具体实施方式

下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。

在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

如图1-4，在本申请实施例中，本发明提供了一种盐穴腔体形态测量方法，所述方法包括步骤：

S1：对盐穴搭建盐穴腔体形态测量系统；

在本申请实施例中，步骤S1中的对盐穴搭建盐穴腔体形态测量系统包括步骤：

准备具有互相连接的竖直部分和水平部分的通气管道和排卤管道；

将所述通气管道的竖直部分沿竖直方向埋入地下并与所述盐穴的主腔连通；

将所述排卤管道的竖直部分沿竖直方向埋入地下并与所述盐穴的副腔连通；

在所述通气管道的水平部分上靠近其竖直部分处安装压力变送器；

在所述通气管道的水平部分上远离其竖直部分处安装阀门；

在所述排卤管道的水平部分上安装流量计。

在本申请实施例中，盐穴如图2所示，盐穴位于地下，包括主腔、副腔和连接二者的水平腔。现在需对此盐穴进行盐穴腔体形态测量，首先需要对其搭建盐穴腔体形态测量系统。具体地，如图2所示，准备一根具有互相连接的竖直部分和水平部分的通气管道3和一根具有互相连接的竖直部分和水平部分的排卤管道4，将通气管道3的竖直部分沿竖直方向埋入地下并与所述盐穴的主腔连通，将排卤管道4的竖直部分沿竖直方向埋入地下并与所述盐穴的副腔连通，此时通气管道3和排卤管道4的水平部分设置于地面上，通气管道3和排卤管道4的竖直部分伸入地下且与地面垂直；接着在通气管道3的水平部分上靠近其竖直部分处安装压力变送器2，压力变送器2用于检测通气管道3中的压力；在通气管道3的水平部分上远离其竖直部分处安装阀门1，阀门1用于控制通气管道3的开启或者关闭；在排卤管道4的水平部分上安装流量计5，流量计5用于检测排卤管道4中经过流体的流量。

S2：获取所述盐穴腔体形态测量系统的系统参数；

在本申请实施例中，步骤S2中的获取所述盐穴腔体形态测量系统的系统参数包括步骤：

获取所述盐穴腔体形态测量系统中通气管道的内径；

获取所述盐穴腔体形态测量系统中通气管道竖直部分的长度；

获取所述盐穴腔体形态测量系统中排卤管道的内径；

获取所述盐穴腔体形态测量系统中排卤管道竖直部分的长度。

在本申请实施例中，当完成搭建盐穴腔体形态测量系统后，需要对盐穴腔体形态测量系统中的一些参数进行测量，用于后续步骤的计算。具体地，这些参数包括：通气管道3的内径d_气、通气管道3竖直部分的长度h₃、排卤管道4的内径d_卤、排卤管道4竖直部分的长度h₂。

S3：获取所述盐穴的注气排卤状态参数；

在本申请实施例中，步骤S3中的获取所述盐穴的注气排卤状态参数包括步骤：

开启所述盐穴腔体形态测量系统中阀门；

通过所述盐穴腔体形态测量系统中通气管道向所述盐穴的主腔中注气使所述主腔的液面与水平腔的腔顶位于同一水平面且副腔的液面位于地面高度处；

关闭所述阀门；

设置当前状态为初始状态；

获取所述盐穴腔体形态测量系统中压力变送器的第一压力值；

获取所述主腔的液面与地面之间的高度差。

如图2，在本申请实施例中，当获取所述盐穴的注气排卤状态参数时，具体地，首先开启阀门1，并通过通气管道3向所述盐穴的主腔中注气(通气管道3可以与空气压缩机连接)使所述主腔的液面与水平腔的腔顶位于同一水平面且副腔的液面位于地面高度处，然后关闭阀门1，此时设置当前状态为初始状态，压力变送器2的第一压力值为P₀₁，主腔的液面与地面之间的高度差为h₁。

S4：获取所述盐穴的排气状态参数；

在本申请实施例中，步骤S4中的获取所述盐穴的排气状态参数包括步骤：

开启所述盐穴腔体形态测量系统中阀门使所述盐穴的主腔和副腔的液面位于同一水平面；

设置当前状态为第一状态；

获取所述主腔的液面的第一上升高度；

获取所述盐穴腔体形态测量系统中压力变送器的第二压力值。

如图3，在本申请实施例中，当获取所述盐穴的排气状态参数时，具体地，在完成步骤S3中的步骤后，接着开启阀门1，此过程中主腔的液面(相对于初始状态)上升，副腔中的液面(相对于初始状态)下降，当排气结束后，主腔和副腔中的液面位于同一水平面，此时设置当前状态为第一状态，相对于步骤S3中的初始状态，第一状态时的主腔中的液面上升，上升高度(第一上升高度)为H₁₁，副腔中的液面下降，下降高度为排卤管道4竖直部分的长度h₂与副腔的高度H₁₂之和，此时压力变送器2的读数为P₁₁(第二压力值)，主腔内液面上升对应的卤水体积为V₁，副腔内气体所占的体积为V₀，排卤管道4内气体所占体积为V₂。

S5：获取所述盐穴的注卤状态参数；

在本申请实施例中，步骤S5中的获取所述盐穴的注卤状态参数包括步骤：

关闭所述盐穴腔体形态测量系统中阀门；

通过所述盐穴腔体形态测量系统中排卤管道向所述盐穴的副腔中注入饱和卤水使所述排卤管道的液面位于地面高度处；

设置当前状态为第二状态；

获取通过所述排卤管道注入的饱和卤水总体积；

获取所述主腔的液面的第二上升高度；

获取所述饱和卤水的密度；

获取所述盐穴的主腔内气体体积。

如图4，在本申请实施例中，当获取所述盐穴的注卤状态参数时，具体地，在完成步骤S4中的步骤后，接着关闭阀门1，使主腔处于封闭状态，并通过排卤管道4向所述盐穴的副腔中注入饱和卤水，待所述排卤管道4的液面位于地面高度处时停止注卤，注卤过程注入卤水的总体积为V_注(通过流量计5测量)，将注卤过程完成后的状态标记为第二状态，相对于第一状态,第二状态的主腔中液面上升，上升高度(第二上升高度)为H₂₁,副腔中的液面上升，上升高度为排卤管道4竖直部分的长度h₂与副腔的高度H₁₂之和。第二状态中压力变送器2的读数为P₂₁(第三压力值)，主腔内上升的卤水所占体积为V₃，主腔内气体所占体积V₄，通气管道3中气体所占的体积为V₅。

S6：根据所述系统参数、所述注气排卤状态参数、所述排气状态参数和所述注卤状态参数测量所述盐穴的腔体形态。

在本申请实施例中，步骤S6中的根据所述系统参数、所述注气排卤状态参数、所述排气状态参数和所述注卤状态参数测量所述盐穴的腔体形态包括步骤：

获取所述系统参数中的通气管道的内径、通气管道竖直部分的长度、排卤管道的内径和排卤管道竖直部分的长度；

获取所述注气排卤状态参数中的压力变送器的第一压力值和高度差；

获取所述排气状态参数中的第一上升高度和第二压力值；

获取所述注卤状态参数中的饱和卤水总体积、第二上升高度、密度和主腔内气体体积；

根据所述饱和卤水总体积、所述第一压力值、所述第二压力值、所述密度、所述第一上升高度、所述第二上升高度、所述主腔内气体体积、所述通气管道的内径、所述通气管道竖直部分的长度、所述排卤管道的内径和所述排卤管道竖直部分的长度计算所述盐穴的副腔的体积；

根据所述高度差、所述排卤管道竖直部分的长度和所述第一上升高度计算第一状态时所述副腔的高度；

根据所述副腔的体积和所述副腔的高度计算所述副腔的平均有效横截面积。

在本申请实施例中，当获取系统参数、注气排卤状态参数、排气状态参数和注卤状态参数后，可以利用各参数测量所述盐穴的腔体形态。具体步骤如下：

在初始状态和第二状态时，副腔一侧的排卤管道4中的液面高度一致，均位于地面处，且腔内卤水处于静止状态，则在初始状态和第二状态时压力变送器2压力值相同，均为P₀₁，可以得到下式：

P₂₁+ρ_卤水g(H₁₁+H₂₁)＝P₀₁＝P₀+ρ_卤水gh₁； (1)

其中，ρ为卤水的密度，取1200kg/m3；g为重力加速度，取9.8；P0为1标准大气压，取0.1MPa。对式(1)整理后可得下式：

主腔中各深度处的横截面已知，以地面为深度零点向下绘制主腔的深度-横截面积对照表，可以通过累积求和的方法求出第二状态时主腔内气体所占体积V₄，通气管道3中气体所占的体积V₅可由下式(3)求得：

其中，d_气为通气管道3的内径，是已知量；h₃为通气管道3竖直部分的长度，是已知量。

在由第一状态到第二状态的注卤过程中，通气管道3封闭，因此此过程中主腔和通气管道3内的气体的量相等；注卤过程控制注卤速度，使腔内温度保持T0稳定，根据理想气体状态方程，可得：

P₁₁(V₃+V₄+V₅)＝P₂₁(V₄+V₅)； (4)

通过整理，可得注卤过程主腔内液面上升部分对应的卤水所占体积V3为：

注卤过程注入的卤水填补了第一状态中副腔和排卤管道4内总体积为V₁的空腔，并且使主腔内的液面上升，液面上升部分卤水所占的体积为V₃，可以得到下式：

V₁＝V_注卤-V₃； (6)

第一状态中主腔内液面上升部分卤水所占体积V₁为副腔和排卤管道4中的气体所占体积之和，则副腔的体积可由下式(7)求得：

V₀＝V₁-V₂； (7)

其中，排卤管道4中气体的体积可由下式(8)求得：

式中，d_卤为排卤管道4的内径，是已知量；h₂为排卤管道4竖直部分的长度，是已知量。

根据式(6)可得到排气过程主腔内液面上升部分卤水所占的体积V₁，参考主腔部分的深度-横截面积对照表可以利用体积累积方法计算得到放气过程主腔内液面上升的高度H₁₁(第一上升高度)，则第一状态中副腔内气体所占空间的高度H₁₂可由式(9)计算得到：

H₁₂＝h₁-h₂-H₁₁； (9)

第一状态中副腔内气体所占空间的体积和高度可由式(7)和(9)计算得到，则可利用式(10)对副腔的平均有效横截面积进行计算，公式如下：

其中，A表示所述副腔的平均有效横截面积，V₀表示所述副腔的体积，H₁₂表示所述副腔的高度。

同时，对式(1)-(8)进行简化可以得到副腔的体积的表达式为：

其中，V₀表示所述副腔的体积，V_注表示所述饱和卤水总体积，P₀₁表示所述第一压力值，ρ表示所述密度，g表示重力加速度，H₁₁表示所述第一上升高度，H₂₁表示所述第二上升高度，P₁₁表示所述第二压力值，V₄表示所述主腔内气体体积，d_气表示所述通气管道的内径，h₃表示所述通气管道竖直部分的长度，d_卤表示所述通气管道的内径，h₂表示所述排卤管道竖直部分的长度，π表示圆周率常数。

在本申请实施例中，所述副腔的高度的表达式为：

H₁₂＝h₁-h₂-H₁₁；

其中，H₁₂表示所述副腔的高度，h₁表示所述高度差，h₂表示所述排卤管道竖直部分的长度，H₁₁表示所述第一上升高度。

本申请提供的一种盐穴腔体形态测量方法，巧妙地利用盐穴状态转换时压力恒定的特性，从而推导出副腔的平均有效横截面积，解决了现有技术中缺乏有效测量地下盐穴的腔体体积和形态的可行方法，从而导致无法估算盐穴腔体体积、无法计算腔体有效横截面积和无法分析腔体稳定性等技术问题；此测量方法不受腔体中沉渣的影响，可对有沉渣堆积部分腔体的体积和有效截面积进行测量，具有操作便捷、成本低廉，且不受腔体形态限制的优势。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

总之，以上所述仅为本发明技术方案的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。