裂隙网络水热传递可视化示踪实验系统技术方案

本发明专利技术公开了一种裂隙网络水热传递可视化示踪实验系统，属于地学实验技术领域，包括供水装置、裂隙模型、渗流过程监测装置、传热过程监测装置、终端控制系统、井口监测装置和管道系统；供水装置通过管道系统与裂隙模型连接；裂隙模型是通过数字光处理3D打印机打印形成的裂隙网络物理模型；渗流过程监测装置、传热过程监测装置和井口监测装置均与终端控制系统连接，将采集到的数据传至终端控制系统进行分析处理，本发明专利技术可以系统地研究不同温度与流量条件下，裂隙网络内部渗流规律和井口响应特征；同时可直接观测裂隙内部渗流和热量迁移过程，为根据井口等地面响应分析裂隙结构和参数、了解裂隙内部水热传递规律提供新的工具。了解裂隙内部水热传递规律提供新的工具。了解裂隙内部水热传递规律提供新的工具。

【技术实现步骤摘要】
裂隙网络水热传递可视化示踪实验系统


[0001]本专利技术属于地学实验
，具体地，涉及一种裂隙网络水热传递可视化示踪实验系统。

技术介绍

[0002]随着人们对地质资源勘探和开发深度的增加，储层介质类型由孔隙型转变为构造裂隙或人工裂隙为主；认识深部储层裂隙渗流和传热过程对于深部地质资源可持续开发至关重要。然而，储层裂隙结构复杂，且深埋于地下具有不可见性，裂隙内部水热传递过程与主控因素研究仍是地学领域研究热点和难点。
[0003]复杂裂隙水热传递过程分析目前主要依托于数值模拟，但在裂隙交接处水热分配规律以及裂隙内部微观结构对水热传递过程控制机理仍未能在数值模型中充分考虑。通过裂隙渗流实验，进一步解释裂隙内部渗流规律和控制方程十分必要。目前，单裂隙水热传递实验相对成熟，交叉裂隙条件下渗流实验也有一些报道，例如：
[0004]申请号为CN201610574998.5的专利文献中介绍了一种粗糙裂隙网络渗流定量可视化模拟系统及其试验方法，考虑了随机粗糙裂隙开度。裂隙采用玻璃敲击而成，裂隙壁面光滑，张开度较大。该类试验装置难以控制裂隙内部结构，无法模拟真实裂隙结构，缺少渗流实验代表性与普适性。
[0005]申请号为CN202010690936.7的专利文献中介绍了一种模拟粗糙单
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交叉裂隙多相渗流的可视化试验方法及系统，利用岩石样本制作粗糙裂隙模型。但该装置只能模拟一组交叉裂隙内渗流过程，无法体现多组裂隙渗流过程相互干扰。
[0006]申请号为CN202021779064.3的专利文献中介绍了一种基于3D打印技术的岩体裂隙渗流微观特征观测设备，通过控制水流流量实现水流的波动，从而观测岩体裂隙内部的微观渗流特征。但该设备只能在常温下进行渗流观测，无法模拟裂隙中温度场分布情况。
[0007]申请号为CN201920314280.1的专利技术专利介绍了一种脉冲动水压下岩石裂隙响应可视化模拟实验系统，采用落锤式冲击试验机对岩石模型内裂隙水体施加脉冲动荷载。该装置可以模拟爆破等动力荷载作用下裂隙岩体响应过程，但未能考虑裂隙网络中的渗流规律。
[0008]综上，目前仍然缺少一种既可以刻画复杂裂隙空间组合关系，又可以控制裂隙内部微观结构的裂隙模型；当模拟渗流过程时，部分实验系统已实现透明可视化；但模拟水热传递过程时，实验目前仅在非透明黑箱条件下开展。

技术实现思路

[0009]鉴于上述实验系统的不足，本专利技术的目的在于提供一种裂隙网络水热传递可视化示踪实验系统，可以系统地研究不同温度与流量条件下，裂隙网络内部渗流规律和井口响应特征；同时，配合高速相机和热成像系统，可直接观测裂隙内部渗流和热量迁移过程，为根据井口等地面响应分析裂隙结构和参数、了解裂隙内部水热传递规律提供新的工具。
[0010]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：裂隙网络水热传递可视化示踪实验系统，其特征在于，包括：供水装置、裂隙模型、渗流过程监测装置、传热过程监测装置、终端控制系统、井口监测装置和管道系统；所述供水装置通过管道系统与裂隙模型连接，以向裂隙模型注入常温清水、常温示踪剂溶液或具有设定温度的示踪剂溶液，本专利技术中具有设定温度的示踪剂溶液指的是加热到设定好的温度的示踪剂溶液；所述裂隙模型是通过数字光处理3D打印机打印形成的裂隙网络物理模型，裂隙模型的材料为透明光敏树脂材料，裂隙模型内部具有至少两个交叉裂隙，裂隙模型预留有注水口、出水口和作为监测点的温度压力观测孔，温度压力观测孔用于安置压力测量仪和温度测量仪的探头；所述渗流过程监测装置包括压力测量仪、流量仪以及高速相机，压力测量仪、流量仪和高速相机均与终端控制系统连接进行数据传输，压力测量仪用于实时测量监测点的水头值；在注入示踪剂溶液驱替常温清水时，高速相机用于获取渗流过程高清图像；流量仪设置在注水口处；所述传热过程监测装置包括温度测量仪和红外热像仪，温度测量仪和红外热像仪均与终端控制系统连接进行数据传输，温度测量仪用于实时测量监测点的温度；在注入具有设定温度的示踪剂溶液驱替常温清水时，红外热像仪用于获取水热传递过程中温度场时空演化图像；所述井口监测装置包括电导率仪和采样管，采样管连接在裂隙模型的出水口处，电导率仪与采样管连接，同时电导率仪与终端控制系统连接。
[0011]根据本专利技术具体实施方案，所述供水装置包括蠕动泵、储水箱和恒温水箱，储水箱用隔板分隔成两个腔室，两个腔室分别用于贮存常温清水和常温示踪剂溶液；恒温水箱用于贮存不同浓度和温度的示踪剂溶液。
[0012]进一步，所述裂隙模型的裂隙最小张开度控制在0.1mm，打印精度为12.5μm。
[0013]根据本专利技术具体实施方案，所述管道系统具有带阀三通，加热实验时带阀三通的三个通道分别连接储水箱、恒温水箱和裂隙模型，常温实验时带阀三通的三个通道分别连接储水箱的两个腔室和裂隙模型；蠕动泵设置在管道系统的带阀三通与裂隙模型之间。
[0014]根据本专利技术具体实施方案，所述温度压力观测孔的数量至少四个，分布在裂隙模型中裂隙交叉口距离各分岔通道12mm～16mm，以及分布在距离注水口、出水口小于10mm的位置，且监测点布设于裂隙面中心位置。
[0015]进一步，所述终端控制系统为计算机。
[0016]通过上述设计方案，本专利技术可以带来如下有益效果：
[0017]1、裂隙模型由透明光敏树脂材料3D打印而成，在模型内注入含有亮蓝染色剂的示踪剂溶液时，可清晰地观测模型内渗流情况。
[0018]2、采用高速相机与红外热像仪观察示踪剂溶液与热水的运动过程，配合高精度压力和温度探头，可量化裂隙内部渗流场和温度场。
[0019]3、裂隙模型内设计有多个交叉裂隙，水流通道复杂，便于观测渗流过程中水流通道选择情况，研究优势流形成机理。
[0020]4、裂隙网络水热传递可视化示踪实验系统可自动化监测裂隙模型内温度与压强分布情况，操作方便，节省人力物力。
附图说明
[0021]此处的附图说明用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术申请的一部分，本
专利技术示意性实施例及其说明用于理解本专利技术，并不构成本专利技术的不当限定，在附图中：
[0022]图1为裂隙网络水热传递可视化示踪实验系统的结构示意图。
[0023]图2为3D打印制备的三维复杂裂隙模型示意图。
[0024]图3为本专利技术在三维复杂裂隙模型实例中，207ml/min流量下常温实验的氯化钠浓度突破曲线图；
[0025]图4为本专利技术在三维复杂裂隙模型实例中，630ml/min流量下常温实验的氯化钠浓度突破曲线图；
[0026]图5为本专利技术在三维复杂裂隙模型实例中，1320ml/min流量下常温实验的氯化钠浓度突破曲线图；
[0027]图6为本专利技术在三维复杂裂隙模型实例中，207ml/min流量下加热实验的氯化钠浓度突破曲线图；
[0028]图7为本专利技术在三维复杂裂隙模型实例中，630ml/min流量下加热实验的氯化钠浓度突破曲线图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.裂隙网络水热传递可视化示踪实验系统，其特征在于，包括：供水装置(1)、裂隙模型(2)、渗流过程监测装置(3)、传热过程监测装置(4)、终端控制系统(5)、井口监测装置(6)和管道系统(7)；所述供水装置(1)通过管道系统(7)与裂隙模型(2)连接，以向裂隙模型(2)注入常温清水、常温示踪剂溶液或具有设定温度的示踪剂溶液；所述裂隙模型(2)是通过数字光处理3D打印机打印形成的裂隙网络物理模型，裂隙模型(2)的材料为透明光敏树脂材料，裂隙模型(2)内部具有至少两个交叉裂隙，裂隙模型(2)预留有注水口(201)、出水口(202)和作为监测点的温度压力观测孔，温度压力观测孔用于安置压力测量仪(301)和温度测量仪(401)的探头；所述渗流过程监测装置(3)包括压力测量仪(301)、流量仪(302)以及高速相机(303)，压力测量仪(301)、流量仪(302)和高速相机(303)均与终端控制系统(5)连接进行数据传输，压力测量仪(301)用于实时测量监测点的水头值；在注入示踪剂溶液驱替常温清水时，高速相机(303)用于获取渗流过程高清图像；流量仪(302)设置在注水口(201)处；所述传热过程监测装置(4)包括温度测量仪(401)和红外热像仪(402)，温度测量仪(401)和红外热像仪(402)均与终端控制系统(5)连接进行数据传输，温度测量仪(401)用于实时测量监测点的温度；在注入具有设定温度的示踪剂溶液驱替常温清水时，红外热像仪(402)用于获取水热传递过程中温度场时空演化图像；所述井口监测装置(6)包括电导率仪(601)和采样管(60...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜振蛟，李家琪，李姗，许力文，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：