[发明专利]一种盐穴储油库水溶造腔管柱动力特性模型试验装置

说明书

技术领域

    本发明涉及盐岩水溶造腔技术领域，具体涉及一种盐穴储油库的水溶开采造腔过程中造腔管柱动力特性物理模拟的试验装置，更具体涉及与盐矿水溶开采、放射性废弃物地下储库建设和盐岩储库水溶造腔相关的领域的室内试验装置。

背景技术

在深部盐岩洞穴中进行石油、天然气及高放射核废料地下储存是国内外公认的理想方式。目前在盐岩地层中建造储库普遍采用单井油垫对流法水溶开采。造腔时，将造腔内管、造腔外管和生产套管依次嵌套，即造腔内管之外套造腔外管，造腔外管之外套生产套管，构成造腔管柱系统。造腔淡（卤）水经造腔内管（或者造腔内管和造腔外管之间的环空部分）注入腔体，腔内卤水从造腔内管和造腔外管之间的环空部分（或者造腔内管）排出地面，流动的非饱和卤水不断溶蚀腔壁盐岩，逐渐扩大腔体体积；造腔外管和生产套管之间充满柴油或其它液体，下行形成油垫层隔开淡卤水和腔顶盐岩以抑制上溶并促使腔体横向侧溶，或者上行撤除油垫层使淡卤水溶解腔顶盐岩，让腔体向上溶蚀，从而形成理想形状的腔体。

造腔盐岩地层一般位于500~2000米之间，造腔内管和造腔外管一般从地面井口自由悬伸至地下溶腔中，因修井和腔体测试需求，造腔内管和造腔外管之间不设置任何支撑。在实际造腔过程中，因造腔内管破损导致的事故时有发生，如造腔内管弯曲变形、管柱接箍损坏等，都会增加造腔成本，延长工期，甚至造成重大工程事故。研究表明，造腔管柱在受限空间的自激振动和动力失稳是导致管柱发生严重弯曲变形或者破损的主要原因（李银平，杨春和等，盐穴储油（气）库水溶造腔管柱动力特性初探）。

目前已公开的与本发明相关的专利中：“一种模拟多夹层盐岩地址条件的造腔模型试验装置”（陈结、张德义等，2012）发明了一种能够观测和分析多夹层盐岩造腔过程的物理模型试验装置；“多夹层盐穴造腔可视化物理模拟与形态控制实验装置”（李建中，张昱文等，2012）发明了一种多夹层盐穴造腔可视化物理模拟与形态控制实验装置，可以实现盐岩造腔过程的可监测物理模拟，同时也可以进行多夹层盐岩在多场耦合条件下的造腔过程溶腔形态变化规律研究；“盐岩储气库造腔模拟装置”（袁光杰，班凡生等，2009）能进行盐岩储气库造腔机理研究，分析造腔影响因素，进行水溶造腔参数优化并对工程应用提供指导。

虽然目前已经进行过很多与盐穴储库造腔相关的试验研究，但这些研究主要针对造腔过程和溶腔形状控制的物理模拟，都未涉及造腔过程中造腔管柱动力特性的模型试验研究。本发明主要针对造腔过程中造腔管柱的自激振动和动力失稳现象，利用蠕动泵提供可以调节流量的水流，采用脉动缓冲器过滤水流脉冲恒定水流流量，并按一定的相似比采用多种管柱组合来模拟造腔管柱，用以研究造腔过程中水流速度对造腔内管和造腔外管自激振动和动力失稳的影响，以模型试验研究为基础，结合理论研究为现场造腔工程提供更为可靠和详实的技术参考。

发明内容

针对盐岩地层水溶造腔中出现的管柱弯曲变形、破损等自激振动和动力失稳引起的工程问题，本发明的目的是在于提供了一种盐穴储油库水溶造腔管柱动力特性模型试验装置。该装置结构简单，操作方便，水流流量可精确调控且稳定，能够准确获取和监控。该装置能够更真实的模拟实际造腔工程中造腔管柱在卤水流动中发生的动力现象，利用蠕动泵、脉动缓冲器提供流量可精确调控和流量稳定的水流，确保试验能够真实反映引起管柱自激振动或动力失稳的诱因，从而为规避造腔工程中管柱破坏引起的事故提供更可靠、更详细的技术支持。

    为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

    一种模拟盐穴储油库水溶造腔管柱动力特性模型试验装置，包括圆桶、蠕动泵、脉动缓冲器、流量计、蠕动泵管、入腔接头、造腔内管、造腔外管、有机玻璃腔体等部件。其特征是：将进水管安装在蠕动泵上，进水管一端伸入圆桶里的水中，进水管另一端中部连接脉动缓冲器和流量计，进水管端部接到入腔接头上部接口处；将排水管（薄壁硅胶管）一端伸入圆桶里的水中，排水管另一端接到入腔接头侧部的接口处；排水管另一端与入腔接头侧部接头连接并涂抹工业涂胶密封；入腔接头与有机玻璃腔体上盖连接，用螺丝钉固定并涂抹工业涂胶密封；按照下述模拟实验步骤，造腔内管（或造腔内管与造腔外管嵌套组合）与入腔接头下部接口连接，造腔管柱下端自由悬伸至腔体中，将有机玻璃腔体上盖安装在腔体上并用螺丝钉固定，涂抹适量工业涂胶密封。按照试验步骤在入腔接头下部接口处接上不同的造腔管柱组合。在入腔接头与管柱接合部位，涂上工业涂胶密封。