外面；四根螺杆7的两端为外螺纹，直径与垫板6的圆孔相匹配，分别安置在垫板6的圆孔中。八个螺帽8与螺杆7的外螺纹相匹配，分别安置在螺杆7的两端。裂隙调节板5、垫板6、螺杆7、螺帽8最好在表面有一层法兰，以防腐蚀。

岩盐裂隙渗透—溶解耦合试验装置在进行岩盐裂隙渗透—溶解耦合试验时按以下顺序进行：

1、把岩盐试件2加工成长方体，其长、宽分别与垫板6的长、宽相同；

2、把岩盐试件2安放在岩盐试件模型1的T形凸台11上，两个侧面与岩盐试件模型1长方体的两个侧面对齐，一端面与T形凸台11的V形内槽15的内边对齐；

3、用两块裂隙调节板5夹住岩盐试件模型1和岩盐试件2，把四块垫板6分两对放在上下裂隙调节板5外侧面上，并使垫板6的圆孔露在裂隙调节板5外面；

4、穿上螺杆7，拧上螺帽8，调节岩盐试件模型1与岩盐试件2之间裂隙的宽度，在岩盐试件2与T形凸台11形成的三面空隙处涂上703胶；

5、溶液从进水嘴3流入，经由圆孔13到达方形内槽14，渗透到岩盐试件2的裂隙面，渗过的溶液流入V形内槽15，从出水嘴4流出，收集出水嘴4的溶液；

6、配制不同成分、不同饱和度的溶液，控制溶液流量的大小，观察岩盐裂隙面的渗透、溶解状况，研究岩盐裂隙在渗流—溶解耦合作用影响下的溶蚀机理。

Claims (1)

1、岩盐裂隙的渗流—溶解耦合试验装置，其特征在于，该装置由岩盐试件模型(1)、进水嘴(3)、出水嘴(4)、裂隙调节板(5)、垫板(6)、螺杆(7)和螺帽(8)组成；岩盐试件模型(1)为上面有T形凸台(11)的长方体，T形凸台(11)横的一面与长方体的一端面平齐，两个端面与长方体的两个侧面平齐，T形凸台(11)竖的端面距长方体该端面20～25毫米，在T形凸台(11)的横中开有V形内槽(15)，出水孔(16)为贯通长方体T形凸台(11)横的端面与V形内槽(15)底部的螺孔，在靠近T形凸台(11)的竖中开有横的方形内槽(14)，进水孔(12)为长方体在出水孔(16)另一端面开的螺孔，在进水孔(12)的顶端开有贯通方形内槽(14)的圆孔(13)；出水嘴(4)为一端有与出水孔(16)螺孔相匹配的外螺纹的水嘴，安置在出水孔(16)中，进水嘴(3)为一端有与进水孔(12)螺孔相匹配的外螺纹的水嘴，安置在进水孔(12)中；两块裂隙调节板(5)均为长方形板，宽度与T形凸台(11)横的长度相同，长度比T形凸台(11)竖的端面到V形内槽(15)边的长度长3～5毫米，裂隙调节板(5)一块安置在长方体T形凸台(11)上，另一块安置在长方体T形凸台(11)的另一面；四块垫板(6)均为长形板，每块垫板(6)都有等距的两个圆孔，两个圆孔的间距稍大于T形凸台(11)横的长度，分两对安置在两块裂隙调节板(5)外面；螺杆(7)的两端为外螺纹，直径与垫板(6)的圆孔相匹配，分别安置在垫板(6)的圆孔中，螺帽(8)分别安置在螺杆(7)的两端。