一种模拟地热尾水回灌路径的装置及其使用方法制造方法及图纸

一种模拟地热尾水回灌装置及其使用方法，包括装有清水的注水罐和装有着色液的注水罐分别通过第一阀门、第二阀门连接三通导管的第一、第二接口，三通导管的第三接口连接缓冲室、水泵入口，第一质量流量计入口，注水钢管，注水钢管穿过加压器一侧底板，加压器另一侧穿过取水钢管，取水钢管通过导管连接第二质量流量计、取水泵入，取水泵出口通过导管连接带有第四阀门的排水管相接，排水管伸入烧杯内部；加压器放置在模拟室内部，加压器的下方铺设透明石英珠层；透明石英珠层内铺设多个刚性透明网；使用时，观测着色液在模拟室内的运移情况，模拟地热尾水的回灌路径；本发明专利技术具有在小尺度范围内模拟地热尾水运移过程，间接预测地热尾水的回灌路径的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种模拟地热尾水回灌路径的装置及其使用方法
本专利技术涉及地热勘探开发
，特别涉及一种模拟地热尾水回灌路径的装置及其使用方法。
技术介绍
地热资源是一种储量大、效率高、稳定性好的清洁可再生能源，对于节能减排、应对全球变暖、治理雾霾具有重大意义。然而，随着地热资源的不断开发，局部地区已出现地下水位明显下降的趋势，严重影响了当地水资源的供应保证，制约了水热资源的进一步开采。为了促进地热资源的可循环使用，部分省市已开展地热尾水回灌工作，并已在恢复地下水位方面起到了积极、显著的效果。然而，由于地下沉积构造环境复杂，尾水注入后在地下的运移路径难以直接观测与预测，严重制约了地热回灌井前期设计的合理性与准确性。目前主要存在地热尾水示踪、数值模拟等几种手段对尾水回灌进行预测。地热尾水示踪手段主要是通过向回灌井注入一定量的示踪剂，并通过在一定周期内对周围地热井进行取样检测，以达到回灌预测的目的。但是，尾水示踪手段需建立在已钻回灌井的基础上，严格意义上仅属于后期评价；同时尾水示踪周期通常多达数月甚至数年，不能及时有效地为下一步回灌井设计提供数据支撑。利用数值模拟手段也可对地下流体运移路径进行预测，但数值模拟参数设置受人为影响较大，且实际流体运移特征与力学理论也存在显著差异，因此预测结果与实际情况往往差距较大。由于地下地质条件复杂，尚未形成合适的实验室装置以对实际地质背景、地下水分布与地热特征进行有效模拟，更不用说对地热尾水回灌路径的合理预测。尽管少数学者已提出实验模拟装置的初步设想，但尚未形成实际的模拟系统，也未详细描述具体的装置组合。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种模拟地热尾水回灌路径的装置，能够通过观测并记录着色液在模拟室内的运移情况，以达到模拟地热尾水回灌路径的目的。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是：一种模拟地热尾水回灌装置，包括装有清水的注水罐1和装有着色液的注水罐5，装有清水的注水罐1和装有着色液的注水罐5分别通过第一阀门3、第二阀门7连接三通导管8的第一、第二接口，三通导管8的第三接口连接缓冲室9进水端，缓冲室9出水端通过带有第三阀门11的导管连接注水泵13入口，注水泵13出口通过导管连接第一质量流量计15入口，质量流量计15的出口通过导管连接注水钢管18，注水钢管18穿过加压器34一侧底板，加压器34另一侧穿过取水钢管23；注水钢管18和取水钢管23分别对称设置在加压器34的左右两侧，注水钢管18和取水钢管23伸入到模拟室24内部铺设透明石英珠层20内；取水钢管23通过导管连接第二质量流量计27的进口，第二质量流量计27出口通过导管连接取水泵29入口，取水泵29出口通过导管连接带有第四阀门31的排水管32相接，排水管32伸入烧杯33内部；加压器34放置在模拟室24内部，加压器34的下方铺设透明石英珠层20；透明石英珠层20内铺设多个刚性透明网21。进一步的，所述的加压器34顶部外接测力计35。进一步的，所述的模拟室24正面放置摄录装置36。进一步的，所述的注水钢管18与取水钢管23的管底分别蒙上塑料滤网。一种模拟地热尾水回灌装置的使用方法，其步骤为：步骤一：获取实测数据，建立地质模型：在运行模拟装置前，需搜集研究区地层岩性、岩层埋藏深度d及厚度t、岩石孔隙度φ及渗透率k、地下水位高度h、断裂展布特征、断裂产状等地质数据；同时，也需搜集计划模拟地区内主要地热钻井位置、钻探深度dw、钻孔直径φw、回灌流量Qwo、出水流量Qwi、温度tw及压力Pw等地热勘探参数，并据此构建地热地质模型；步骤二：依据地质模型，在模拟室24内构建模拟装置模型：根据步骤一采集的信息，选取模拟室24的尺寸，粒度较大、孔渗条件较好的地层可用大尺寸石英珠布设，而粒度较小、孔渗条件较差的地层则可用小尺寸石英珠布设，石英珠与刚性透明网21设置完毕后，在其上部缓慢放置加压器34，以暂时固定透明石英珠层20，并在加压器34上部安装测力计35；步骤三：设置注水钢管18与取水钢管23根据实际回灌井与取热井的相对位置、深度dw与钻孔直径φw，取长度与直径的注水钢管18与取水钢管23并插入透明石英珠层20；步骤四，装配着色液；装有清水的注水罐1和装有着色液的注水罐5分别装有清水和着色液；步骤五：组装实验仪器：注水泵13流向应与第一质量流量计15一致，取水泵29流向应与第二质量流量计27一致；导管、注水钢管18之间以及导管、取水钢管之间应分别利用固定阀做固定连接处理并密封；在模拟室24正面平行放置摄录装置36；步骤六：利用加压器34施加垂向压力，模拟地层压力：依据实际地层压力P地，利用加压器34按比例向模拟室24内施加垂向稳定压力，所施加压力大小可通过测力计35测量；步骤七，启动注水泵13与取水泵29，试运行模拟装置：打开第一阀门3、第三阀门11与第四阀门31，将加热后的清水通过测第一温计2测温并达到预计温度后，注入后续仪器，启动注水泵13和取水泵29，并将泵内动力调至低值，观察注入清水是否在模拟地层20内流动顺畅、压力计35示数是否稳定正常，在模拟装置稳定运行后，逐渐调增注水泵13和取水泵29动力，直至第一质量流量计15与第二质量流量计27内的流量数据与按比例调整后的实际注水、取水流量一致，；步骤八：注入着色液，观测着色液在模拟室24内的运移情况，并记录：待模拟室24内水位与按比例换算后的实际水位接近一致后，关闭第一阀门3，启动摄录装置36，三通导管8的第三接口、缓冲室9进水端、注水泵13和第一流量计15内残余清水基本排尽后，取水泵29内运行动力，观测着色液在模拟室24内的运移情况，模拟地热尾水的回灌路径。所述的装有清水的注水罐1和装有着色液的注水罐5分别外接第一测温计2和第二测温计6，所述的第一测温计2和第二测温计6的量程均为0-100℃，测量精度为1℃；所述的第一质量流量计15与第二质量流量计27的流量测试范围为0-1000ml/min，耐压1.0MPa；注水泵13和取水泵29提供0-1.0MPa范围内的注水/取水动力，调节精度为0.01MPa；透明石英珠层20中明石英珠的直径由下至上分别为1mm、2mm、5mm、10mm和20mm，耐压强度为1.0MPa。本专利技术的有益效果是：(1)能够提供一种实验室模拟地热尾水回灌路径的装置，为回灌井的设计与施工提供可靠的实验室数据。(2)能够利用实验模拟手段，分析不同沉积岩性组合、不同孔渗条件、不同断裂展布情况等对地热尾水回灌的影响。(3)能够通过调节注水泵和取水泵动力的大小，研究不同回灌和取热速率对地热尾水回灌路径的影响。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。具体实施方式下面结合参考附图和实施例详细说明本专利技术实施方式。参照图1，一种模拟地热尾水回灌装置，包括装有清水的注水罐1和装有着色液的注水罐5，装有清水的注水罐1和装有着色液的注水罐5分别通过第一阀门3、第二阀门7连接三通导管8的第一、第二接口，三通导管8的第三接口连接缓冲室9进水端，缓冲室9出水端通过带有第三阀门11的导管连接注水泵13入口，注水泵13出口通过导管连接第一质量流量计15入口，质量流量计15的出口通过导管连接注水钢管18，注水钢管18穿过加压器34一侧底板，加压器34另一侧穿过取水钢管23；注水钢本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟地热尾水回灌装置，其特征在于，包括装有清水的注水罐(1)和装有着色液的注水罐(5)，装有清水的注水罐(1)和装有着色液的注水罐(5)分别通过第一阀门(3)、第二阀门(7)连接三通导管(8)的第一、第二接口，三通导管(8)的第三接口连接缓冲室(9)进水端，缓冲室(9)出水端通过带有第三阀门(11)的导管连接注水泵(13)入口，注水泵(13)出口通过导管连接第一质量流量计(15)入口，质量流量计(15)的出口通过导管连接注水钢管(18)，注水钢管(18)穿过加压器(34)一侧底板，加压器(34)另一侧穿过取水钢管(23)；注水钢管(18)和取水钢管(23)分别对称设置在加压器34的左右两侧，注水钢管(18)和取水钢管(23)伸入到模拟室(24)内部铺设透明石英珠层(20)内；取水钢管(23)通过导管连接第二质量流量计(27)的进口，第二质量流量计(27)出口通过导管连接取水泵(29)入口，取水泵(29)出口通过导管连接带有第四阀门(31)的排水管(32)相接，排水管(32)伸入烧杯(33)内部；加压器(34)放置在模拟室(24)内部，加压器(34)的下方铺设透明石英珠层(20)；透明石英珠层(20)内铺设多个刚性透明网(21)。...

【技术特征摘要】
1.一种模拟地热尾水回灌装置，其特征在于，包括装有清水的注水罐(1)和装有着色液的注水罐(5)，装有清水的注水罐(1)和装有着色液的注水罐(5)分别通过第一阀门(3)、第二阀门(7)连接三通导管(8)的第一、第二接口，三通导管(8)的第三接口连接缓冲室(9)进水端，缓冲室(9)出水端通过带有第三阀门(11)的导管连接注水泵(13)入口，注水泵(13)出口通过导管连接第一质量流量计(15)入口，质量流量计(15)的出口通过导管连接注水钢管(18)，注水钢管(18)穿过加压器(34)一侧底板，加压器(34)另一侧穿过取水钢管(23)；注水钢管(18)和取水钢管(23)分别对称设置在加压器34的左右两侧，注水钢管(18)和取水钢管(23)伸入到模拟室(24)内部铺设透明石英珠层(20)内；取水钢管(23)通过导管连接第二质量流量计(27)的进口，第二质量流量计(27)出口通过导管连接取水泵(29)入口，取水泵(29)出口通过导管连接带有第四阀门(31)的排水管(32)相接，排水管(32)伸入烧杯(33)内部；加压器(34)放置在模拟室(24)内部，加压器(34)的下方铺设透明石英珠层(20)；透明石英珠层(20)内铺设多个刚性透明网(21)。2.根据权利要求1所述的一种模拟地热尾水回灌装置，其特征在于，所述的加压器(34)顶部外接测力计(35)。3.根据权利要求1所述的一种模拟地热尾水回灌装置，其特征在于，所述的模拟室(24)正面放置摄录装置(36)。4.根据权利要求1所述的一种模拟地热尾水回灌装置，其特征在于，所述的注水钢管(18)与取水钢管(23)的管底分别蒙上塑料滤网。5.基于权利要求1所述的一种模拟地热尾水回灌装置的使用方法，其特征在于，其步骤为：步骤一：获取实测数据，建立地质模型：在运行模拟装置前，需搜集研究区地层岩性、岩层埋藏深度d及厚度t、岩石孔隙度φ及渗透率k、地下水位高度h、断裂展布特征、断裂产状等地质数据；同时，也需搜集计划模拟地区内主要地热钻井位置、钻探深度dw、钻孔直径φw、回灌流量Qwo、出水流量Qwi、温度tw及压力Pw等地热勘探参数，并据此构建地热地质模型；步骤二：依据地质模型，在模拟室(24)内构建模拟装置模型：根据步骤一采集的信息，选取模拟室(24)的尺寸，粒度较大、孔渗条件好的地层用大尺寸石英珠布设，而粒度较小、孔渗条件差的地层则用小尺寸石英珠布设，石英珠与刚性透明网(21)设置完毕后，在其上部缓慢放置加压器(34)，以暂时固定透明石英珠层(20)，并在加压器(34)上部安装...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵文韬，荆铁亚，王金意，张健，张国祥，
申请(专利权)人：中国华能集团有限公司，中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11