一种深部地热开发地温场及位移场综合测试模型试验系统技术方案

本发明专利技术公开了一种深部地热开发地温场及位移场综合测试模型试验系统，包括伺服系统和箱体，所述箱体上设有滑轨，所述伺服系统安装在滑轨上；所述箱体内设有热水储水夹层，所述热水储水夹层内层壁上设有小孔，所述热水储水夹层与填土之间设有过滤筛网，所述箱体内的填土中设有回灌井、开采井、压力传感器和温度传感器。其优点在于，可以同时模拟地热开采过程中水热传递及土层变形特性。中水热传递及土层变形特性。中水热传递及土层变形特性。

【技术实现步骤摘要】
一种深部地热开发地温场及位移场综合测试模型试验系统


[0001]本专利技术属于环境岩土工程
，尤其涉及一种深部地热开发地温场及位移场综合测试模型试验系统。

技术介绍

[0002]中深层地热水由于大规模开发利用造成砂岩热储地下水水位持续下降。地热流体补给微弱，再生能力低，属消耗型地热资源。地下热水动态特征主要受人工开采影响较大，地热水水位多年来呈持续下降趋势。随着地热资源的进一步开发利用，地热水水位将会持续下降。因此，进行地热开采回灌对地面沉降影响的物理模型试验具有重要的意义。同时，由于热储层埋深较大，通过进行模型试验了解在地热井开采回灌过程中的传热机制也显得尤为重要。本试验装置可有效模拟深部地热开发对周边地质环境的影响，可为地热开采方案的制定以及地面沉降灾害的防治提供技术支撑。
[0003]近年来，虽然地热开采方法、开采模拟效率优化方法、开采井结构优化领域进行了大量研究，但至今尚无准确考虑热储层上部地应力，可以同时模拟地热开采过程中水热传递及土层变形特性的试验装置及试验方法。

技术实现思路

[0004]基于上述问题，本申请提供一种深部地热开发地温场及位移场综合测试模型试验系统，其
技术实现思路
为，
[0005]一种地热开发地温场及位移场综合研究模型试验装置，包括伺服系统和箱体，所述箱体上设有滑轨，所述伺服系统安装在滑轨上；所述箱体内设有热水储水夹层，所述热水储水夹层内壁上设有小孔，所述热水储水夹层与填土之间设有过滤筛网，所述箱体内的填土中设有回灌井、开采井、压力传感器、孔隙水压力传感器和温度传感器。
[0006]优选的，所述箱体上设有反力架，所述伺服系统底部穿过反力架与加载板固定连接，所述加载板位于填土上方；伺服系统顶部通过立柱固定在反力架上。
[0007]优选的，所述热水储水夹层设有加热管和温度传感器；所述箱体上设有出气孔、排水口，分别位于热水储水夹层的上方和下方，箱体侧面设有观察窗，与热水储水夹层相对应的一侧设有注水口。
[0008]优选的，所述回灌井和开采井采用亚克力玻璃管制成，所述回灌井和开采井中下部设有进水孔，所述回灌井和开采井上设有进水孔的部分围裹纱网。
[0009]优选的，所述开采井和回灌井顶部均设有缩孔接头，回灌井通过缩孔接头与的供水管连接，开采井通过缩孔接头与蠕动泵连接。
[0010]优选的，所述过滤筛网包括n层，相邻两层过滤筛网上的孔交替分布，且每层孔的直径D
n
满足以下约束条件：
[0011][0012]靠近填土一侧的过滤筛网为第一层过滤筛网。
[0013]优选的，利用软件拟合每层滤筛网的孔的个数P，
[0014]P＝2
n
‑
2(n
‑
1)
[0015]靠近填土一侧的过滤筛网为第一层过滤筛网。
[0016]优选的，箱体外侧包裹保温隔热层，箱体内的压力传感器、温度传感器、孔隙水压力传感器、分层沉降标均与应变数据采集仪连接。
[0017]一种深部地热开发地温场及位移场综合测试模型试验系统，具体实施步骤为：
[0018]步骤一，将地热开采井和回灌井安置于箱体中，在模型试验箱中铺设砂土作为热储含水层介质，并埋设温度传感器、孔隙水压力传感器，所放砂土与储水夹层同高；接着在砂土层上放入饱和黏土作为热储含水层的盖层，分层铺设黏土，并埋设土压力传感器、温度传感器；将位移观测的分层沉降标埋入土层之中，以随时监测其土层沉降情况；
[0019]步骤二，调整反力架位置，使加载板刚好位于填土正上方，将反力架两侧的螺栓拧紧；
[0020]步骤三，打开伺服系统，使加载板缓慢下降，直至与黏土层表面接触后停止下降，并持续保持此时的压力，使压力均匀施加于模型土层上表面；
[0021]步骤四，打开热水储水夹层上侧的两个排气孔，将热水由箱体左右两侧和后侧管道缓慢注入热水储水夹层，直至到达预设的水位；注入热水的过程中，同时开启辅助加热设备，使热水储水夹层的加热管开始工作；
[0022]步骤五，将开采井连接蠕动泵，开启蠕动泵，将箱体中的热水经由蠕动泵抽出，同时将冷水以一定的压力经由回灌井注入箱体；在地热开采
‑
回灌过程中，经由沉降标监测土层变形情况，经由与压力传感器、孔隙水压力传感器相连的应变采集仪分析土层中土压力、孔隙水压力的变化情况，通过与温度传感器相连的应变采集仪了解地热水开采与回灌的过程中其内部的传热机制。
[0023]有益效果
[0024]1.可以同时模拟地热开采过程中水热传递及土层变形特性；
[0025]2.可以重复试验，探讨不同上覆地应力、不同水温、不同时间、不同开采与回灌条件下的热质运移机理；
附图说明
[0026]图1为箱体剖视图；
[0027]图2为箱体主视图；
[0028]图3为本申请结构示意图；
[0029]图4为箱体左视图；
[0030]图5为箱体俯视图。
[0031]图6为开采井结构示意图；
[0032]图7为过滤筛网结构示意图；
[0033]其中1
‑
箱体，2
‑
反力架，3
‑
液压油缸，4
‑
加载板，5
‑
支腿，6
‑
温度传感器， 7
‑
滑轨，8
‑
数显设备，9
‑
伺服加载控制器，10
‑
排气孔，11
‑
观察窗，12
‑
开采井，13
‑
回灌井，14
‑
加热管，15
‑
应变采集仪,16
‑
蠕动泵，17
‑
孔隙水压力传感器，18
‑ꢀ
热水储水夹层，20
‑
保温隔热层，21
‑
沙土层，22
‑
黏土层，23
‑
分层沉降标，24
‑ꢀ
过滤筛网，25
‑
压力传感器，26
‑
立柱,27
‑
注水口。
具体实施方式
[0034]以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。
[0035]一种深部地热开发地温场及位移场综合测试模型试验系统，包括伺服系统和箱体1，箱体1内设有填土，底部填土为沙土层21，上层填土为黏土层22；伺服系统包括液压油缸3和伺服加载控制器9，所述箱体1上设有滑轨7，滑轨7 延伸出箱体1,固定在支腿5上，所述液压油缸3安装在滑轨7上；所述箱体1 内设有热水储水夹层18，所述热水储水夹层18内壁上设有10mm小孔，所述热水储水夹层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种深部地热开发地温场及位移场综合测试模型试验系统，其特征在于，包括伺服系统和箱体，所述箱体上设有滑轨，所述伺服系统安装在滑轨上；所述箱体内设有热水储水夹层，所述热水储水夹层内壁上设有小孔，所述热水储水夹层与填土之间设有过滤筛网，所述箱体内的填土中设有回灌井、开采井、压力传感器、孔隙水压力传感器和温度传感器。2.根据权利要求1所述的一种深部地热开发地温场及位移场综合测试模型试验系统，其特征在于，所述箱体上设有反力架，所述伺服系统底部穿过反力架与加载板固定连接，所述加载板位于填土上方；伺服系统顶部通过立柱固定在反力架上。3.根据权利要求1所述的一种深部地热开发地温场及位移场综合测试模型试验系统，其特征在于，所述热水储水夹层设有加热管和温度传感器；所述箱体上设有出气孔、排水口，分别位于热水储水夹层的上方和下方，箱体侧面设有观察窗，与热水储水夹层相对应的一侧设有注水口。4.根据权利要求1所述的一种深部地热开发地温场及位移场综合测试模型试验系统，其特征在于，所述回灌井和开采井采用亚克力玻璃管制成，所述回灌井和开采井中下部设有进水孔，所述回灌井和开采井上设有进水孔的部分围裹纱网。5.根据权利要求1所述的一种深部地热开发地温场及位移场综合测试模型试验系统，其特征在于，所述开采井和回灌井顶部均设有缩孔接头，回灌井通过缩孔接头与的供水管连接，开采井通过缩孔接头与蠕动泵连接。6.根据权利要求1所述的一种深部地热开发地温场及位移场综合测试模型试验系统，其特征在于，所述过滤筛网包括n层，相邻两层过滤筛网上的孔交替分布，且每层孔的直径D
n
满足以下约束条件：靠近填土一侧的过滤筛网为第一层过滤筛网。7.根据权利要求6所述的一种深部地热开发地温场及位移场综合测试模型试验系统，其特征在于，利用软件拟合每层滤筛网的孔的个数...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾超，丁朋朋，王辉，狄胜同，马宏源，卫如春，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：