一种采盐老腔底坑残渣储气实验装置及实验方法

1.本发明涉及一种储气实验装置及实验方法，尤其涉及一种采盐老腔底坑残渣储气实验装置及实验方法。


背景技术：

2.随着环境保护要求的不断提升，天然气作为一种清洁能源，在众多领域得到广泛的使用，我国对天然气储存设施的需求也在不断增长。盐穴储气库凭借其注采气灵活、吞吐量大、经济效益好等优点越来越受到人们的青睐。但较长的溶腔周期限制了盐穴储气库的大规模建设速度，一口新井从钻井到注气投产需要大约4～5年甚至更多的时间，而利用盐化企业采盐形成的老腔改建盐穴储气库则可以节省钻井和溶腔时间，既节省了投资又可以加快建设速度。
3.这种采盐形成老腔的井下空间由充满卤水的已有上部腔体体积和下部的底坑组成，底坑由采盐残渣和卤水充填。残渣包含不溶物(盐层夹石)、没有来得及溶解的盐岩(初期采盐时掉落到底坑，由于底部卤水浓度饱和，不再溶解)，残渣缝隙中充满着卤水。目前我国在江苏金坛地区改造了一些采盐老腔并取得了较好的成果，然而这些改造仅对老腔上部腔体体积进行了利用，底坑残渣空间体积未得到利用，造成了资源的浪费。


技术实现要素：

4.发明目的：本发明目的是提供一种采盐老腔底坑残渣储气实验装置及实验方法，用以研究底坑残渣注气排卤和扩容机理，验证底坑残渣储气库的可行性，得到底坑空间利用率，解决目前盐化企业老腔底坑残渣空间储气能力不落实、残渣空间无法得到利用的问题。
5.技术方案：本发明包括容器，所述容器的顶部设有密封盖，所述的密封盖上连接有输气管路，所述的输气管路与空气压缩机连通，输气管路上设有气体流量计和第一阀门，所述容器的下部连接有排卤管路，所述的排卤管路上连接有第二阀门、液体流量计和盐浓度计，排卤管路的末端伸入计量筒内。
6.所述的第二阀门位于液体流量计与容器之间，通过阀门控制管路上的液体流量。
7.所述容器下部的出口处设有纱网，可阻挡不溶物颗粒通过，只允许卤水通过出口进入排卤管路。
8.所述容器为玻璃容器，所述的玻璃容器上设有刻度。
9.一种采盐老腔底坑残渣储气实验方法，包括以下步骤：
10.步骤一、将取自待测盐矿的盐岩放置于半径r的玻璃容器内；
11.步骤二、向玻璃容器内加入淡水并搅拌，使盐岩溶解，不溶物均匀散落于玻璃容器内；
12.步骤三、向玻璃容器内加入卤水，模拟采盐老腔底坑，并将玻璃容器上端密封，记录不溶物和卤水界面处的高度k1；
13.步骤四、打开空气压缩机以及输气管路、排卤管路上的阀门，通过输气管路向玻璃容器内注入空气，同时将卤水通过排卤管路排出玻璃容器；
14.步骤五、观测玻璃容器内液面变化，记录液面位于不溶物界面刻度时以及排卤管路中出现空气时排出的总排卤体积、气体流量计数据、液体流量计数据，得出底坑残渣空间储气体积；
15.步骤六、当排卤管路中出现空气后，关闭空气压缩机以及输气管路和排卤管路上的阀门，打开玻璃容器上端的密封盖，向玻璃容器内注入淡水并静置；
16.步骤七、重复步骤四～五，观察盐浓度计数据，并测量总排出卤水的平均盐浓度c和总卤水量l，得到扩容体积。
17.所述步骤(2)中不溶物的厚度为玻璃容器高度的1/2以上，如厚度不能满足，则继续添加步骤一中的盐岩。
18.所述步骤(3)中加入的卤水为饱和卤水。
19.所述步骤(5)中的底坑残渣空间储气体积v为排卤管路中出现空气时的总排卤体积v
总
减去液面位于不溶物界面刻度时的排卤体积v1。
20.所述的底坑残渣空间储气体积v在底坑不溶物所占的比例α＝v/(k1πr2)。
21.所述的扩容体积v
扩
＝c*l/ρ，其中ρ为盐岩密度，若扩容体积v
扩
>0，即为验证了底坑腔体扩容的可行性。
22.有益效果：本发明能够验证底坑残渣空间储气的可行性，研究底坑残渣注气排卤和扩容机理，得到底坑残渣空间储气体积在底坑不溶物所占比例，验证底坑腔体扩容的可行性，得到实验扩容体积、残渣空间储气体积。
附图说明
23.图1为本发明的整体结构图。
具体实施方式
24.下面结合附图对本发明作进一步说明。
25.如图1所示，本发明包括玻璃容器3，玻璃容器3为带刻度的圆柱体，玻璃容器3顶部设有塑料密封盖，密封盖与玻璃容器3之间设有橡胶圈，密封盖上开孔，连接输气管路4，输气管路4与空气压缩机1连通，空气压缩机1位于输气管路4的起始端，输气管路4上设有气体流量计2和第一阀门9。玻璃容器3下部连接有排卤管路5，排卤管路5上设有流体流量计6和盐浓度计8，流体流量计6与玻璃容器3之间设有第二阀门10，控制流体的流通，排卤管路5底部伸入计量筒7内，计量筒7用于收集排卤管路5排出的卤水并计量。玻璃容器3下部出口处设有细纱网，可阻挡不溶物颗粒通过，只允许卤水通过出口进入排卤管路5。
26.本发明的实验方法具体包括以下步骤：
27.步骤一、将取自待测盐矿的不溶物含量较高的盐岩放置于圆柱体玻璃容器内，圆柱体玻璃容器的半径为r。
28.步骤二、向玻璃容器内加入淡水，缓慢搅拌，使盐岩溶解，不溶物均匀散落于玻璃容器内，保证不溶物厚度为玻璃容器高度的1/2以上，如厚度不能满足，则继续添加步骤一中的盐岩。
29.步骤三、向玻璃容器内加入饱和卤水，模拟采盐老腔底坑的情况，并将玻璃容器上端密封，记录不溶物和卤水界面处的高度k1。
30.步骤四、打开空气压缩机以及输气管路、排卤管路上的阀门，通过输气管路向玻璃容器内缓慢注入空气，同时将卤水通过排卤管路排出玻璃容器。
31.步骤五、观测玻璃容器内的液面变化，记录液面位于不溶物界面刻度时以及排卤管路中出现空气时的总排卤体积、气体流量计数据、液体流量计数据。使用排卤管路中出现空气时的总排卤体积v
总
减去液面位于不溶物界面刻度时的总排卤体积v1，得到底坑残渣空间储气体积v，从而得到底坑残渣空间储气体积在底坑不溶物所占比例α＝v/(k1πr2)。根据气体流量计数据以及实验室与现场施工尺寸比例，利用相似理论，可用来推测现场注气速度；根据液体流量计数据以及实验室与现场施工尺寸比例，利用相似理论，可用来推测现场排卤速度。
32.步骤六、当排卤管路中出现空气后，关闭空气压缩机以及输气管路和排卤管路上的阀门。打开玻璃容器顶部的密封盖，向玻璃容器内注入淡水，静置12小时。
33.步骤七、重复步骤四～五，观察盐浓度计数据，并测量总排出卤水的平均盐浓度c和总卤水量l，得到扩容体积v
扩
＝c*l/ρ，其中ρ为盐岩密度，一般为2160m3/kg左右，盐浓度单位为kg/m3。若扩容体积v
扩
>0，即为验证了底坑腔体扩容的可行性，因为注入淡水后，对残渣中的盐进行了溶蚀，残渣总体积变小，储气体积变大，即为扩容。


技术特征：
1.一种采盐老腔底坑残渣储气实验装置，其特征在于，包括容器，所述容器的顶部设有密封盖，所述的密封盖上连接有输气管路(4)，所述的输气管路(4)与空气压缩机(1)连通，输气管路(4)上设有气体流量计(2)和第一阀门(9)，所述容器的下部连接有排卤管路(5)，所述的排卤管路(5)上连接有第二阀门(10)、液体流量计(6)和盐浓度计(8)，排卤管路(5)的末端伸入计量筒(7)内。2.根据权利要求1所述的一种采盐老腔底坑残渣储气实验装置，其特征在于，所述的第二阀门(10)位于液体流量计(6)与容器之间。3.根据权利要求1所述的一种采盐老腔底坑残渣储气实验装置，其特征在于，所述容器下部的出口处设有纱网。4.根据权利要求1或3所述的一种采盐老腔底坑残渣储气实验装置，其特征在于，所述容器为玻璃容器(3)，所述的玻璃容器(3)上设有刻度。5.一种采盐老腔底坑残渣储气实验方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将取自待测盐矿的盐岩放置于半径r的玻璃容器内；步骤二、向玻璃容器内加入淡水并搅拌，使盐岩溶解，不溶物均匀散落于玻璃容器内；步骤三、向玻璃容器内加入卤水，模拟采盐老腔底坑，并将玻璃容器上端密封，记录不溶物和卤水界面处的高度k1；步骤四、打开空气压缩机以及输气管路、排卤管路上的阀门，通过输气管路向玻璃容器内注入空气，同时将卤水通过排卤管路排出玻璃容器；步骤五、观测玻璃容器内液面变化，记录液面位于不溶物界面刻度时以及排卤管路中出现空气时排出的总排卤体积、气体流量计数据、液体流量计数据，得出底坑残渣空间储气体积；步骤六、当排卤管路中出现空气后，关闭空气压缩机以及输气管路和排卤管路上的阀门，打开玻璃容器上端的密封盖，向玻璃容器内注入淡水并静置；步骤七、重复步骤四～五，观察盐浓度计数据，并测量总排出卤水的平均盐浓度c和总卤水量l，得到扩容体积。6.根据权利要求5所述的一种采盐老腔底坑残渣储气实验方法，其特征在于，所述步骤(2)中不溶物的厚度为玻璃容器高度的1/2以上。7.根据权利要求5所述的一种采盐老腔底坑残渣储气实验方法，其特征在于，所述步骤(3)中加入的卤水为饱和卤水。8.根据权利要求5所述的一种采盐老腔底坑残渣储气实验方法，其特征在于，所述步骤(5)中的底坑残渣空间储气体积v为排卤管路中出现空气时的总排卤体积v
总
减去液面位于不溶物界面刻度时的总排卤体积v1。9.根据权利要求5或8所述的一种采盐老腔底坑残渣储气实验方法，其特征在于，所述的底坑残渣空间储气体积v在底坑不溶物所占的比例α＝v/(k1πr2)。10.根据权利要求5所述的一种采盐老腔底坑残渣储气实验方法，其特征在于，所述步骤(7)中扩容体积v
扩
＝c*l/ρ，其中ρ为盐岩密度。

技术总结
本发明公开了一种采盐老腔底坑残渣储气实验装置及实验方法，包括容器，所述容器的顶部设有密封盖，所述的密封盖上连接有输气管路，所述的输气管路与空气压缩机连通，输气管路上设有气体流量计和第一阀门，所述容器的下部连接有排卤管路，所述的排卤管路上连接有第二阀门、液体流量计和盐浓度计，排卤管路的末端伸入计量筒内，容器下部的出口处设有纱网，可阻挡不溶物颗粒通过，只允许卤水通过出口进入排卤管路。本发明能够验证底坑残渣空间储气的可行性，研究底坑残渣注气排卤和扩容机理，得到底坑残渣空间储气体积在底坑不溶物所占比例，验证底坑腔体扩容的可行性，得到实验扩容体积、残渣空间储气体积。残渣空间储气体积。残渣空间储气体积。


技术研发人员：李凤芹 田桂中 冯晓明 赵磊
受保护的技术使用者：江苏科技大学
技术研发日：2021.07.15
技术公布日：2021/11/2