專利名稱：一種模擬多夾層鹽巖地質條件的造腔模型試驗方法
技術領域：
本發明涉及一種巖鹽造腔試驗方法，尤其涉及一種模擬多夾層鹽巖地質條件的造腔模型試驗方法。
背景技術：
相對其它儲備方式，巖鹽地下油氣儲備庫具有安全、經濟的特點，但國外巖鹽地下儲庫仍時有事故發生(如油氣滲漏、溶腔失效、地表沉陷等)。目前國外地下巖鹽儲庫幾乎都建在巨厚鹽丘中，而我國可建地下儲庫的巖鹽均為層狀巖鹽，具有厚度薄、夾層多、品位低、 埋深大(江蘇金壇鹽巖層埋深約為1000m)的特點，相比之下我國地下巖鹽儲庫建設難度更大、運行風險更高。目前，我國多夾層鹽巖地質條件建造一個單腔鹽巖儲庫的成本上千萬元，建造周期在3年左右。江蘇金壇鹽巖儲庫建造工程作為我國西氣東輸工程中能源儲存中轉站及能源季節性調峰基地，對我國沿海地區能源供給與調節具有不可替代的作用。因此有必要針對我國多夾層鹽巖地質條件鹽巖儲庫建造的特點，獲得基本的造腔工藝條件參數，保證腔體建造安全，提升造腔工程進度，降低造腔成本。然而，要準確掌握多夾層深埋深鹽巖層能源儲庫建造期關鍵災害因素對規避造腔失敗，就必須根據我國鹽巖地質條件開展相似模型試驗，即模擬多夾層鹽巖地層的相似材料，同時還要模擬地應力、地溫，采用相同的造腔工藝模擬整個造腔過程。采用此種既能模擬地質條件，又能模擬造腔過程及造腔工藝的相似模型試驗，可以較真實的反映我國特有的鹽巖地質條件造腔過程中影響造腔安全關鍵災害因素，也能為改進現有造腔工藝技術提供依據。現有試驗方法均存在如下不足一、巖心鉆取成本高昂，尺寸效應嚴重，不能較好地反映鹽巖造腔；二、無法實現含夾層的造腔過程；三、不能模擬地質條件。
發明內容
針對現有技術中的不足之處，本發明提供了一種模擬多夾層鹽巖地質條件的造腔模型試驗方法。該方法更真實的模擬我國深埋鹽巖層中的地應力、地溫、及不同層厚和雜質成份的多夾層鹽巖地層，保證了地質環境和鹽層賦存狀態的相似模型試驗可以更好地觀測分析多夾層鹽巖造腔的過程，為規避造腔失敗和改建造腔工藝參數設計提供更為真實的理論支持和技術指導。為了解決上述技術問題，本發明采用了如下技術方案
一種模擬多夾層鹽巖地質條件的造腔模型試驗方法，該試驗方法包括如下步驟
1)對天然含夾層鹽巖分析現場鉆取直徑小于IOcm的含夾層鹽巖，對現場鉆取的含夾層鹽巖進行分層分析，獲取含夾層鹽巖的物理特性、溶解性質和夾層分布特點；
2)制作可加溫的鹽巖模具先制作一個內徑為32 34cm的圓桶，再在圓桶的內壁制作一層厚度為2 2. 5cm的圓環形加溫墊；
3)制作夾層鹽巖試件首先，選用純鹽巖粉末作為鹽巖層的壓制材料，選用硫酸鈣和粘土作為夾層的壓制材料；然后，根據步驟I)中含夾層鹽巖的分布方式，在制作的可加溫的鹽巖模具中鋪一層鹽巖層再鋪一層夾層的方式交叉鋪設，每鋪設一層使用壓力機壓制，最后壓制成具有與天然含夾層鹽巖相似物理力學特性的夾層鹽巖試件；
4)在夾層鹽巖試件的頂端向下鉆孔，在夾層鹽巖試件的頂面上放置用于模擬多夾層鹽巖上的覆蓋層的壓盤，并布置造腔技術套管；所述造腔技術套管包括油管、外管和中心管， 所述外管套在中心管外，油管套在外管外，所述油管、外管和中心管的底部均穿過壓盤并伸入夾層鹽巖試件的腔體內；通過外管和中心管之間的環孔向夾層鹽巖試件的腔體內通水， 通過油管與外管之間的環孔向夾層鹽巖試件的腔體內通油，通過中心管將夾層鹽巖試件的腔體內的鹵水排出；
5)通過圓環形加溫墊向夾層鹽巖試件加溫，并通過溫控器控制夾層鹽巖試件的溫度， 以模擬天然含夾層鹽巖的地溫；
6)在圓桶的外壁上按縱橫線繪制正交網格線，網格線的交點為檢測點；
7)將超聲波換能器上的發射探頭和接收探頭并排放在圓桶外壁上的檢測點處，開啟超聲波換能器探測測定波在夾層鹽巖試件的壁面傳播的時間來計算任意造腔階段的夾層鹽巖試件的腔壁厚度；通過超聲波換能器上的發射探頭和接收探頭對圓桶的外壁上的檢測點逐個進行檢測，并通過統計擬合各檢測點的夾層鹽巖試件的腔壁厚度，再輔以三維畫圖軟件得出夾層鹽巖試件的腔體的形狀，獲取造腔工藝參數對層狀鹽巖腔體形狀擴展的影響。作為本發明的另一種優選方案，所述圓環形加溫墊的內壁為上口大、下口小的圓錐形。與現有技術相比，本發明的一種模擬多夾層鹽巖地質條件的造腔模型試驗方法， 具有如下優點
I、該方法更真實的模擬我國鹽巖層中地應力、地溫、及不同層厚和雜質成份的多夾層鹽巖地層，同時因采用的多夾層鹽巖材料為天然鹽巖粉末和不溶夾層粉末壓制而成，故可以采用與現場相同的造腔工藝條件進行模擬造腔。2、為了監測整個造腔過程，在裝置外壁增加了超聲波換能器，開啟超聲波換能器探測測定波在夾層鹽巖試件的壁面傳播的時間來計算任意造腔階段的厚度，通過統計擬合各檢測點的夾層鹽巖試件腔壁厚度，再輔以三維畫圖軟件便可得出腔體的形狀，實現跟蹤監測各造腔階段腔體形狀擴展過程，保證地質環境和鹽層賦存狀態的相似模型試驗，可以更好地觀測分析多夾層鹽巖造腔的過程，為規避造腔失敗和改建造腔工藝參數設計提供更為真實的理論支持和技術指導。
圖I為造腔模型試驗裝置的結構示意圖2為圓桶外壁正交網格線分布的結構示意圖。附圖中1 一圓桶；2 —圓形加溫墊；3—鹽巖層；4一夾層；5—夾層鹽巖試件；6—壓盤；7—油管；8一夕卜管；9—中心管；10—溫控器；11一檢測點；12—超聲波換能器；13—發射探頭；14一接收探頭；15 — IES數據分析儀。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細地描述。一種模擬多夾層鹽巖地質條件的造腔模型試驗方法，在該實驗方法中采用了一種造腔模型試驗裝置，該造腔模型實驗裝置的結構如圖I所示，該試驗方法包括如下步驟
I)對天然含夾層鹽巖分析現場鉆取直徑小于IOcm的含夾層鹽巖，對現場鉆取的含夾層鹽巖進行分層分析，獲取含夾層鹽巖的物理特性、溶解性質和夾層分布特點。2)制作可加溫的鹽巖模具先制作一個內徑為32 34cm的圓桶I (本實施例中， 圓桶I采用厚度為I I. 5cm的鐵圓桶,鐵圓桶的內徑可采用32cm、33cm或34cm,該尺寸均可制作出較大外圓直徑的夾層鹽巖試件)，再在圓桶I的內壁制作一層厚度為2 2. 5cm的圓環形加溫墊2。圓環形加溫墊2的內壁為上口大、下口小的圓錐形，內壁設置為圓錐形結構便于夾層鹽巖試件脫模。3)制作夾層鹽巖試件首先，選用純鹽巖粉末(即天然鹽巖粉末)作為鹽巖層3的壓制材料，選用硫酸鈣和粘土(即不溶夾層粉末)作為夾層4的壓制材料；然后，根據步驟I) 中含夾層鹽巖的分布方式，在制作的可加溫的鹽巖模具中鋪一層鹽巖層再鋪一層夾層的方式交叉鋪設，每鋪設一層使用壓力機壓制，最后壓制成具有與天然含夾層鹽巖相似物理力學特性的夾層鹽巖試件5。4)在夾層鹽巖試件5的頂端向下鉆孔，在夾層鹽巖試件5的頂面上放置用于模擬多夾層鹽巖上的覆蓋層的壓盤6，并布置造腔技術套管；造腔技術套管包括油管7、外管8和中心管9，外管8套在中心管9外，油管7套在外管8外，油管7、外管8和中心管9的底部均穿過壓盤6并伸入夾層鹽巖試件5的腔體內(即鉆孔內)；通過外管8和中心管9之間的環孔向夾層鹽巖試件5的腔體內通水，通過油管7與外管8之間的環孔向夾層鹽巖試件5 的腔體內通油，通過中心管9將夾層鹽巖試件5的腔體內的鹵水排出。5)通過圓環形加溫墊2向夾層鹽巖試件5加溫，并通過溫控器10控制夾層鹽巖試件5的溫度，以模擬天然含夾層鹽巖的地溫。6)在圓桶I的外壁上按縱橫線繪制正交網格線，網格線的交點為檢測點11。即對圓桶I的外壁進行畫線布點，如圖2所示，網格尺寸大小根據測試精度而定。7)將超聲波換能器12上的發射探頭13和接收探頭14并排放在圓桶I外壁上的檢測點11處(一般要求發射探頭13的頻率高，探測距離在I 50cm，探頭尺寸小，探頭直徑小于1cm)，開啟超聲波換能器12探測測定波在夾層鹽巖試件5的壁面傳播的時間來計算任意造腔階段的夾層鹽巖試件5的腔壁厚度；通過超聲波換能器12上的發射探頭13和接收探頭14對圓桶I的外壁上的檢測點11逐個進行檢測，并通過統計擬合各檢測點的夾層鹽巖試件5的腔壁厚度(主要通過IES數據分析儀15擬合檢測點的夾層鹽巖試件的腔壁厚度)，再輔以三維畫圖軟件得出夾層鹽巖試件5的腔體的形狀，實現跟蹤監測造腔階段腔體形狀擴展過程，通過造腔形狀的變化規律來有效分析造腔工藝參數(如造腔技術套管的空間位置、注水流量、油墊位置、地應力、地溫等)對腔體形狀控制的影響。最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
權利要求
1.一種模擬多夾層鹽巖地質條件的造腔模型試驗方法，其特征在于，該試驗方法包括如下步驟1)對天然含夾層鹽巖分析現場鉆取直徑小于IOcm的含夾層鹽巖，對現場鉆取的含夾層鹽巖進行分層分析，獲取含夾層鹽巖的物理特性、溶解性質和夾層分布特點；2)制作可加溫的鹽巖模具先制作一個內徑為32 34cm的圓桶(I)，再在圓桶(I)的內壁制作一層厚度為2 2. 5cm的圓環形加溫墊(2)；3)制作夾層鹽巖試件首先，選用純鹽巖粉末作為鹽巖層(3)的壓制材料，選用硫酸鈣和粘土作為夾層(4)的壓制材料；然后，根據步驟I)中含夾層鹽巖的分布方式，在制作的可加溫的鹽巖模具中鋪一層鹽巖層再鋪一層夾層的方式交叉鋪設，每鋪設一層使用壓力機壓制，最后壓制成具有與天然含夾層鹽巖相似物理力學特性的夾層鹽巖試件(5);4)在夾層鹽巖試件(5)的頂端向下鉆孔，在夾層鹽巖試件(5)的頂面上放置用于模擬多夾層鹽巖上的覆蓋層的壓盤(6)，并布置造腔技術套管；所述造腔技術套管包括油管(7)、外管(8)和中心管(9)，所述外管(8)套在中心管(9)外，油管(7)套在外管(8)外，所述油管(7)、外管(8)和中心管(9)的底部均穿過壓盤(6)并伸入夾層鹽巖試件(5)的腔體內；通過外管(8)和中心管(9)之間的環孔向夾層鹽巖試件(5)的腔體內通水，通過油管(7) 與外管(8)之間的環孔向夾層鹽巖試件(5)的腔體內通油，通過中心管(9)將夾層鹽巖試件 (5)的腔體內的鹵水排出；5)通過圓環形加溫墊(2)向夾層鹽巖試件(5)加溫，并通過溫控器(10)控制夾層鹽巖試件(5)的溫度，以模擬天然含夾層鹽巖的地溫；6)在圓桶(I)的外壁上按縱橫線繪制正交網格線，網格線的交點為檢測點(11);7)將超聲波換能器(12)上的發射探頭(13)和接收探頭(14)并排放在圓桶(I)外壁上的檢測點(11)處，開啟超聲波換能器(12)探測測定波在夾層鹽巖試件(5)的壁面傳播的時間來計算任意造腔階段的夾層鹽巖試件(5)的腔壁厚度；通過超聲波換能器(12)上的發射探頭(13)和接收探頭(14)對圓桶(I)的外壁上的檢測點(11)逐個進行檢測，并通過統計擬合各檢測點的夾層鹽巖試件(5)的腔壁厚度，再輔以三維畫圖軟件得出夾層鹽巖試件(5)的腔體的形狀，獲取造腔工藝參數對層狀鹽巖腔體形狀擴展的影響。
2.根據權利要求I所述的一種模擬多夾層鹽巖地質條件的造腔模型試驗方法，其特征在于所述圓環形加溫墊(2)的內壁為上口大、下口小的圓錐形。
全文摘要
本發明公開了一種模擬多夾層鹽巖地質條件的造腔模型試驗方法，如下步驟對天然含夾層鹽巖分析；制作可加溫的鹽巖模具；制作夾層鹽巖試件；在夾層鹽巖試件的頂端向下鉆孔，在夾層鹽巖試件的頂面上放置用于模擬多夾層鹽巖上的覆蓋層的壓盤，并布置造腔技術套管；通過超聲波換能器探測測定波在夾層鹽巖試件的壁面傳播的時間來計算任意造腔階段的夾層鹽巖試件的腔壁厚度，獲取各造腔工藝參數對層狀鹽巖腔體形狀擴展的影響。該實驗方法保證地質環境和鹽層賦存狀態的相似模型試驗，可以更好地觀測分析多夾層鹽巖造腔的過程，為規避造腔失敗和改建造腔工藝參數設計提供更為真實的理論支持和技術指導。
文檔編號E21B49/00GK102606146SQ20121003941
公開日2012年7月25日 申請日期2012年2月21日 優先權日2012年2月21日
發明者任松, 姜德義, 尹德強, 易亮, 李林, 范金陽, 陳結 申請人:重慶大學