鹽巖溶腔夾層垮塌模擬試驗裝置及模擬試驗方法
【專利摘要】本發明公開了一種鹽巖溶腔夾層垮塌模擬試驗裝置及模擬試驗方法，屬于巖土工程技術領域。該裝置包括第一容器、第二容器、夾層、鹽溶液、通液管路、閥門，第一容器內部設有容置腔，鹽溶液盛裝于容置腔內；夾層設置于第二容器內部，使得第二容器在夾層底部形成模擬巖腔，夾層上設有通孔；通液管路的一端連接于第一容器，通液管路的另一端通過通孔通入模擬巖腔內，容置腔與模擬巖腔之間通過通液管路連通；閥門設置于通液管路上，用于控制通液管路的連通或者截止。該方法基于該裝置而實現。其能夠對鹽巖溶腔夾層垮塌情況進行試驗模擬，因此，能夠給實際施工帶來啟發。
【專利說明】
鹽巖溶腔夾層垮塌模擬試驗裝置及模擬試驗方法
技術領域
[0001]本發明涉及巖土工程技術領域，特別是涉及一種鹽巖溶腔夾層垮塌模擬試驗裝置及模擬試驗方法。
【背景技術】
[0002]鹽巖具有良好的蠕變特性、低滲透性和損傷恢復特性，被認為是能源地下儲存和核廢料地下處置的理想介質。我國鹽巖地層埋深較淺，成層分布，夾層較多，地質條件相對比較復雜。在地下能源儲存方面，現在層狀鹽巖中建設儲氣庫屬于國家能源戰略儲備，因此有必要對地下儲存環境進行探討。在鹽巖中儲存能源，利用水溶造腔技術，即利用鹽溶于水這一物理特性，這地下鹽巖層中形成腔體，但是因為夾層的存在，夾層里面成分含有鹽，含鹽率的不同致使其強度不同尤其是在水溶過程中因為其含鹽率不同強度會有不同程度的弱化，最后其夾層在水溶之后的形態以及其垮塌的形態，夾層垮塌下落過程以及在鹽腔底部堆積的形態也有所不同。夾層垮塌在水溶造腔過程中會對造腔套管造成損傷，其垮塌下落之后會造成鹽腔體積減少，因此有必要對其進行研究。因為工程實際在地下人眼無法觀察其具體垮塌過程以及形態。
【發明內容】
[0003]有鑒于此，本發明提供一種鹽巖溶腔夾層垮塌模擬試驗裝置及模擬試驗方法，其能夠對鹽巖溶腔夾層垮塌情況進行試驗模擬，因此，能夠給實際施工帶來啟發。從而更加適于實用。
[0004]為了達到上述第一個目的，本發明提供的鹽巖溶腔夾層垮塌模擬試驗裝置的技術方案如下:
[0005]本發明提供的鹽巖溶腔夾層垮塌模擬試驗裝置包括第一容器、第二容器、夾層、鹽溶液、通液管路、閥門，
[0006]所述第一容器內部設有容置腔，所述鹽溶液盛裝于所述容置腔內；
[0007]所述夾層設置于所述第二容器內部，使得所述第二容器在所述夾層底部形成模擬巖腔，所述夾層上設有通孔；
[0008]所述通液管路的一端連接于所述第一容器，所述通液管路的另一端通過所述通孔通入所述模擬巖腔內，所述容置腔與所述模擬巖腔之間通過所述通液管路連通；
[0009]所述閥門設置于所述通液管路上，用于控制所述通液管路的連通或者截止。
[0010]本發明提供的鹽巖溶腔夾層垮塌模擬試驗裝置還可采用以下技術措施進一步實現。
[0011]作為優選，所述通液管路與所述容器的連接孔設置于所述第一容器底部。
[0012]作為優選，所述第二容器的徑向截面直徑或者直徑當量不等。
[0013]作為優選，所述第二容器包括一底板、多個直徑不等的管、多個直徑不等的環，最底部的管通過其底邊緣固定連接于所述底板，所述多個直徑不等的管、多個直徑不等的環之間粘結在一起。
[0014]作為優選，所述第一容器和/或第二容器由透明材質制成。
[0015]作為優選，所述閥門為常閉型電磁閥，所述常閉型電磁閥上設有控制電路，當所述控制電路得電時，所述常閉型電磁閥開啟。
[0016]作為優選，所述鹽巖溶腔夾層垮塌模擬試驗裝置還包括控制終端，
[0017]所述控制電路上還設有通信接口，所述控制電路通過所述通信接口能夠與所述控制終端實現通信。
[0018]作為優選，所述控制終端選自PC、工控機、單片機、手持終端中的一種或者幾種。
[0019]作為優選，所述通液管路包括第一段軟管、直徑轉換器、第二段軟管、剛性管，
[0020]所述第一段軟管的一端密封連接于所述閥門，
[0021 ]所述直徑轉換器包括大直徑端和小直徑端，所述大直徑端密封連接于所述第一段軟管的另一端，所述小直徑端密封連接于所述第二段軟管的一端，所述剛性管的一端密封連接于所述第二段軟管的另一端，所述剛性管的另一端通過所述通孔通入所述模擬巖腔。
[0022]作為優選，所述鹽溶液為飽和食鹽水。
[0023]作為優選，所述鹽巖溶腔夾層垮塌模擬試驗裝置還包括壓力傳感器、示波器，
[0024]所述壓力傳感器用于檢測處于所述模擬巖腔內的鹽溶液的壓強，
[0025]所述示波器用于顯示所述壓強的波形圖，當所述波形圖突然跌落時，觸發所述常閉型電磁閥的控制電路失電，使所述常閉型電磁閥關閉。
[0026]為了達到上述第二個目的，本發明提供的鹽巖溶腔夾層垮塌模擬試驗方法的技術方案如下:
[0027]本發明提供的鹽巖溶腔夾層垮塌模擬試驗方法基于本發明提供的鹽巖溶腔夾層垮塌模擬試驗裝置而實現，所述鹽巖溶腔夾層垮塌模擬試驗方法包括以下步驟:
[0028]通過所述通液管路向所述模擬巖腔內注入所述鹽溶液，直至所述鹽溶液的界面到達與所述夾層底面持平的位置；
[0029]繼續向所述模擬巖腔內注入所述鹽溶液，使所述夾層承受的壓強增大，直至所述夾層發生垮塌。
[0030]本發明提供的鹽巖溶腔夾層垮塌模擬試驗方法還可采用以下技術措施進一步實現。
[0031]作為優選，在所述夾層發生垮塌后，還包括關閉所述閥門的步驟。
[0032]作為優選，所述常閉型電磁閥的開啟是通過使所述常閉型電磁閥的控制電路得電而實現的。
[0033]作為優選，所述常閉型電磁閥的關閉是通過使所述常閉型電磁閥的控制電路失電而實現的。
[0034]本發明提供的鹽巖溶腔夾層垮塌模擬試驗裝置包括第一容器、第二容器、夾層、鹽溶液、通液管路、閥門，第一容器內部設有容置腔，鹽溶液盛裝于容置腔內；夾層設置于第二容器內部，使得第二容器在處于夾層底部形成模擬巖腔，夾層上設有通孔;通液管路的一端連接于第一容器，通液管路的另一端通過通孔通入模擬巖腔內，容置腔與模擬巖腔之間通過通液管路連通；閥門設置于通液管路上，用于控制通液管路的連通或者截止。應用時，通過通液管路向模擬巖腔內注入鹽溶液，直至鹽溶液的界面到達與夾層底面持平的位置;繼續向模擬巖腔內注入鹽溶液，使夾層承受的壓強增大，直至夾層發生垮塌。其能夠對鹽巖溶腔夾層垮塌情況進行試驗模擬，因此，能夠給實際施工帶來啟發。
【附圖說明】
[0035]通過閱讀下文優選實施方式的詳細描述，各種其他的優點和益處對于本領域普通技術人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優選實施方式的目的，而并不認為是對本發明的限制。而且在整個附圖中，用相同的參考符號表示相同的部件。在附圖中:
[0036]圖1為本發明實施例一提供的鹽巖溶腔夾層垮塌模擬試驗裝置的結構原理圖；
[0037]圖2為圖1中A部分的局部放大示意圖；
[0038]圖3為圖1中B部分的局部放大不意圖；
[0039]圖4為本發明實施例三提供的鹽巖溶腔夾層垮塌模擬試驗裝置的結構原理圖；
[0040]圖5為本發明實施例四提供的鹽巖溶腔夾層垮塌模擬試驗裝置的結構原理圖；
[0041 ]圖6為本發明施例五提供的鹽巖溶腔夾層垮塌模擬試驗方法的步驟流程圖。
【具體實施方式】
[0042]本發明為解決現有技術存在的問題，提供一種鹽巖溶腔夾層垮塌模擬試驗裝置及模擬試驗方法，其能夠對鹽巖溶腔夾層垮塌情況進行試驗模擬，因此，能夠給實際施工帶來啟發。從而更加適于實用。
[0043]為更進一步闡述本發明為達成預定發明目的所采取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對依據本發明提出的鹽巖溶腔夾層垮塌模擬試驗裝置及模擬試驗方法，其【具體實施方式】、結構、特征及其功效，詳細說明如后。在下述說明中，不同的“一實施例”或“實施例”指的不一定是同一實施例。此外，一或多個實施例中的特定特征、結構、或特點可由任何合適形式組合。
[0044]本文中術語“和/或”，僅僅是一種描述關聯對象的關聯關系，表示可以存在三種關系，例如，A和/SB，具體的理解為:可以同時包含有A與B，可以單獨存在A，也可以單獨存在B，能夠具備上述三種任一種情況。
[0045]實施例一
[0046]參見附圖1?3，本發明實施例一提供的鹽巖溶腔夾層垮塌模擬試驗裝置包括第一容器1、第二容器11、夾層8、鹽溶液2、通液管路4-7-6、閥門3。第一容器I內部設有容置腔10，鹽溶液2盛裝于容置腔10內。夾層8設置于第二容器11內部，使得第二容器11在夾層8底部形成模擬巖腔9，夾層8上設有通孔(圖中未標號)。通液管路4-7-6的一端連接于第一容器1，通液管路4-7-6的另一端通過通孔(圖中未標號)通入模擬巖腔9內，容置腔10與模擬巖腔9之間通過通液管路4-7-6連通。閥門3設置于通液管路4-7-6上，用于控制通液管路4-7-6的連通或者截止。
[0047]本發明實施例一提供的鹽巖溶腔夾層垮塌模擬試驗裝置包括第一容器1、第二容器11、夾層8、鹽溶液2、通液管路4-7-6、閥門3，第一容器I內部設有容置腔10，鹽溶液2盛裝于容置腔10內；夾層8設置于第二容器11內部，使得第二容器11在處于夾層8底部形成模擬巖腔9，夾層8上設有通孔(圖中未標號)；通液管路4-7-6的一端連接于第一容器I，通液管路4-7-6的另一端通過通孔(圖中未標號)通入模擬巖腔9內，容置腔10與模擬巖腔9之間通過通液管路4-7-6連通；閥門3設置于通液管路4-7-6上，用于控制通液管路4-7-6的連通或者截止。應用其能夠對鹽巖溶腔夾層8垮塌情況進行試驗模擬，因此，能夠給實際施工帶來啟發。
[0048]其中，通液管路4-7-6與第一容器I的連接孔設置于第一容器I底部。隨著鹽溶液2的深度逐漸加深，
[0049]其中，第二容器11的徑向截面直徑或者直徑當量不等。從而使得第二容器11與實際的鹽巖溶腔形狀更加接近。
[0050]其中，第二容器11包括一底板、多個直徑不等的管、多個直徑不等的環，最底部的管通過其底邊緣固定連接于底板，多個直徑不等的管、多個直徑不等的環之間粘結在一起。本實施例中，從底部到上部直徑大小依次為14cm圓板，14cm管(高度2cm)，外徑18內徑14圓環，直徑18cm管(高度2cm)，外徑22內徑18圓環，直徑22cm管(高度為2cm)，外徑26內徑22圓環，直徑26cm管(高度2cm)，外徑26內徑24圓環，直徑24cm管(高度4cm)，外徑24內徑22圓環，直徑22管(高度3cm)，外徑22內徑20圓環，直徑20管(高度3cm)，外徑20內徑18圓環，直徑18cm管(高度4cm)，外徑18內徑16圓環，直徑16cm管(高度2cm)，外徑16內徑14圓環，直徑14管(高度2cm)，外徑14內徑8圓環，直徑1cm管(高度2cm)，外徑10內徑6圓環，直徑6cm管(高度2cm)，外徑6內徑4圓環，直徑4cm管(高度2cm)，外徑4內徑2圓環，直徑2cm管(高度2cm)，各部位層次連接用環氧樹脂膠緊密粘結。本實施例中，夾層8材料取自工程實際，將夾層8打磨成直徑9cm高度lcm，通孔(圖中未示出)鉆去直徑為1.5cm的形狀，夾層8放入模擬巖腔9上部直徑1cm管內，下部有外徑14cm內徑8cm的圓環做支撐，夾層8和管之間的空隙用環氧樹脂膠填充從而將夾層8固定在模擬巖腔9中。
[0051]其中，第一容器I和/或第二容器11由透明材質制成。從而能夠在試驗過程中對第一容器1、第二容器11進行觀察。本實施例中，選用的透明材質為亞克力。
[0052]其中，通液管路4-7-6包括第一段軟管4、直徑轉換器5、第二段軟管7、剛性管6。第一段軟管4的一端密封連接于閥門6。直徑轉換器5包括大直徑端和小直徑端，大直徑端密封連接于第一段軟管4的另一端，小直徑端密封連接于第二段軟管7的一端，剛性管6的一端密封連接于第二段軟管7的另一端，剛性管6的另一端通過通孔(圖中未標號)通入模擬巖腔9。本實施例中，鋼芯管6直徑為6mm，第二段軟管7直徑為4mm，第一段軟管直徑為I cm。本實施例中，剛性管6深入模擬巖腔9底部，將第一容器I置于高處以使其和模擬鹽腔9有一高度差，從而可以保證供水裝置可以供水。
[0053]其中，鹽溶液2為飽和食鹽水。其原因之一是食鹽水廉價易得；其原因之二是應用飽和食鹽水能夠避免其繼續對第一容器I和第二容器11的材質進行溶解。
[0054]實施例二
[0055]作為本發明實施例一提供的鹽巖容腔夾層垮塌模擬試驗裝置中應用的發明的一種具體的實現方式，閥門3為常閉型電磁閥，常閉型電磁閥上設有控制電路(圖中未示出)，當控制電路(圖中未示出)得電時，常閉型電磁閥開啟。其與手動閥門相比，控制更加方便。
[0056]實施例三
[0057]參見附圖4，在本發明實施例二提供的鹽巖容腔夾層垮塌模擬試驗裝置的基礎上進行改進，在本發明實施例三提供的鹽巖溶腔夾層垮塌模擬試驗裝置中，還包括控制終端。控制電路(圖中未示出)上還設有通信接口，控制電路(體中未示出)通過通信接口能夠與控制終端實現通信。本實施例中，控制終端選自PC、工控機、單片機、手持終端中的一種或者幾種。從而實現對該常閉型電磁閥開啟的自動控制。
[0058]實施例四
[0059]參見附圖5，在本發明實施例三提供的鹽巖容腔夾層垮塌模擬試驗裝置的基礎上進行改進，在本發明實施例四提供的鹽巖溶腔夾層垮塌模擬試驗裝置中，還包括壓力傳感器、示波器。壓力傳感器用于檢測處于模擬巖腔內的鹽溶液的壓強。示波器用于顯示壓強的波形圖，當波形圖突然跌落時，觸發常閉型電磁閥的控制電路失電，使常閉型電磁閥關閉。從而實現該常閉型電磁閥關閉的自動控制。
[0060]實施例五
[0061]參見附圖6，本發明實施例五提供的鹽巖溶腔夾層垮塌模擬試驗方法基于本發明實施例一?四中任一提供的鹽巖溶腔夾層垮塌模擬試驗裝置而實現，該鹽巖溶腔夾層垮塌模擬試驗方法包括以下步驟:
[0062]步驟S1:通過通液管路向模擬巖腔9內注入鹽溶液2，直至鹽溶液2的界面到達與夾層8底面持平的位置。
[0063]步驟S2:繼續向模擬巖腔9內注入鹽溶液2，使夾層8承受的壓強增大，直至夾層8發生垮塌。
[0064]本發明實施例五提供的鹽巖溶腔夾層垮塌模擬試驗方法在應用時，通過通液管路4-7-6向模擬巖腔9內注入鹽溶液2，直至鹽溶液2的界面到達與夾層8底面持平的位置;繼續向模擬巖腔9內注入鹽溶液2，使夾層8承受的壓強增大，直至夾層8發生垮塌。其能夠對鹽巖溶腔夾層8垮塌情況進行試驗模擬，因此，能夠給實際施工帶來啟發。
[0065]其中，在夾層8發生垮塌后，還包括關閉閥門3的步驟。從而避免已經垮塌的夾層8繼續被新引入的鹽溶液3的形態造成影響。
[0066]實施例六
[0067]其中，當鹽巖容腔夾層8垮塌模擬試驗裝置為本發明實施例二或三提供的鹽巖容腔夾層8垮塌模擬試驗裝置時，常閉型電磁閥的開啟是通過使常閉型電磁閥的控制電路得電而實現的。從而實現對該常閉型電磁閥開啟的自動控制。
[0068]實施例七
[0069]其中，當鹽巖容腔夾層垮塌模擬試驗裝置為本發明實施例四提供的鹽巖容腔夾層8垮塌模擬試驗裝置時，常閉型電磁閥的關閉是通過使常閉型電磁閥的控制電路失電而實現的。從而實現該常閉型電磁閥關閉的自動控制。
[0070]盡管已描述了本發明的優選實施例，但本領域內的技術人員一旦得知了基本創造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權利要求意欲解釋為包括優選實施例以及落入本發明范圍的所有變更和修改。
[0071]顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和范圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
【主權項】
1.一種鹽巖溶腔夾層垮塌模擬試驗裝置，其特征在于，包括第一容器、第二容器、夾層、鹽溶液、通液管路、閥門， 所述第一容器內部設有容置腔，所述鹽溶液盛裝于所述容置腔內； 所述夾層設置于所述第二容器內部，使得所述第二容器在所述夾層底部形成模擬巖腔，所述夾層上設有通孔； 所述通液管路的一端連接于所述第一容器，所述通液管路的另一端通過所述通孔通入所述模擬巖腔內，所述容置腔與所述模擬巖腔之間通過所述通液管路連通； 所述閥門設置于所述通液管路上，用于控制所述通液管路的連通或者截止。2.根據權利要求1所述的鹽巖溶腔夾層垮塌模擬試驗裝置，其特征在于，所述通液管路與所述容器的連接孔設置于所述第一容器底部。3.根據權利要求1所述的鹽巖溶腔夾層垮塌模擬試驗裝置，其特征在于，所述第二容器的徑向截面直徑或者直徑當量不等； 作為優選，所述第二容器包括一底板、多個直徑不等的管、多個直徑不等的環，最底部的管通過其底邊緣固定連接于所述底板，所述多個直徑不等的管、多個直徑不等的環之間粘結在一起。4.根據權利要求1所述的鹽巖溶腔夾層垮塌模擬試驗裝置，其特征在于，所述第一容器和/或第二容器由透明材質制成。5.根據權利要求1所述的鹽巖溶腔夾層垮塌模擬試驗裝置，其特征在于，所述閥門為常閉型電磁閥，所述常閉型電磁閥上設有控制電路，當所述控制電路得電時，所述常閉型電磁閥開啟； 作為優選，所述鹽巖溶腔夾層垮塌模擬試驗裝置還包括控制終端， 所述控制電路上還設有通信接口，所述控制電路通過所述通信接口能夠與所述控制終端實現通信； 作為優選，所述控制終端選自PC、工控機、單片機、手持終端中的一種或者幾種。6.根據權利要求1所述的鹽巖溶腔夾層垮塌模擬試驗裝置，其特征在于，所述通液管路包括第一段軟管、直徑轉換器、第二段軟管、剛性管， 所述第一段軟管的一端密封連接于所述閥門， 所述直徑轉換器包括大直徑端和小直徑端，所述大直徑端密封連接于所述第一段軟管的另一端，所述小直徑端密封連接于所述第二段軟管的一端，所述剛性管的一端密封連接于所述第二段軟管的另一端，所述剛性管的另一端通過所述通孔通入所述模擬巖腔。7.根據權利要求1所述的鹽巖溶腔夾層垮塌模擬試驗裝置，其特征在于，所述鹽溶液為飽和食鹽水。8.根據權利要求5所述的鹽巖溶腔夾層垮塌模擬試驗裝置，其特征在于，還包括壓力傳感器、示波器， 所述壓力傳感器用于檢測處于所述模擬巖腔內的鹽溶液的壓強， 所述示波器用于顯示所述壓強的波形圖，當所述波形圖突然跌落時，觸發所述常閉型電磁閥的控制電路失電，使所述常閉型電磁閥關閉。9.一種鹽巖溶腔夾層垮塌模擬試驗方法，其特征在于，所述鹽巖溶腔夾層垮塌模擬試驗方法基于權利要求1?8中任一所述的鹽巖溶腔夾層垮塌模擬試驗裝置而實現，所述鹽巖溶腔夾層垮塌模擬試驗方法包括以下步驟: 通過所述通液管路向所述模擬巖腔內注入所述鹽溶液，直至所述鹽溶液的界面到達與所述夾層底面持平的位置； 繼續向所述模擬巖腔內注入所述鹽溶液，使所述夾層承受的壓強增大，直至所述夾層發生垮塌。10.根據權利要求9所述的鹽巖溶腔夾層垮塌模擬試驗方法，其特征在于，在所述夾層發生垮塌后，還包括關閉所述閥門的步驟； 作為優選，所述鹽巖溶腔夾層垮塌模擬試驗裝置為權利要求5所述的鹽巖溶腔夾層垮塌模擬試驗裝置，所述常閉型電磁閥的開啟是通過使所述常閉型電磁閥的控制電路得電而實現的； 作為優選，所述鹽巖溶腔夾層垮塌模擬試驗裝置為權利要求8所述的鹽巖溶腔夾層垮塌模擬試驗裝置，所述常閉型電磁閥的關閉是通過使所述常閉型電磁閥的控制電路失電而實現的。
【文檔編號】G01N33/24GK105911253SQ201610344013
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月23日
【發明人】尹洪武, 楊春和, 馬洪嶺
【申請人】中國科學院武漢巖土力學研究所