CN109374504B - 动态监测大型地下水封石洞库水幕补水效果的测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种动态监测大型地下水封石洞库水幕补水效果的测试方法,包括以下步骤:1)利用水幕巷道提供恒压或恒流的液体;2)利用进油管子向主洞室内输入石油;3)利用流体渗透器和流速计量装置计量渗流速度/渗流量;4)利用水质检测器检测渗流水质记录数据,并由循环管和抽液泵将渗流水体重新注入水幕巷道;5)重复上述步骤1‑4,根据水质检测器检测数据及渗流速度/渗流量确定回注水水质。本发明还提供了水幕补水效果的测试装置,本发明可得出不同水质采出水回注后对洞库岩石的渗透性影响规律,实现快速确定最优回注水水质参数,影响因素小,准确性高。
Description
技术领域
本发明属于油气储运技术领域,具体涉及一种动态监测大型地下水封石洞库水幕补水效果的测试方法及装置。
背景技术
随着中国经济的高速发展,对石油的需求量日益增大。对中国而言,进行石油战略储备对于保证国家安全,保障国民经济可持续发展具有十分重要的作用。地下水封洞库具有安全、经济、高效、存储容量大等优点,因此近几十年来得到很大的发展,广泛用于国家石油战略储备中。地下水封洞库需要大量的地层渗出水以及人工补水来维持洞库对原油的密封性,并且明天要采出大量的水,这些水随处排放会造成污染,并且也造成浪费,因此多采用采出水回注,但回注水水质是否符合回注要求,需要进行研究,急需这方面的实验装置和测试方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种动态监测大型地下水封石洞库水幕补水效果的测试装置及方法,可得出不同水质采出水回注后对洞库岩石的渗透性影响规律,实现快速确定最优回注水水质参数,影响因素小,准确性高。
本发明为实现上述目的所采取的技术方案为:一种动态监测大型地下水封石洞库水幕补水效果的测试装置,包括模型箱,模型箱内置人造岩石,人造岩石内设主洞室,主洞室分别连接有出油管和进油管,主洞室上部的人造岩石内设水幕巷道,主洞室下方的人造岩石内设流体渗透器,流体渗透器出水端位于模型箱下方且对应设有流速计量装置,人造岩石与模型箱之间设有隔空室,隔空室内设有用于包覆人造岩石的塑料膜。本发明采用模型箱及人造岩石等部件的配合设置对地下水封石洞库补水进行模拟操作,通过塑料膜将人造岩石包覆以防裂隙中的水体压力降低,利用充气管向隔空室内充入气体其气体压力大于人造岩体内部压力避免其内部压力外泄,降低压力扰动范围及向外传播的速度,塑料膜实现了将隔空室内的气压与岩体内的压力分隔以防人造岩体内的压力升高,保持人造岩体的周围压力恒定实现模拟地下水封石油洞的压力情景,流体渗透器及流速计量装置的设置对水封石洞库水幕补水过程中人造岩石发生的渗水数据进行采集,用于判断不同水质的回注水对岩石渗水情况的影响,进而确定何种回注水水质能满足回注要求。
优选的,模型箱由金属层构成,模型箱上连接有充气管,充气管出气口与隔空层连通,利用充气管向隔空室内充入气体其气体压力大于人造岩体内部压力避免其内部压力外泄。
优选的,出油管的进油口位于主洞室底部,在模拟测试完成后通过抽取设备将主洞室内的石油抽出,达到回收的目的,而将出油管的进油口设于主洞室底部可提高石油回收量,也利于收集部分向主洞室下方渗漏的石油。
优选的,流体渗透器由渗流管、导流管和至少三个空心的渗流环组成,渗流环水平放置状态下由上至下间隔排布设置且渗流环直径依次减小,渗流环之间通过导流管连接,最小直径的渗流环下方设置渗流管,渗流管通过导流管与渗流环连接,渗流环和导流管表面均布微孔,导流管出水端位于模型箱下方且对应设有流速计量装置。流体渗透器的渗流环分别设置人造岩体内不同高度层中,对人造岩体内裂隙不同高度层出现的渗流进行收集,流体通过渗流环和导流管表面的微孔进入其内部,利用高度差使收集的水体从渗流管流出由流速计量装置收集对渗流流速及流量进行计量,渗流环在人造岩体内分层设置实现在人造岩体同一高度层内仅设置一渗流环,减小渗流环对人造岩体产生的剪胀作用,渗流环为环状其剪胀角较小对人造岩体产生的剪胀作用进一步减小,具体的,渗流环设置在人造岩体内时,渗流环为环状其剪胀角较小对人造岩体内的裂隙达到剪切屈服后节理法向位移影响较小,最终表现在渗流环附近人造岩体内的裂隙宽度上,解决了在裂隙岩体中设置检测设备造成裂隙岩体中裂隙变化导致渗流数据误差的产生问题,避免了上述问题对水封石洞库水幕补水效果测试的影响,有效提高测试结果准确性。
优选的,流速计量装置底部通过连通管连接循环管,循环管与三通管连接,三通管一端口与水幕巷道连接,另一端口连接有进水管。可实现将收集到的渗水水体回注到水幕巷道中降低水资源浪费,同时也避免渗透水体向外排放造成的水污染问题。
优选的,连通管与水质检测器连接处设有水质检测器,水质检测器连接有电脑。利用水质检测器分别对每次回注的水体进行检测及电脑进行数据记录,同时记录每种水质回注后的渗水速度和渗水量,根据回注要求及每种水质回注后的渗水速度和渗水量来判断哪种水质的水体回注后其渗水不会对裂隙岩体造成堵塞或者影响其渗水。
优选的,循环管上连接有抽液泵,为水体回注提供动力。
一种动态监测大型地下水封石洞库水幕补水效果的测试方法,包括以下步骤:
1)利用水幕巷道提供恒压或恒流的液体;
2)利用进油管子向主洞室内输入石油;
3)利用流体渗透器和流速计量装置计量渗流速度/渗流量;
4)利用水质检测器检测渗流水质记录数据,并由循环管和抽液泵将渗流水体重新注入水幕巷道;
5)重复上述步骤1-4,根据水质检测器检测数据及渗流速度/渗流量确定回注水水质。本发明利用水质检测器分别对每次回注的水体进行检测及电脑进行数据记录,同时记录每种水质回注后的渗水速度和渗水量,根据回注要求及每种水质回注后的渗水速度和渗水量来判断哪种水质的水体回注后其渗水不会对裂隙岩体造成堵塞或者影响其渗水。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:本发明采用模型箱及人造岩石等部件的配合设置对地下水封石洞库补水进行模拟操作,通过塑料膜将人造岩石包覆以防裂隙中的水体压力降低,利用充气管向隔空室内充入气体其气体压力大于人造岩体内部压力避免其内部压力外泄,保持人造岩体的周围压力恒定实现模拟地下水封石油洞的压力情景。本发明利用水质检测器分别对每次回注的水体进行检测及电脑进行数据记录,同时记录每种水质回注后的渗水速度和渗水量,根据回注要求及每种水质回注后的渗水速度和渗水量来判断哪种水质的水体回注后其渗水不会对裂隙岩体造成堵塞或者影响其渗水。
附图说明
图1为本发明动态监测大型地下水封石洞库水幕补水效果的测试装置的示意图;
图2为本发明的模型箱剖视图;
图3为本发明的流通渗透器的结构示意图;
图4为本发明实施例3中渗透器在人造岩体内的产生裂隙剪切位移引起的剪胀位移图。
附图标记说明:1.模型箱;2.充气管;3.出油管;4.进油管;5.三通管;6.水幕巷道;7.流量计;8.抽液泵;9.循环管;10.电脑;11.水质检测器;12.连通管;13.流速计量装置;14.流体渗透器;15.金属层;16.塑料膜;17.隔空室;18.人造岩石;19.主洞室;20.渗流管;21.渗流环;22.导流管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、 “外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1:
如图1-3所示,一种动态监测大型地下水封石洞库水幕补水效果的测试装置,包括模型箱1模型箱1内置人造岩石18,人造岩石18内设主洞室19,主洞室19分别连接有出油管3和进油管4,主洞室19上部的人造岩石18内设水幕巷道6,主洞室19下方的人造岩石18内设流体渗透器14,流体渗透器14出水端位于模型箱1下方且对应设有流速计量装置13,人造岩石18与模型箱1之间设有隔空室17,隔空室17内设有用于包覆人造岩石18的塑料膜16。本发明采用模型箱1及人造岩石18等部件的配合设置对地下水封石洞库补水进行模拟操作,通过塑料膜16将人造岩石18包覆以防裂隙中的水体压力降低,利用充气管2向隔空室17内充入气体其气体压力大于人造岩体18内部压力避免其内部压力外泄,降低压力扰动范围及向外传播的速度,塑料膜16实现了将隔空室17内的气压与岩体内的压力分隔以防人造岩体18内的压力升高,保持人造岩体18的周围压力恒定实现模拟地下水封石油洞的压力情景,流体渗透器14及流速计量装置13的设置对水封石洞库水幕补水过程中人造岩石18发生的渗水数据进行采集,用于判断不同水质的回注水对岩石渗水情况的影响,进而确定何种回注水水质能满足回注要求。
模型箱1由金属层15构成,模型箱1上连接有充气管2,充气管2出气口与隔空层17连通,利用充气管2向隔空室17内充入气体其气体压力大于人造岩体18内部压力避免其内部压力外泄。
出油管3的进油口位于主洞室19底部,在模拟测试完成后通过抽取设备将主洞室19内的石油抽出,达到回收的目的,而将出油管3的进油口设于主洞室19底部可提高石油回收量,也利于收集部分向主洞室19下方渗漏的石油。
流体渗透器14由渗流管20、导流管22和至少三个空心的渗流环21组成,渗流环21水平放置状态下由上至下间隔排布设置且渗流环21直径依次减小,渗流环21之间通过导流管22连接,最小直径的渗流环21下方设置渗流管20,渗流管20通过导流管22与渗流环连接,渗流环21和导流管22表面均布微孔,导流管20出水端位于模型箱1下方且对应设有流速计量装置13。流体渗透器14的渗流环21分别设置人造岩体18内不同高度层中,对人造岩体18内不同高度层裂隙出现的渗流进行收集,流体通过渗流环21和导流管22表面的微孔进入其内部,利用高度差使收集的水体从渗流管20流出由流速计量装置13收集对渗流流速及流量进行计量,渗流环21在人造岩体18内分层设置实现在人造岩体18同一高度层内仅设置一渗流环21,减小渗流环21对人造岩体18产生的剪胀作用,渗流环21为环状其剪胀角较小对人造岩体18产生的剪胀作用进一步减小,具体的,渗流环21设置在人造岩体18内时,渗流环21为环状其剪胀角较小对人造岩体18内的裂隙达到剪切屈服后节理法向位移影响较小,最终表现在渗流环21附近人造岩体18内的裂隙宽度上,解决了在裂隙岩体中设置检测设备造成裂隙岩体中裂隙变化导致渗流数据误差的产生问题,避免了上述问题对水封石洞库水幕补水效果测试的影响,有效提高测试结果准确性。
流速计量装置13底部通过连通管12连接循环管9,循环管9与三通管5连接,三通管5一端口与水幕巷道6连接,另一端口连接有进水管。可实现将收集到的渗水水体回注到水幕巷道6中降低水资源浪费,同时也避免渗透水体向外排放造成的水污染问题。
连通管12与水质检测器11连接处设有水质检测器11,水质检测器11连接有电脑10。利用水质检测器11分别对每次回注的水体进行检测及电脑12进行数据记录,同时记录每种水质回注后的渗水速度和渗水量,根据回注要求及每种水质回注后的渗水速度和渗水量来判断哪种水质的水体回注后其渗水不会对裂隙岩体造成堵塞或者影响其渗水。
循环管9上连接有抽液泵8,为水体回注提供动力。
实施例2:
本发明的流体渗透器14采用如下工艺制备:
1)加热穿孔,将圆钢加热至1340℃~1350℃穿孔处理(控制穿孔偏心率),得管坯,恒温10-14min,管坯表面穿微孔,孔径0.1-0.5mm(根据实际需求选择孔径),将管坯按流体渗透器14的结构形状进行连接。
2)退火,将成型的流体渗透器14亚温长时间加热到685°~710°,保温3h-4h,冷却至600°~605°时升温10°~15°恒温10min,反复2~3次再降温至560°~570°,恒温3h后缓慢冷却;
3)润滑处理:将退火后的流体渗透器14进行酸洗、磷化和皂化处理;
4)去毛刺,入库保存。
本发明在退火工艺中对600°~605°的流体渗透器14反复升温并恒温处理,实现流体渗透器14内的碳化物扩散、聚集并形成球化,表面也不易出现脱碳现象,采用上述退火方式制成的流体渗透器14的金相组织的横截面的晶粒显著细化无方向性,纵截面上的晶粒呈纤维状保证流体渗透器14的渗流管20、导流管22和渗流环21具有优异的抗性变形,其在岩体中受高压状态下形变率低,特别是渗流环21其相对岩体的剪胀角保持在较小的范围内。
实施例3:
一种动态监测大型地下水封石洞库水幕补水效果的测试方法,包括以下步骤:
1)利用水幕巷道6提供恒压或恒流的液体;
2)利用进油管4子向主洞室19内输入石油;
3)利用流体渗透器14和流速计量装置13计量渗流速度/渗流量;
4)利用水质检测器11检测渗流水质记录数据,并由循环管9和抽液泵8将渗流水体重新注入水幕巷道;
5)重复上述步骤1-4,根据水质检测器11检测数据及渗流速度/渗流量确定回注水水质。本发明利用水质检测器11分别对每次回注的水体进行检测及电脑12进行数据记录,同时记录每种水质回注后的渗水速度和渗水量,根据回注要求及每种水质回注后的渗水速度和渗水量来判断哪种水质的水体回注后其渗水不会对裂隙岩体造成堵塞或者影响其渗水。
本发明通过数值模拟对渗透器14在人造岩体18(人造岩体18的物理力学参数如表1所示)内的产生裂隙剪切位移引起的剪胀位移进行记录,结果如图4所示,从图中可见,在未将渗透器14放入人造岩体18前剪胀为0,在渗透器14放入后产生较小的剪切位移,在剪胀角度较小的情况下人造岩体18内的裂隙达到剪切屈服后节理法向位移影响较小,最终渗流环21附近人造岩体18内的裂隙宽度导致的渗水量大小和分别变化较小。
表1 人造岩体18的物理力学参数
参数 | 法向刚度/(GPa/m) | 切向刚度/(GPa/m) | 初始隙宽/mm | 黏聚力/kPa | 剪胀为0时的剪切位移/mm |
值 | 21 | 10 | 0.45 | 10 | 20 |
本发明的装置中的现有设备应为本领域技术人员知晓,并且其可由市场购买所得,例如本发明的电脑为市场售卖的笔记本:联想,型号air13,流量计为市场售卖的流量计:淮安远能仪表有限公司生产的YN-LDE渗透水计量表;抽液泵为市场售卖的抽液泵:上海鄂泉泵业有限公司生产的SB型电动抽液泵;其余现有部件不在此一一详细例举。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.动态监测大型地下水封石洞库水幕补水效果的测试装置,包括模型箱(1)所述模型箱(1)内置人造岩石(18),所述人造岩石(18)内设主洞室(19),所述主洞室(19)分别连接有出油管(3)和进油管(4),所述主洞室(19)上部的人造岩石(18)内设水幕巷道(6),所述主洞室(19)下方的人造岩石(18)内设流体渗透器(14),所述流体渗透器(14)出水端位于模型箱(1)下方且对应设有流速计量装置(13),其特征在于:所述人造岩石(18)与模型箱(1)之间设有隔空室(17),所述隔空室(17)内设有用于包覆人造岩石(18)的塑料膜(16);所述模型箱(1)由金属层(15)构成,所述模型箱(1)上连接有充气管(2),所述充气管(2)出气口与隔空层(17)连通;所述出油管(3)的进油口位于主洞室(19)底部;所述流体渗透器(14)由渗流管(20)、导流管(22)和至少三个空心的渗流环(21)组成,所述渗流环(21)在水平放置状态下,由上至下间隔排布设置且渗流环(21)直径依次减小,渗流环(21)之间通过导流管(22)连接,最小直径的渗流环(21)下方设置渗流管(20),所述渗流管(20)通过导流管(22)与渗流环连接,所述渗流环(21)和导流管(22)表面均布微孔,所述导流管(20)出水端位于模型箱(1)下方且对应设有流速计量装置(13);所述流速计量装置(13)底部通过连通管(12)连接循环管(9),所述循环管(9)与三通管(5)连接,所述三通管(5)一端口与水幕巷道(6)连接,另一端口连接有进水管;所述连通管(12)上设有水质检测器(11),所述水质检测器(11)连接有电脑(10)。
2.根据权利要求1所述的动态监测大型地下水封石洞库水幕补水效果的测试装置,其特征在于:所述循环管(9)上连接有抽液泵(8)。
3.根据权利要求1-2任一权利要求所述的动态监测大型地下水封石洞库水幕补水效果的测试装置的测试方法,包括以下步骤:
1)利用水幕巷道(6)提供恒压或恒流的液体;
2)利用进油管(4)向主洞室(19)内输入石油;
3)利用流体渗透器(14)和流速计量装置(13)计量渗流速度和渗流量;
4)利用水质检测器(11)检测渗流水质记录数据,并由循环管(9)和抽液泵(8)将渗流水体重新注入水幕巷道;
5)重复上述步骤1)-4),根据水质检测器(11)检测数据及渗流速度和渗流量确定回注水水质。
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