一種鹽穴儲氣庫雙井造腔物理模擬裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種鹽穴儲氣庫雙井造腔物理模擬裝置及方法，鹽穴儲氣庫雙井造腔物理模擬裝置具體包含實驗模型、恒速恒壓泵、造腔內管及造腔外管、腔體形態(tài)監(jiān)測儀、流量計、波美計、壓力表、數據存儲器；實驗模型軸心處設有兩個孔，兩孔不相接并分別與造腔內管、造腔外管相連；恒速恒壓泵分別與造腔內管和造腔外管相連，用于控制造腔內管輸入輸出溶液；造腔內管與造腔外管上都設置有流量計、波美計、壓力表，用以監(jiān)測相關實驗數據并將獲得的實驗數據輸出；腔體形態(tài)監(jiān)測儀設置于實驗模型外部，用于監(jiān)測實驗模型內部的變化并將獲得的監(jiān)測數據輸出；數據存儲器用于接收實驗數據與監(jiān)測數據，并保存；通過鹽穴儲氣庫的雙井造腔物理模擬裝置及方法能夠有效研究鹽穴儲氣庫水溶造腔機理，分析各因素對造腔的影響規(guī)律，優(yōu)化工藝參數，制定方案，指導現(xiàn)場施工。
【專利說明】一種鹽穴儲氣庫雙井造腔物理模擬裝置及方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明專利屬于天然氣鹽穴地下儲氣庫造腔【技術領域】，涉及一種適用于鹽穴儲氣庫雙井造腔物理模擬裝置及方法。

【背景技術】
[0002]我國鹽穴儲氣庫為層狀鹽層建庫，相對于國外鹽丘鹽巖品位低、夾層數量多且厚，造腔采用單井單腔的形式，即鉆一口直井造一個溶腔，造腔速度慢，建造20萬方的腔體約需4年，鹽穴儲氣庫造腔速度慢是目前迫切需要解決的問題。
[0003]鹽穴儲氣庫雙井造腔方法即鉆2 口直井，井距15m?30m，2 口井連通后，各下入Φ 177.8mm造腔管柱，一口井注入清水，另一口井排出鹵水溶腔。雙井造腔一方面可實現(xiàn)兩個Φ177.8mm注采管柱注采氣，實現(xiàn)了儲氣庫雙井筒同時注采，提高了注采氣速度；另一方面雙井造腔采用雙Φ177.8mm管柱組合，相對國內溶腔的Φ177.8mm造腔外管+Φ 114.3mm造腔內管組合管柱循環(huán)壓力損耗小，能夠增大注水排量，縮短建庫周期。雙井造腔提速效果明顯，對于縮短我國鹽穴建庫周期，節(jié)省建庫資金，提高建庫效益具有重要的意義。
[0004]我國鹽穴儲氣庫雙井造腔研宄剛剛起步，僅有1 口井在湖北云應儲氣庫建設中應用，國內沒有成型的雙井造腔數值模擬軟件，沒有開展雙井造腔室內物理模擬試驗，如何通過物理模擬技術，優(yōu)化造腔工藝參數，建造符合要求的腔體，是目前迫切需要解決的問題。
[0005]因此，迫切需要開發(fā)一套鹽穴儲氣庫雙井造腔模擬裝置，以該裝置為平臺開展鹽穴儲氣庫雙井造腔物理模擬實驗，提出適用于鹽穴儲氣庫雙井造腔的物理模擬方法，用以研宄鹽穴儲氣庫雙井造腔機理，分析各因素對雙井造腔的影響規(guī)律，優(yōu)化雙井造腔工藝參數，制定雙井造腔方案，指導現(xiàn)場施工。


【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種適用于鹽穴儲氣庫雙井造腔的物理模擬裝置及方法，用來研宄鹽穴儲氣庫雙井造腔機理，分析各因素對雙井造腔的影響規(guī)律，優(yōu)化雙井造腔工藝參數，制定雙井造腔工程方案。
[0007]本發(fā)明為達到上述目的，提供一種鹽穴儲氣庫雙井造腔物理模擬裝置，具體包含:實驗模型、恒速恒壓泵、造腔內管及造腔外管、腔體形態(tài)監(jiān)測儀、流量計、波美計、壓力表、數據存儲器；所述實驗模型軸心處設有兩個孔，兩孔不相接并分別與所述造腔內管、所述造腔外管相連；所述恒速恒壓泵與所述造腔內管相連，用于控制所述造腔內管輸入輸出溶液；所述恒速恒壓泵與所述造腔外管相連，用于控制所述造腔內管輸入輸出溶液；所述造腔內管上設置有所述流量計、所述波美計、所述壓力表，用以監(jiān)測相關實驗數據并將獲得的實驗數據輸出；所述造腔外管上設置有所述流量計、所述波美計、所述壓力表，用以監(jiān)測相關實驗數據并將獲得的實驗數據輸出；所述腔體形態(tài)監(jiān)測儀設置于實驗模型外部，用于監(jiān)測實驗模型內部的變化，并將獲得的監(jiān)測數據輸出；所述數據存儲器用于接收所述實驗數據與所述監(jiān)測數據，并將所述實驗數據與所述監(jiān)測數據對應保存；所述恒速恒壓泵至少包含兩個，其中一個用于注入柴油，另一個用于注入淡水或不飽和鹵水。
[0008]本發(fā)明提供了一種鹽穴儲氣庫雙井造腔物理模擬方法，具體包含:選取試驗模型，所述實驗模型軸心處設有兩個孔，兩孔不相接并分別與所述造腔內管、所述造腔外管相連；按照量綱分析與相似原理確定試驗模型尺寸、注水排量、造腔管柱尺寸及下深、保護液深度、鹵水濃度實驗參數并輸入，將流量計，波美計和壓力表歸零設置，將所述恒速恒壓泵與所述造腔內管相連，控制所述造腔內管輸入輸出溶液；所述恒速恒壓泵與所述造腔外管相連，控制所述造腔內管輸入輸出溶液；所述造腔內管上設置有所述流量計、所述波美計、所述壓力表，監(jiān)測相關實驗數據并將獲得的實驗數據輸出；所述造腔外管上設置有所述流量計、所述波美計、所述壓力表，監(jiān)測相關實驗數據并將獲得的實驗數據輸出；將所述腔體形態(tài)監(jiān)測儀設置于實驗模型外部，監(jiān)測實驗模型內部的變化，并將獲得的監(jiān)測數據輸出。
[0009]在本發(fā)明一優(yōu)選的實施例中，實驗模型為真實巖心或人造鹽巖溶腔模型，采用石蠟或樹脂密封。
[0010]在本發(fā)明一優(yōu)選的實施例中，人造鹽巖溶腔模型，其特征在于采用氯化鈉、泥土等材料按照一定的比例配制后，采用壓力試驗機按實際地層壓力壓制而成。
[0011]在本發(fā)明一優(yōu)選的實施例中，真實巖心或人造鹽巖溶腔模型尺寸與現(xiàn)場實際長度的比值為長度相似比Cy造腔管柱尺寸及下深、保護液深度、溶腔時間與現(xiàn)場的比值取長度相似比Cy注水排量相似比取長度相似比的平方Q2，鹵水濃度和現(xiàn)場實際鹵水濃度一致。
[0012]在本發(fā)明一優(yōu)選的實施例中，具體實驗過程按照打開電源及計算機、打開數據采集軟件并輸入實驗參數、各儀表歸零設置、連接實驗流程并裝上實驗試樣、數據采集軟件記錄實驗數據、斷開實驗流程并取出實驗試樣、關閉數據采集軟件、關閉計算機及電源等八個實驗步驟進行。以該套裝置為平臺開展鹽穴儲氣庫雙井造腔物理模擬實驗，按照發(fā)明的鹽穴儲氣庫雙井造腔物理模擬方法，能夠研宄鹽穴儲氣庫水溶造腔機理，分析各因素對造腔的影響規(guī)律，優(yōu)化造腔工藝參數，制定造腔方案，指導現(xiàn)場施工。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0014]圖1A-圖1B為鹽穴儲氣庫雙井造腔模擬裝置結構示意圖。
[0015]圖1A-圖1B中1為恒速恒壓泵；2為多通道閥門；3為造腔管柱；4為造腔管柱；5為控制閥；6為單向閥；7為數據存儲器；8為腔體形態(tài)監(jiān)測儀；9為流量計；10為波美計；11為壓力表；12為儲液罐；23為實驗模型。
[0016]圖2為鹽穴儲氣庫雙井造腔物理模擬實驗流程示意圖。
[0017]圖2中21為數據采集系統(tǒng)；22為計量系統(tǒng)；23為實驗模型；24為驅替系統(tǒng)。

【具體實施方式】
[0018]為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0019]本發(fā)明提供一種鹽穴儲氣庫雙井造腔物理模擬裝置，具體包含:實驗模型、恒速恒壓泵、造腔內管及造腔外管、腔體形態(tài)監(jiān)測儀、流量計、波美計、壓力表、數據存儲器；所述實驗模型軸心處設有兩個孔，兩孔不相接并分別與所述造腔內管、所述造腔外管相連；所述恒速恒壓泵與所述造腔內管相連，用于控制所述造腔內管輸入輸出溶液；所述恒速恒壓泵與所述造腔外管相連，用于控制所述造腔內管輸入輸出溶液；所述造腔內管上設置有所述流量計、所述波美計、所述壓力表，用以監(jiān)測相關實驗數據并將獲得的實驗數據輸出；所述造腔外管上設置有所述流量計、所述波美計、所述壓力表，用以監(jiān)測相關實驗數據并將獲得的實驗數據輸出；所述腔體形態(tài)監(jiān)測儀設置于實驗模型外部，用于監(jiān)測實驗模型內部的變化，并將獲得的監(jiān)測數據輸出；所述數據存儲器用于接收所述實驗數據與所述監(jiān)測數據，并將所述實驗數據與所述監(jiān)測數據對應保存。具體請參考圖1A至圖1B所示，本發(fā)明專利的鹽穴儲氣庫雙井造腔模擬裝置主要包括恒速恒壓泵1、造腔管柱3、造腔管柱4、腔體形態(tài)監(jiān)測儀8、流量計9、波美計10、壓力表11等主要設備。圖1A至圖1B中恒速恒壓泵1耐壓0?50MPa，控制流量0?100ml/mi ;壓力表11測量范圍范圍0?20MPa ;流量計9測量范圍0?100ml/min ;波美計10測量濃度范圍0?3301/g。
[0020]在實際工作中，恒速恒壓泵1從外部或儲液罐12中抽取淡水或不飽和鹵水，經過單向閥6和多通道閘門2到造腔內管3與造腔外管4中，該造腔內管3與造腔外管4設置有流量計9、波美計10、壓力表11，用于在淡水或不飽和鹵水經過管柱是測量內部的實驗數據；該實驗模型23為真實巖心或人造鹽巖溶腔模型，在試驗初期，對其實驗模型軸心出開有兩個孔徑；該造腔內管3與造腔外管4分別插入實驗模型所開的孔徑內且兩者不相接，如圖所述；在該實驗模型周圍的網格陰影部分不含液體，為人工或實驗制備的固體鹽芯；在上述實驗模型外部還設有腔體形態(tài)監(jiān)測儀8，用于在試驗過程中實時記錄實驗模型內部的腔體變化，獲得其監(jiān)測數據；在上述實施例中，本發(fā)明還包含一恒速恒壓泵1也與造腔內管3與造腔外管4相連，用于將柴油通過控制閥5注入到造腔內管3與造腔外管4中，造腔內管3與造腔外管4將獲得的柴油注入至實驗模型中，以此改變實驗模型溶腔內的淡水或不飽和鹵水的位置。當上述腔體形態(tài)監(jiān)測儀8和流量計9、波美計10、壓力表11分別獲得監(jiān)測數據和實驗數據后，將分別輸出至數據存儲器7中，數據存儲器7將接收到的監(jiān)測數據和實驗數據對應保存，使用者以此根據所對應保存的監(jiān)測數據和實驗數據作為參考，選在合適的造腔方案，指導現(xiàn)場施工。
[0021]在上述實施例中，所述腔體形態(tài)監(jiān)測儀采用工業(yè)CT監(jiān)測，即采用X射線透視成像技術對鹽巖溶解造腔過程進行腔體形態(tài)檢測。
[0022]在上述實施例中，優(yōu)選的還包含儲液罐12，該儲液罐12用于存放是溶腔過程中返出的鹵水，通過造腔內管與造腔外管與實驗模型相連，收集反饋的鹵水，用于完善后期試驗數據。另請參考圖1A至圖1B所示，在圖1A至圖1B中的實驗模型外側即標網格線的部件中不含液體，為人工或實驗制備的固體鹽芯。
[0023]在上述實施例中，優(yōu)選的還包含:所述實驗模型為真實巖心或人造鹽巖溶腔模型；所述實驗模型采用石蠟或樹脂密封。如圖1A至圖1B所示，實驗模型23選用真實巖心或人造鹽巖溶腔模型，模型周邊用石蠟或樹脂密封，模型軸心鉆2個孔，實驗模型軸心鉆2個孔，其中1個孔內根據實驗模型大小，下入相應尺寸大小的造腔外管+造腔內管管柱組合；其中該造腔外管與造腔內管不接觸。
[0024]在本發(fā)明一優(yōu)選的實施例中，所述恒速恒壓泵至少包含兩個，其中一個用于注入柴油，另一個用于注入淡水或不飽和鹵水。請參考圖1A至圖1B所示，本發(fā)明提供的模擬模型至少包含兩個恒速恒壓泵，其中一個恒速恒壓泵(左側)用于注入柴油控制腔體上溶，另一個恒速恒壓泵(右側)用于注入淡水或不飽和鹵水溶腔。
[0025]本發(fā)明提供了一種鹽穴儲氣庫雙井造腔物理模擬方法，具體包含首先選取現(xiàn)場真實巖心或人造鹽巖溶腔模型，其中鹽巖溶腔模型是采用氯化鈉、泥土等材料按照一定的比例配制后，采用壓力試驗機按實際地層壓力壓制而成；實驗選取的真實巖心或人造鹽巖溶腔模型尺寸、注水排量、造腔管柱尺寸及下深、保護液深度、鹵水濃度等參數，按照一定的相似比由現(xiàn)場實際造腔工藝參數獲得；具體實驗過程按照打開電源及計算機、打開數據采集軟件并輸入實驗參數、各儀表歸零設置、連接實驗流程并裝上實驗試樣、數據采集軟件記錄實驗數據、斷開實驗流程并取出實驗試樣、關閉數據采集軟件、關閉計算機及電源等八個步驟進行。
[0026]請參考圖2所示，鹽穴儲氣庫雙井造腔物理模擬方法具體技術方案如下:連接雙井造腔實驗流程，如圖2所示，實驗模型23與數據采集系統(tǒng)21、計量系統(tǒng)22、驅替系統(tǒng)24連接；
[0027]雙井造腔實驗過程中，通過改變驅替系統(tǒng)24中恒速恒壓泵注水流量以及調整實驗模型23中造腔管柱位置、油墊位置即實驗模型內注入的柴油和鹵水的界面位置；通過數據采集系統(tǒng)21及計量系統(tǒng)22，測試并記錄注采流量、壓力、采出鹵水濃度、溶腔形狀等實驗數據；其中溶腔過程中分正、反循環(huán)兩種方式，正循環(huán)即從圖1A至圖1B中的造腔內管3注入淡水或不飽和鹵水，鹵水從造腔內管3和造腔外管4環(huán)空返到儲液罐12 ;反循環(huán)即從造腔內管3和造腔外管4環(huán)空注入淡水或不飽和鹵水，鹵水從造腔內管3返到儲液罐12。在本申請中，造腔內管與造腔外管只是針對位置而給予的名詞定義，兩者可互相替換，在此并不以名稱為限制；斷開實驗流程，對圖1A、圖1B、圖2的數據采集系統(tǒng)21、計量系統(tǒng)22取得的數據進行分析處理。
[0028]請參考圖1A、圖1B與圖2所示，恒速恒壓泵1、多通道閥門2、造腔內管3、造腔外管4、控制閥5、單向閥6、數據存儲器7、腔體形態(tài)監(jiān)測儀8、流量計9、波美計10、壓力表11、儲液罐12、數據存儲器7分別連接流量計9、波美計10、壓力表11、恒速恒壓泵1及腔體形態(tài)監(jiān)測儀8 (工業(yè)CT，即采用X射線透視成像技術對鹽巖溶解造腔過程進行腔體形態(tài)檢測)構成數據采集系統(tǒng)，用于實時記錄壓力、流量、濃度、腔體形狀等數據；3個流量計9、3個壓力表11、2個波美計以及腔體形態(tài)監(jiān)測儀8構成計量系統(tǒng)，測定流量、壓力、濃度以及腔體形態(tài)等參數；2個恒速恒壓泵1及儲液罐12構成驅替系統(tǒng)，用于注入淡水或不飽和鹵水、柴油以及存放實驗模型中返出的鹵水等，其中1個恒速恒壓泵用于注入柴油控制腔體上溶，1個恒速恒壓泵用于注入淡水或不飽和鹵水溶腔，儲液罐12中存放是溶腔過程中返出的鹵水。
[0029]通過上述模擬裝置及方法，能夠有效研宄鹽穴儲氣庫水溶造腔機理，分析各因素對造腔的影響規(guī)律，優(yōu)化造腔工藝參數，制定造腔方案，指導現(xiàn)場施工，具體方法如下:
[0030]步驟1)實驗模型選用真實巖心或人造鹽巖溶腔模型，模型周邊用石蠟或樹脂密封，實驗模型軸心鉆2個孔，其中1個孔內根據實驗模型大小，下入相應尺寸大小的造腔外管+造腔內管管柱組合；
[0031]步驟2)雙井連通后，如圖1A至圖1B所示，模型各下入造腔管柱3、造腔管柱4，連接實驗流程，其中造腔管柱3連接流量計9、波美計10及壓力表11，造腔管柱4連接流量計
9、波美計10及壓力表11，控制閥5、多通道閥門2、單向閥6連接在管線上，開展雙井造腔實驗；
[0032]步驟3)雙井造腔實驗過程中，改變流量、調整管柱位置、改變循環(huán)方式及油墊位置等實驗參數，測試并記錄注采流量、壓力、采出齒水濃度、溶腔形狀等實驗數據
[0033]步驟4)斷開實驗流程，對取得的數據進行分析處理并對應保存。
[0034]以上所述的【具體實施方式】，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的【具體實施方式】而已，并不用于限定本發(fā)明的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種鹽穴儲氣庫雙井造腔物理模擬裝置，其特征在于，所述裝置包含:實驗模型、恒速恒壓泵、造腔內管及造腔外管、腔體形態(tài)監(jiān)測儀、流量計、波美計、壓力表、數據存儲器； 所述實驗模型軸心處設有兩個孔，兩孔不相接并分別與所述造腔內管、所述造腔外管相連； 所述恒速恒壓泵與所述造腔內管相連，用于控制所述造腔內管輸入輸出溶液；所述恒速恒壓泵與所述造腔外管相連，用于控制所述造腔內管輸入輸出溶液； 所述造腔內管上設置有所述流量計、所述波美計、所述壓力表，用以監(jiān)測相關實驗數據并將獲得的實驗數據輸出； 所述造腔外管上設置有所述流量計、所述波美計、所述壓力表，用以監(jiān)測相關實驗數據并將獲得的實驗數據輸出； 所述腔體形態(tài)監(jiān)測儀設置于實驗模型外部，用于監(jiān)測實驗模型內部的變化，并將獲得的監(jiān)測數據輸出； 所述數據存儲器用于接收所述實驗數據與所述監(jiān)測數據，并將所述實驗數據與所述監(jiān)測數據對應保存； 所述恒速恒壓泵至少包含兩個，其中一個用于注入柴油，另一個用于注入淡水或不飽和鹵水。
2.根據權利要求1所述的鹽穴儲氣庫雙井造腔物理模擬裝置，其特征在于，所述實驗模型為真實巖心或人造鹽巖溶腔模型，采用石蠟或樹脂密封。
3.根據權利要求1所述的鹽穴儲氣庫雙井造腔物理模擬裝置，其特征在于，所述人造鹽巖溶腔模型采用氯化鈉、泥土等材料按照一定的比例配制后，采用壓力試驗機按實際地層壓力壓制而成。
4.一種鹽穴儲氣庫雙井造腔物理模擬方法，其特征在于，所述方法包含: 選取試驗模型，所述實驗模型軸心處設有兩個孔，兩孔不相接并分別與所述造腔內管、所述造腔外管相連； 按照量綱分析與相似原理確定試驗模型尺寸、注水排量、造腔管柱尺寸及下深、保護液深度、齒水濃度實驗參數并輸入，將流量計，波美計和壓力表歸零設置，將所述恒速恒壓泵與所述造腔內管相連，控制所述造腔內管輸入輸出溶液；所述恒速恒壓泵與所述造腔外管相連，控制所述造腔內管輸入輸出溶液；所述造腔內管上設置有所述流量計、所述波美計、所述壓力表，監(jiān)測相關實驗數據并將獲得的實驗數據輸出；所述造腔外管上設置有所述流量計、所述波美計、所述壓力表，監(jiān)測相關實驗數據并將獲得的實驗數據輸出； 將所述腔體形態(tài)監(jiān)測儀設置于實驗模型外部，監(jiān)測實驗模型內部的變化，并將獲得的監(jiān)測數據輸出。
5.根據權利要求4所述的鹽穴儲氣庫雙井造腔物理模擬方法，其特征在于，所述按照量綱分析與相似原理確定試驗模型尺寸、注水排量、造腔管柱尺寸及下深、保護液深度、鹵水濃度實驗參數根據相似比確定。
6.根據權利要求5所述的鹽穴儲氣庫雙井造腔物理模擬方法，其特征在于，所述按照量綱分析與相似原理確定試驗模型尺寸、注水排量、造腔管柱尺寸及下深、保護液深度、鹵水濃度實驗參數根據相似比確定包含:真實巖心或人造鹽巖溶腔模型尺寸與現(xiàn)場實際長度的比值為長度相似比Q，造腔管柱尺寸及下深、保護液深度、溶腔時間與現(xiàn)場的比值取長度 相似比Cy注水排量相似比取長度相似比的平方Cl鹵水濃度和現(xiàn)場實際鹵水濃度一致。
【文檔編號】E21F17/16GK104459033SQ201410602356
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年10月31日 優(yōu)先權日:2014年10月31日
【發(fā)明者】班凡生, 申瑞臣, 袁光杰, 萬繼方, 夏焱, 莊曉謙, 劉奕杉 申請人:中國石油天然氣集團公司, 中國石油集團鉆井工程技術研究院