[發明專利]一種干熱巖裂隙滲流和熱交換過程可視化試驗裝置

有效

• 申請號: 201610149230.3
• 申請日: 2016-03-16
• 公開（公告）號: CN105806763B
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發明（設計）人: 駱進;朱永強;魏顯貴;朱明成;張燦海;郭青海;項偉;莊亞芹;周超;譚龍
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08;G01K13/00
• 代理公司: 武漢華旭知識產權事務所42214
• 代理人: 劉榮,周宗貴

技術領域

本發明涉及一種可視化試驗裝置，具體涉及一種研究高溫高壓狀態下干熱巖裂隙滲流和熱交換過程的可視化試驗裝置。

背景技術

眾所周知，能源問題制約著人類社會的經濟發展，破解能源問題的根本之路在于可再生能源。地熱資源是典型的清潔能源，具有可持續、可再生、可綜合利用等優越性，具有巨大的經濟價值。目前，我國大多數地熱資源都沒有被開發利用，特別是深層地熱資源如干熱巖資源。干熱巖是指一種不含水或蒸汽，埋深為3～10km，溫度為150°～650°的致密熱巖體，具有綠色、穩定、利用率高等諸多優點。截至目前為止，全球探明的干熱巖資源量為世界上所有石油、天然氣和煤炭所蘊藏能量的30倍，預測將來干熱巖資源會成為能源格局中重要的一部分。

干熱巖的開發工程又叫增強型地熱系統(EGS)，是通過向人工壓裂的低滲透性巖體中注入冷水，冷水通過裂隙帶與高溫巖體接觸加熱，然后形成閉合回路，熱水回到地面后加以利用的工程。由此可知，這其中的重要一個環節就是流體與周圍巖體換熱，涉及的核心問題為熱交換的問題，本質上就是流體在高溫裂隙巖體中滲流過程的熱傳遞的問題。因此，弄清干熱巖裂隙滲流的裂隙擴展機制及滲流特性，從而可以有利于解決所述的核心問題。

由于干熱巖屬于新型地熱資源，目前世界上還沒有形成一套完善成熟的理論對其進行開發利用，我國對此的開發研究也正處于初期的探索階段。雖然對增強型地熱系統研究已有40年的歷史，但是研究的重點依然處于對儲層改造方面，大家普遍關心熱交換量，所以離商業化的開采還存在著很大的距離。因此，對增強型地熱系統開采的研究大多數還處于理論分析階段。

目前大家研究儲層改造中的核心問題就是應力場、水動力場、溫度場的時空演化規律，更一般來說就是熱—水動力—力學的耦合問題，這其中涉及多個學科交叉和復雜的地質情況，因此難以在單純的數學物理分析上有所突破。目前，大多數學者是采用數值模擬分析計算，分析不同溫度、不同裂隙間隔等參數對熱開采效率進行研究。但是數值模擬計算結果的精確結果很大程度上受限于計算參數的選取，同時建模者對該問題的認知程度也一定程度上影響計算結果，所以與實際情況也存在一段距離。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，并提供一種干熱巖裂隙滲流和熱交換過程可視化的試驗裝置，可以模擬干熱巖開采過程，解決了現有技術中無法實時監測干熱巖開發利用工程中裂隙滲流的情況以及水溫情況的弊端，并可通過可視化界面實時觀測試驗情況。

實現本發明目的所采用的技術方案為，一種干熱巖裂隙滲流和熱交換過程可視化試驗裝置，包括試驗腔，可視化單元，溫度控制單元，以及與試驗腔連通的注入控制單元、圍壓控制單元、軸壓控制單元和流出控制單元；

所述試驗腔包括巖樣夾持器、密封鑄件以及相互連通的圍壓加壓腔與軸壓加壓腔，試驗腔的入口和出口均通過密封鑄件密封，巖樣夾持器固定于圍壓加壓腔中，所述巖樣夾持器由鑄鐵管片構件、隔熱板、導熱管殼、耐高溫橡膠墊片、導熱硅膠層拼裝構成，所述鑄鐵管片構件、導熱管殼和導熱硅膠層均為弧形管片，導熱管殼貼合于導熱硅膠層的外表面，耐高溫橡膠墊片包裹于鑄鐵管片構件的外表面，鑄鐵管片構件、耐高溫橡膠墊片、導熱管殼和導熱硅膠層構成圓管結構，巖樣緊密固定于圓管結構中，圓管結構的長度大于巖樣的長度，隔熱板的下部固定于鑄鐵管片構件與導熱管殼以及導熱硅膠層的連接處、上部與圍壓加壓腔的腔壁連接；

所述注入控制單元包括通過帶閥門的注入管道順序連通的注入水槽、恒速恒壓水泵和中間活塞容器，注入控制單元通過試驗腔的入口與巖樣夾持器連通，連通巖樣夾持器與中間活塞容器的注入管道上安裝有注入壓力感應器；

所述圍壓控制單元包括通過帶閥門的圍壓管道順序連通的圍壓加壓水槽和圍壓自動加壓泵，圍壓管道上安裝有圍壓壓力感應器，圍壓控制單元通過圍壓加壓腔上設置的圍壓注入口與圍壓加壓腔連通；

所述軸壓控制單元包括通過帶閥門的軸壓管道順序連通的軸壓加壓水槽和軸壓自動加壓泵，軸壓管道上安裝有軸壓壓力感應器，軸壓控制單元通過軸壓加壓腔上設置的軸壓注入口與軸壓加壓腔連通；

所述流出控制單元包括通過帶閥門的流出管道順序連通的回收水槽和冷凝容器，流出管道上安裝有流出壓力感應器和流速計，流出控制單元通過試驗腔的出口與巖樣夾持器連通；

所述溫度控制單元包括加熱裝置和與加熱裝置相連的導熱元件，導熱元件固定于圍壓加壓腔上設置的溫度加溫口中并且與圍壓加壓腔腔壁相接觸；