岩石溶腔建造模拟试验装置

摘要

本发明公开了一种岩石溶腔建造模拟试验装置，其结构主要包括保温箱体和设置在保温箱体内的压力腔室，所述保温箱体由壳体和设置在壳体内壁上的保温层构成，所述压力腔室由腔室体和固定安装在腔室体上的腔室盖构成，腔室内设计有用于悬空安放建造溶腔的岩石块试件的支架，在压力腔室的腔室壳体上安装有用于在岩石试件周围形成围压的围压液进出接管、输送在试件岩石块体内形成溶腔的溶解液进出管和用于排出压力腔室内空气及通过连接压力气将压力腔室内的围压液迅速排出的气体进出管孔，腔室体外设置有用于加热试件岩石块的加热构件。本发明为开展地下岩石矿层溶腔建造实验，取得从理论上指导地下岩石矿层溶腔建造实践基础数据提供了有力工具。

权利要求

1.一种岩石溶腔建造模拟试验装置，其特征在于包括保温箱体(2)和设置在保温箱体内的压力腔室，所述保温箱体由壳体(3)和设置在壳体内壁上的保温层(4)构成，所述压力腔室由腔室体(10)和固定安装在腔室体上的腔室盖(5)构成，腔室内设计有用于悬空安放建造溶腔的岩石块试件(12)的支架，在压力腔室的腔室壳体上安装有用于在岩石试件周围形成围压的围压液进出接管(14)、输送在试件岩石块体内形成溶腔的溶解液进出管(16)和用于排出压力腔室内空气及通过连接压力气将压力腔室内的围压液迅速排出的气体进出管孔，腔室体外设置有用于加热试件岩石块的加热构件(9)，所述气体进出管孔配备有密封堵头(15)，所述腔室体(10)和腔室盖(5)通过位于腔室体上的环槽、与环槽匹配设计的卡环(18)和与卡环内环面相配合的定位环(19)固定安装在一起，所述卡环由至少四个装配结合面为平行面的环瓣构成。

2.根据权利要求1所述的岩石溶腔建造模拟试验装置，其特征在于，所述压力腔室通过腔室体上的悬挂结构和固定在保温箱体上的挂架(7)悬空设置在保温箱体内。

3.根据权利要求1所述的岩石溶腔建造模拟试验装置，其特征在于，所述支架为可调整岩石块试件悬空高度的支架，由上端固定安装在腔室盖(5)上不少于3根的调节杆(11)和固定安装在调节杆下端用于放置岩石块试件的托盘(13)构成。

4.根据权利要求3所述的岩石溶腔建造模拟试验装置，其特征在于，所述支架由上端固定安装在腔室盖(5)上的4根调节杆(11)和固定安装在调节杆下的托盘(13)构成，所述调节杆为螺纹调节伸缩套杆。

5.根据权利要求1所述的岩石溶腔建造模拟试验装置，其特征在于，所述腔室体(10)和腔室盖(5)通过匹配设计的位于腔室体(10)上的螺纹孔、腔室盖上的螺栓安装孔和螺栓固定安装在一起。

6.根据权利要求1至5之一所述的岩石溶腔建造模拟试验装置，其特征在于，所述输送在试件岩石块体内形成溶腔的溶解液进出管为同轴套管，套管的中心管道为溶解液的进入管或溶解后的混合液排出管，套管的环形管道为溶解后的混合液排出管或溶解液的进入管。

7.根据权利要求1至5之一所述的岩石溶腔建造模拟试验装置，其特征在于，所述输送在试件岩石块体内形成溶腔的溶解液进出管为两根独立的管，一根管为溶解液的进入管，另一根管为溶解后的混合液排出管。

8.根据权利要求1至5之一所述的岩石溶腔建造模拟试验装置，其特征在于，所述腔室体外设置的用于加热试件岩石块的加热构件(9)为加热电阻丝。

9.根据权利要求1至5之一所述的岩石溶腔建造模拟试验装置，其特征在于，所述保温箱体的壳体由壳体框架(8)和固定在壳体框架上的壳体盖板构成。

说明书

岩石溶腔建造模拟试验装置

技术领域

[0001] 本发明涉及地下岩石层溶腔建造技术，更为具体地说，是涉及一种岩石层溶腔建造模拟试验装置。

背景技术

[0002] 地壳中分布有大量盐岩和石灰岩矿层，这些岩层分布从地表到地下几千米不等。盐岩矿中氯化钠含量通常较高，故可通过把水注入地下盐岩矿中使盐岩溶解，然后把溶解后的卤水抽出，最终可在盐岩矿层中形成很大的溶腔。盐岩矿层中的溶腔目前已被广泛用于石油和天然气储存及废弃物存放。石灰岩矿层，由于石灰岩在一定条件下可以与溶有二氧化碳的水发生反应，因此可以将工业生产中产生的二氧化碳废气溶入水中，然后将溶入有二氧化碳的水注入石灰岩矿层中，在石灰岩矿层中建造溶腔。无论在盐岩矿层建造溶腔，还是在石灰岩矿层中建造溶腔，这些能用于溶腔建造的矿层通常都深埋于地下，都处于一定的温度和较高压力环境。目前岩石矿层中的溶腔建造，都是在没有基础数据和理论指导下进行的，建造过程具有很大的盲目性，因此在地下岩石矿层中建造溶腔的过程均非常缓慢，成本非常高。鉴于目前岩石矿层中溶腔建造缺乏基础数据和理论指导，通过试验获得相应的溶腔建造模拟试验基础数据，进而指导地下岩石矿层溶腔建造实践是非常迫切和必要的。要获得能够指导地下岩石矿层溶腔建造实践的数据，试验必须能够模拟地下岩石矿层中的环境温度和环境应力，以及溶腔的建造过程，否则所得到的试验数据不具有指导作用。
但目前能提供进行这样试验的试验设备比较匮乏，特别是开展大尺寸岩石试件溶腔建造模拟实验的试验设备，据发明人所知，目前还没有这样的试验设备问世。

发明内容

[0003] 针对地下岩石矿层溶腔建造技术的现状，本发明的目的旨在提供一种能够模拟地下岩石矿层溶腔建造环境的岩石溶腔建造试验装置，以开展地下岩石矿层溶腔建造试验，为从理论上指导地下岩石矿层溶腔建造实践提供基础数据。

[0004] 本发明提供的岩石溶腔建造模拟试验装置，其结构主要包括保温箱体和设置在保温箱体内的压力腔室，所述保温箱体由壳体和设置在壳体内壁上的保温层构成，所述压力腔室由腔室体和固定安装在腔室体上的腔室盖构成，腔室内设计有用于悬空安放建造溶腔的岩石块试件的支架，在压力腔室的腔室壳体上安装有用于在岩石试件周围形成围压的围压液进出接管、输送在试件岩石块体内形成溶腔的溶解液进出管和用于排出压力腔室内空气及通过压力气体将压力腔室内的围压液迅速排出的气体进出管孔，腔室体外设置有用于加热试件岩石块的加热构件，所述气体进出管孔配备有密封堵头。

[0005] 为了更好地实现本发明的目的，本发明还可进一步采取以下技术措施。以下各项技术措施可单独采取，也可组合采取，甚至一并采取。

[0006] 在本发明的上述技术方案中，所述压力腔室优先可考虑设计成通过腔室体上的悬挂结构和固定在保温箱体上的挂架悬空设置在保温箱体内。

[0007] 在本发明的上述技术方案中，所述支架最好为可调整岩石块试件悬空高度的支架，可优先设计成由上端固定安装在腔室盖上不少于3根的调节杆和固定安装在调节杆下端用于放置岩石块试件的托盘构成；进一步优先设计成由上端固定安装在腔室盖上的4根调节杆和固定安装在调节杆下的托盘构成，所述调节杆优先考虑采用螺纹调节伸缩套杆。

[0008] 在本发明的上述技术方案中，所述腔室体和腔室盖可采用螺栓固定在一起，即通过匹配设计的位于腔室体上的螺纹孔、腔室盖上的螺栓安装孔和螺栓将腔室体和腔室盖固定安装在一起。所述腔室体和腔室盖也可采用卡环结构固定在一起，即通过位于腔室体上的环槽、与环槽匹配设计的卡环和与卡环内环面相配合的定位环将腔室体和腔室盖固定安装在一起，所述卡环可由至少四个装配结合面为平行面的环瓣构成，优先采用由四个装配结合面为平行面的环瓣构成的卡环。

[0009] 在本发明的上述技术方案中，所述输送在试件岩石块体内形成溶腔的溶解液进出管可为套管，套管的中心管道可为溶解液的进入管或溶解后的混合液排出管，套管的环形管道可为溶解后的混合液排出管或溶解液的进入管；也可为两根独立的管，一根管为溶解液的进入管，另一根管为溶解后的混合液排出管。优先采用套管结构。

[0010] 在本发明的上述技术方案中，所述腔室体外设置的用于加热试件岩石块的加热构件优先采用加热电阻丝。

[0011] 在本发明的上述技术方案中，所述保温箱体的壳体最好设计成由壳体框架和固定在壳体框架上的壳体盖板构成。壳体采用这种设计，在保证试验装置强度前提下，可大大降低实验装置的重量和成本。

[0012] 本发明还采取了其他一些技术措施，如压力腔室的腔室体和腔室盖均设计有用于起吊的结构；将围压液进出接管设置在腔室体的室底；将溶解液进出管和气体进出管孔设置在腔室盖上。

[0013] 本发明特别设计的配备有密封堵头的气体进出管孔有两个作用，一是向压力室内注入围压液体时排出压力室内的空气；二是通过气体进出管孔向压力腔室内注入高压空气，从而把压力腔室内的围压液体迅速排出，并待压力室内的围压液体排出后释放压力室内的高压空气。

[0014] 本发明提供的岩石溶腔建造模拟试验装置，可用于在大尺寸岩石试件建造溶腔的模拟试验，在溶腔建造试验中，不仅可按真实矿层条件模拟矿层温度和矿层应力场，还可以模拟岩石矿层中的溶腔建造过程，探讨溶解液输入管出口和溶解混合液排出管进口布置与溶解液的利用效率的关系，取得指导地下岩石矿层溶腔建造实践的基础数据。本发明完全解决了现有技术由于模拟地下岩石矿层溶腔建造环境的岩石溶腔建造试验的试验装置匮乏，特别是没有能够开展大尺寸岩石试件溶腔建造模拟试验的试验设备，致使不能开展岩石溶腔建造模拟试验，进而无法提供用于从理论上指导地下岩石矿层溶腔建造实践的基础数据的难题。本发明的公开，填补了现有技术没有开展大尺寸岩石试件溶腔建造模拟实验设备的空白，大大促进了岩石溶腔建造技术的进步。

附图说明

[0015] 附图1是本发明模拟试验装置的一个实施例的整体结构示意图。

[0016] 附图2-1是附图1中模拟试验装置所述腔体盖的剖视结构示意图。

[0017] 附图2-2是附图2-1中腔体盖的俯视结构示意图。

[0018] 附图3是本发明模拟试验装置的另一个实施例的整体结构示意图。

[0019] 附图4-1是附图3中模拟试验装置中所述定位环的俯视结构示意图。

[0020] 附图4-2是附图4-1中所述定位环的剖视结构示意图。

[0021] 附图5-1是附图3中模拟试验装置所述卡环的俯视结构示意图。

[0022] 附图5-2是附图5-1中卡环的剖视结构示意图。

[0023] 附图6-1是附图3中模拟试验装置中所述腔体盖的俯视结构示意图。

[0024] 附图6-2是附图5-1中腔体盖的剖视结构示意图。

[0025] 附图7-1是用于本发明模拟试验装置的吊装设备主视图。

[0026] 附图7-2是用于本发明模拟试验装置的吊装设备俯视图。

[0027] 附图7-1是用于本发明模拟试验装置的吊装设备侧视图。

[0028] 在上述附图中，各图示标号标识的对象分别为：1-吊装设备架；2-保温箱体；3-壳体；4、保温层；5-腔室盖；6-密封圈；7-挂架；8-箱体框架；9-加热构件；10、腔室体；
11-调节杆；12-试件；13-托盘；14-围压液进出接管；15-密封堵头；16-溶解液进出管；
17-密封槽；18-卡环；19-定位环。

具体实施方式

[0029] 下面结合附图说明给出本发明的实施例，并通过实施例对本发明作进一步的说明，以便于更加容易地理解本发明。但需要特别指出的是，本发明的具体实施方式不限于下面实施例所描述的形式，所属领域的技术人员在不付出创造性劳动的情况下，还可很容易地设计出其他的具体实施方式，因此不应将下面给出的具体实施方式的实施例理解为本发明的保护范围，将本发明的保护范围限制在所给出的实施例。

[0030] 实施例1

[0031] 本实施例的岩石溶腔建造模拟试验装置，其结构如附图1、附图2-1和附图2-2所示，包括保温箱体2和压力腔室，压力腔室通过位于腔室体上的悬挂结构和固定在保温箱体上的挂架7悬空设置在保温箱体内。所述保温箱体由壳体3和设置在壳体内壁上的保温层4构成，其中保温箱体的壳体由壳体框架8和固定在壳体框架上的壳体盖板构成。所述压力腔室由腔室体10和固定安装在腔室体上的腔室盖5构成，腔室体10和腔室盖通过匹配设计的位于腔室体10上的螺纹孔、腔室盖上的安装孔和螺栓固定安装在一起。压力腔室内设计有用于悬空安放建造溶腔的岩石块试件12的支架，在压力腔室的腔室体底部安装有用于在岩石试件周围形成围压的围压液进出接管14，在腔室盖上安装有输送在试件岩石块体内形成溶腔的溶解液进出管16和用于排出压力腔室内空气及通过压力气体将压力腔室内的围压液迅速排出的气体进出管孔，所述气体进出管孔配备有密封堵头15，在腔室体外设置有用于加热试件岩石块的加热电阻丝9。所述支架为可调整岩石块试件悬空高度的支架，由上端固定安装在腔室盖5上的4根调节杆11和固定安装在调节杆下端用于放置岩石块试件的托盘13构成，所述调节杆为螺纹调节伸缩套杆。安装在腔室盖上的所述溶解液进出管16为同轴套管，套管的中心管道为溶解液的进入管，套管的夹套环形管道为溶解后的混合液排出管。腔室盖与腔室体相配合的圆柱面上设计有安置密封件6的密封槽17。

[0032] 实施例2

[0033] 本实施例的岩石溶腔建造模拟试验装置，其结构如附图3、附图4-1和附图4-2、附图5-1和附图5-2、附图6-1和附图6-2所示，与实施例1中的岩石溶腔建造模拟试验装置的结构基本相同，所不同的地方一是压力腔室的腔室盖5与腔室体10固定结构不同，二是溶解液进出管16的结构不同。在本实施例的岩石溶腔建造模拟试验装置中，腔室盖5与腔室体是通过腔室体上的环槽、与环槽匹配设计的卡环18和与卡环内环面相配合的定位环19固定安装在一起，所述卡环由四个装配结合面为平行面的环瓣构成。腔室盖与腔室体安装时，将腔室盖在腔室体端口安置到位后，先将两个只有一个切口配合面的卡环瓣置入到腔室体上的环槽内，置入到位后，再将两个有两个切口配合面的卡环瓣置入到腔室体上的环槽内，置入到位后，将卡环定位环19置入到卡环18内，即将腔室盖与腔室体固定安装在一起。本实施例的溶解液进出管16为两个独立设计的两根管，其中一根为溶解液的进入管，另一根为溶解后的混合液排出管。