一种悬挂式盐岩水溶测试装置和方法与流程

本发明涉及一种悬挂式盐岩水溶测试装置和方法，属于石油、天然气中的盐穴地下储库水溶造腔领域。

背景技术：

盐穴地下储库是利用地下较厚的盐层或盐丘，采用人工方式在盐层或盐丘中通过水溶形成洞穴储存空间来存储石油、天然气，用于调峰和战略储备。盐穴储库建库的关键技术就是盐穴造腔，它是决定建库工程成功与否的关键。腔体的大小和形状主要由地质条件和施工工艺决定，因此在建设盐穴储库之前必须充分了解盐层的构造、组分、水溶特征等条件，研究设计如何在地下盐层中建造出安全、稳固的盐腔，这就需要先在室内进行模拟实验研究，测定盐岩的水溶特征参数(溶蚀速率、溶蚀角等)，从而达到预测和控制溶腔体积和形态的要求。

盐穴地下储气库作为主要储库类型之一，具有注采效率高、短期吞吐量大、垫底气可回收等优点，已在欧美等发达国家中普遍采用。我国对盐穴储气库的建设起步较晚，随着我国经济的发展，国家对能源地下储备越来越重视，目前金坛盐穴储气库已经开始建设，云应、淮安、平顶山等盐穴储气库已完成可行性论证。与国外盐丘型盐岩建库不同，我国主要为多夹层盐岩建库，含盐地层中盐层薄、夹层多、不溶物含量高，给造腔形态控制带来了难度，针对不同地层造腔参数测定方面的研究还需进一步加强。

国内目前在盐穴储库造腔参数测定方面主要根据盐矿采盐领域《盐类矿石水溶性能实验室试验方法及要求》进行，地下采盐与盐穴储库造腔有着明显的差别，盐矿采盐的要求低，对盐腔形态控制要求不高，目前的实验方法无法满足盐穴储库造腔过程和造腔设计的要求。

因此，提供一种真正反应盐穴储库造腔参数的水溶参数测定方法及装置成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供了一种悬挂式盐岩水溶测试装置及方法。所述装置和方法既能够满足盐穴储库造腔设计对造腔参数的要求，又可以更加精确便捷地模拟盐穴地下储库的实际造腔情况。

为达到上述目的，本发明提供了一种悬挂式盐岩水溶测试装置，该装置包括悬挂单元和样品固定单元；

所述悬挂单元包括拉杆、第一丝杆、第二丝杆和支杆；其中，所述第一丝杆和第二丝杆分别位于所述拉杆的两侧，所述第一丝杆的顶部与所述拉杆的一端相连，所述第二丝杆的顶部与所述拉杆的另一端相连；所述第一丝杆的底部和所述第二丝杆的底部分别与所述固定单元相连；所述支杆位于所述拉杆和所述固定单元之间，且与所述第一丝杆和所述第二丝杆相连；

所述固定单元包括样品固定环；或者，所述固定单元包括样品顶部固定盘和样品托盘；其中，所述样品顶部固定盘位于所述样品托盘的上方；

所述支杆的两端伸出于所述第一丝杆和所述第二丝杆之外，且所述支杆能够沿着所述第一丝杆和所述第二丝杆的杆向进行移动。

在上述装置中，优选地，在悬挂单元中，所述第一丝杆和所述第二丝杆分别与所述拉杆垂直。

在上述装置中，优选地，所述固定单元为固定环时，拉杆、支杆和样品固定环的环面三者是相互平行的。

在上述装置中，优选地，所述固定单元包括样品顶部固定盘和样品托盘时，拉杆、支杆、样品顶部固定盘的盘面和样品托盘的盘面四者是相互平行的。

在上述装置中，优选地，所述支杆与所述第一丝杆和所述第二丝杆之间是活动连接。

在上述装置中，优选地，所述支杆与所述第一丝杆和第二丝杆的相接处分别设有第一紧固螺母组和第二紧固螺母组；更优选地，所述第一紧固螺母组包括第一顶部螺母和第一底部螺母，所述第二紧固螺母组包括第二顶部螺母和第二底部螺母；进一步优选地，所述第一紧固螺母组套设在所述第一丝杆上，所述第二紧固螺母组套设在所述第二丝杆上。

在上述装置中，优选地，所述支杆位于第一顶部螺母和第一底部螺母之间，且位于第二顶部螺母和第二底部螺母之间。

在上述装置中，优选地，所述第一丝杆和所述第一紧固螺母组之间采用的是螺纹连接，所述第二丝杆和所述第二紧固螺母组之间采用的是螺纹连接；更优选地，所述第一丝杆和所述第二丝杆的表面分别设有外螺纹，所述第一紧固螺母组和第二紧固螺母组的内部设有与所述外螺纹的相配合的内螺纹；所述第一丝杆表面的外螺纹与所述第一紧固螺母组内部的内螺纹相配合，所述第二丝杆的外螺纹与所述第二紧固螺母组内部的内螺纹相配合。

松开紧固螺母组，支杆便可沿着丝杆的方向移动，当移动到需要的位置时，旋紧紧固螺母组，支杆便可固定在丝杆上，通过移动支杆的位置便可改变丝杆底部样品固定单元浸入容器内的深度。

在上述装置中，优选地，所述拉杆上设有一个弧形的豁口，该豁口能够使装置稳定悬挂于挂钩上(例如弹簧式质量计下端的挂钩)。

本发明还提供了一种悬挂式盐岩水溶测试方法，该方法利用了上述装置，其主要包括上溶测试和/或侧溶测试，其中，

所述上溶测试包括以下步骤：

将待测岩心的上下两端切平，以获得两个相对的切面，将岩心除所述两个相对的切面外的其余部分包裹上石蜡，作为样品备用；

将样品的一个切面固定在样品固定环上，将样品浸入水中进行溶蚀，直至水溶液达到饱和状态，完成样品的上溶测试；

所述侧溶测试包括以下步骤：

将待测岩心的上下两端切平，以获得两个相对的切面，将所述两个相对的切面包裹上石蜡，作为样品备用；

将样品放置在样品托盘上，放置时样品的一个切面与样品托盘接触，另一个切面通过样品顶部固定盘压紧固定，将样品浸入水中进行溶蚀，直至水溶液达到饱和状态，完成样品的侧溶测试。

在上述方法中，优选地，所述水为蒸馏水。

本发明提供的技术方案采用石蜡对样品的不溶面进行封涂，不仅可以防止不溶面被溶蚀，同时由于石蜡的相对密度小，封涂在样品的不溶面上不会增加称重负担，且在溶蚀过程中，装置可以有效保护样品，防止样品受到破坏。

在上述方法中，优选地，将样品浸入水中后，该方法还包括通过支杆在第一丝杆和第二丝杆上的位置来控制样品浸入水面的深度。

在上述方法中，对样品进行上溶测试和侧溶测试时，水的用量没有特别限定，加入的水能够淹没样品的待溶蚀面即可，例如，对于直径为10cm的岩心，采用5000mL的烧杯，加入3000-3500mL的水(一般上溶测试加入的水为3000mL，侧溶测试加入的水为3500mL)即可。

本发明对现有的测试方法进行研究时发现其主要存在以下弊端：

1)采用现有的测试方法，需要将侧溶和上溶样品的不溶面外部包裹上沥青形成一定厚度的外壳，然后利用绳子捆绑住外壳将样品悬挂在水中进行测试，由于外壳的硬度不大，在捆绑过程中极易破坏，从而导致实验失败；不仅如此，溶蚀过程中，外壳还会对样品的溶蚀速度造成影响，尤其会对侧溶底部的溶蚀速度产生较大影响，并且还会影响到溶蚀角的形成；

2)现有的测试方法在进行侧溶时需要将样品切去宽度为7cm的侧面作为溶蚀面，不仅操作繁琐，而且仅有这一切面作为溶蚀面，溶蚀效果并不理想；

3)采用现有的测试方法只能侧重于研究有多少盐溶于水，卤水中残渣的含量、卤水成分，不能满足盐穴造腔参数的测定要求，因为盐穴造腔参数的测定需要更加侧重于研究盐溶蚀后的形态、溶蚀后不溶物残渣的堆积形态，研究不溶物对盐岩溶蚀形态的影响，而这些是采用现有的测试方法无法做到的。

本发明的有益效果：

(1)本发明提供的装置能够通过支杆位置的变化改变样品进入溶液的深度，满足不同样品对应不同溶液量的测试；其中，拉杆不仅可以方便样品的放取，而且可以方便装置悬挂于弹簧式质量计上，在溶解过程中不用接触样品即可随时测量和记录样品的质量变化情况；

(2)本发明提供的装置安全稳定可靠，测试过程中除测量溶蚀进尺量时测量器具会接触样品外，其他过程都避免了样品的不必要碰触，最大程度保护了实验样品；

(3)常规的测试方法需要将侧溶样品切去宽度为7cm的侧面作为溶蚀面，将侧溶和上溶样品的不溶面外部包裹沥青和石蜡的混合物，沥青石蜡的混合物形成一个有一定厚度的外壳，外壳用绳子捆绑悬挂在水溶液中进行测试；而本发明提供的技术方案测试样品加工简单，只需要将样品两个端面切平，不溶面用蜡封住，放在装置上即可进行实验，操作简单方便；

(4)常规的测试方法，样品外部的沥青石蜡外壳硬度不大还要承受捆绑固定的负荷，在实验过程中一旦触碰损坏水溶液就能从破坏处侵入样品造成实验失败；而本发明提供的技术方案样品不溶面的蜡封并不承重，其可以防止不溶面被溶蚀，有效保护样品不被损坏；

(5)常规的测试方法，沥青和石蜡混合物的包裹外壳会对样品溶速度造成影响尤其是侧溶底部的溶蚀速度，并且还会影响到溶蚀角的形成；而本发明提供的技术方案对溶蚀面没有任何阻挡，保证了岩心样品与水的充分接触，真实、直观地模拟了地下储库的造腔形态变化过程，可以获得侧溶全角度的溶蚀角，更加清晰准确；

(6)常规的测试方法侧重于研究多少盐溶于水，卤水中残渣的含量，卤水的成分，而没办法对盐溶蚀后的形态，溶蚀后不溶物残渣的堆积形态，以及不溶物对盐岩溶蚀形态的影响进行相应的研究，因为常规的测试方法在岩心的外面包裹了一层含有沥青的外壳，在溶解过程中，一方面无法清楚了解溶蚀过程中岩心内部的溶蚀情况，因而无法描述和记录岩心溶蚀后的形态；另一方面，由于沥青外壳的存在，不溶物残渣无法实现从岩心上脱落堆积，只能滞留在沥青外壳内部，这样就无法了解从岩心上脱落的不溶物是如何实现堆积的，堆积的形态又是怎样的，以至于无法全面而准确地体现盐穴造腔；而本发明提供的技术方案能够清楚了解盐溶蚀后岩心的形态变化，并且溶蚀过程中不溶物残渣能够实现从岩心上自由下落并堆积，可以方便研究人员对不溶物残渣的堆积形态进行研究。

附图说明

图1为实施例1提供的悬挂式盐岩水溶测试装置的第一种结构示意图；

图2为实施例1提供的悬挂式盐岩水溶测试装置的第二种结构示意图；

图3为实施例1提供的悬挂式盐岩水溶测试装置的使用示意图；

主要附图标号说明：

1：拉杆；2：第一丝杆；3：第二丝杆；4：支杆；5：样品固定环；6：样品顶部固定盘；7：样品托盘。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

实施例1

本实施例提供了一种悬挂式盐岩水溶测试装置，该装置的结构示意图如图1和图2所示。

该装置包括悬挂单元和固定单元；其中，

悬挂单元包括拉杆1、第一丝杆2、第二丝杆3和支杆4；其中，第一丝杆2和第二丝杆3分别位于拉杆1的两侧，第一丝杆2的顶部与拉杆1的一端相连，第二丝杆3的顶部与拉杆1的另一端相连；第一丝杆2和第二丝杆3分别与拉杆1垂直；

第一丝杆2的底部和第二丝杆3的底部分别与固定单元相连；支杆4位于拉杆1和固定单元之间，与第一丝杆2和第二丝杆3相连，且支杆4的两端伸出于第一丝杆2和第二丝杆3之外；

第一丝杆2上套设有第一紧固螺母组，第一紧固螺母组包括第一顶部螺母和第一底部螺母，第一顶部螺母和第一底部螺母的内部设有内螺纹，该内螺纹与第一丝杆2表面的外螺纹相适应，即第一紧固螺母组可以通过螺纹连接固定于第一丝杆2上；

第二丝杆3上套设有第二紧固螺母组，第二紧固螺母组包括第二顶部螺母和第二底部螺母，第二顶部螺母和第二底部螺母的内部设有内螺纹，该内螺纹与第二丝杆3表面的外螺纹相适应，即第二紧固螺母组可以通过螺纹连接固定于第二丝杆3上；

支杆4位于第一顶部螺母和第一底部螺母之间，且位于第二顶部螺母和第二底部螺母之间，顶部螺母和底部螺母之间的压力可以将支杆4牢牢固定在第一丝杆2和第二丝杆3上；

固定单元包括样品固定环5；或者，固定单元包括样品顶部固定盘6和样品托盘7；其中，样品顶部固定盘6位于所述样品托盘7的上方；

当固定单元为样品固定环5时(如图1所示)，拉杆1、支杆4和样品固定环5的环面三者可以是相互平行的；

当固定单元包括样品顶部固定盘6和样品托盘7时(如图2所示)，拉杆1、支杆4、样品顶部固定盘6的盘面和样品托盘7的盘面四者可以是相互平行的；

拉杆1上可以设有一个弧形的豁口，该豁口可以使装置稳定悬挂于挂钩上。

实施例2

本实施例提供了一种悬挂式盐岩水溶测试方法，该方法使用了实施例1提供的装置，其包括以下步骤：

1)上溶测试：

取直径为10cm的被测岩心，将岩心的上下两面切平，以获得两个相对的切面；然后将岩心的外侧(不包括这两个相对的切面)包裹上蜡以防止测试过程中岩心样品的侧面被溶蚀，将处理好的岩心作为样品备用；

采用螺母将上述样品的一个切面固定在样品固定环5上，固定过程中可以保持待测样品被固定的切面与样品固定环5的环面相平行或在同一个平面内。

样品固定好后，将支杆4架于5000mL的烧杯上(如图3所示)，该烧杯内部装有3000mL的水，此时装置便悬挂于容器内，当需要调节样品浸入水中的深度时，松开第一紧固螺母组和第二紧固螺母组，移动支杆4，改变其在第一丝杆和第二丝杆上的位置即可。

测试初始阶段，容器内溶液的盐浓度低，样品的溶蚀速度较快，此时，每隔10-15分钟测量样品的溶蚀进尺和质量(测量质量时，直接将拉杆4悬挂于弹簧式质量计的挂钩上，避免了接触样品)，以及记录样品的溶蚀形状；

溶蚀一段时间之后，容器内溶液的盐浓度逐渐升高，样品的溶蚀速度逐渐降低，此时，可以逐步延长上述测量样品的溶蚀进尺和质量，以及记录样品的溶蚀形状的时间间隔，直至容器内溶液的盐浓度达到饱和。

2)侧溶测试：

取直径为10cm的被测岩心，上下两面切平后包裹上石蜡，以防止测试中岩心样品上下面被溶蚀，将处理好的岩心作为样品备用；

将样品放在样品托盘7上，样品的一个切面与样品托盘7接触，另一个切面与样品顶部固定盘6接触，样品托盘7和样品顶部固定盘6一起将样品固定住。

样品固定好后，按照上溶测试中的方式将支杆4架于5000mL的烧杯上，烧杯内装有3500mL的水，通过调节支杆4在第一丝杆和第二丝杆上的位置来控制岩心浸入水中的深度以保证测试效果。

测试初始阶段，容器内溶液的盐浓度低，样品的溶蚀速度较快，此时，每隔10-15分钟测量样品溶蚀进尺、质量并记录溶蚀形状；

溶蚀一段时间之后，容器内溶液的盐浓度逐渐升高，样品的溶蚀速度逐渐降低，此时，可以逐步延长上述测量样品的溶蚀进尺和质量，以及记录样品的溶蚀形状的时间间隔，直至溶液饱和。

本实施例提供的测试方法采用的是透明的烧杯，且岩心样品的外部没有包覆沥青，岩心样品的整个溶解过程全程可见，本领域技术人员可以全角度地观察并记录岩心样品在溶蚀过程中溶蚀角的变化、不溶物及卤水运移及分布情况，以及岩心样品在溶蚀过程中的形态变化，为后期模拟造腔盐穴形态变化提供实验资料。