[發明專利]一種裂隙網絡兩相流實驗裝置及方法

有效

• 申請號: 201710432090.5
• 申請日: 2017-06-09
• 公開（公告）號: CN107084914B
• 公開（公告）日: 2019-10-15
• 發明（設計）人: 范立峰;王惠棟;馬國偉
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發明公開了一種裂隙網絡兩相流實驗裝置及方法，涉及巖土工程測量儀器領域。該裝置包括一套裂隙網絡模型、一套裂隙網絡模型放置臺、兩套流體供給系統、一套油水分離系統和一套信號采集系統。裂隙網絡模型采用透明亞克力板制作。模型放置臺為水平度可調整的多孔板。供流系統由空壓機和供流系統箱體組成，其中供流系統箱體內有兩個子箱體，一個為供流箱，一個為回收箱，兩個子箱體底部相隔，上部相通。油水分離器的設計既可降低油水混合物隨意排放對環境的污染，又可實現油水循環利用。信號采集系統由差壓計、壓力傳感器以及高清攝像機組成。本發明針對裂隙網絡進行設計，能夠穩定可靠的實現裂隙網絡兩相流的相關實驗，具有較強的實用價值。

技術領域

本發明涉及巖土工程測量儀器領域，尤其涉及一種裂隙網絡兩相流實驗裝置及方法。可用來檢測和研究巖石裂隙網絡兩相流特性。

背景技術

近年來，隨著地下能源的開采，核廢料的處理，CO₂的地質封存，地下儲油、儲氣等大型工程的興建，巖體兩相流問題日益引起廣泛關注。因地質構造作用，巖體中存在著各種各樣的不連續面，如材料分界面，斷層，軟弱夾層，節理，裂隙等。通常，這些不連續面構成了地下流體的滲流通道，使得裂隙介質的水力學性質不同于多孔介質。當前，關于裂隙巖體兩相流的研究多是借鑒多孔介質的相關理論，但是該方法不能很好地反映裂隙介質的兩相流特性。因此，從裂隙巖體這一材料性質出發，采用實驗的手段研究巖體中單裂隙面、裂隙網絡兩相流特性是認識，理解裂隙巖體兩相流的關鍵，也是建立合適的裂隙巖體兩相流數學模型進而有效預測裂隙巖體兩相流行為的基礎。

在現有的技術中，中國專利號為CN201510906972.1的發明專利公開了一種“裂隙巖體兩相流可視化實驗裝置”。但該裝置的主要功能為觀察裂隙巖體中兩相流的流動過程和界面變化，不能量測裂隙面中流體壓力的大小與分布。這些參數對于裂隙巖體裂隙面兩相流的研究同樣是非常重要的。Chih-Ying Chen在其博士論文(Chih-Ying Chen.Liquid-Gas Relative Permeabilities in Fractures:Effects of Flow Structures，PhaseTransformation and Surface Roughness[D].Stanford University，Califonia，2004.)提出一套用于單裂隙面兩相流研究的實驗裝置，但是該裝置只能通過流速控制和監測流體的流入和流出。在很多實際情況，壓力控制流體的進出也很常見。在裂隙巖體兩相流的研究中，特別是對于油—水兩相流的研究，油水混合物的處理也是至關重要的，使之既能達到環保要求又能高效利用實驗材料。

截止目前，一個可以實時記錄兩相流流動過程的，有效量測觀測點壓力變化情況的，既可以通過流速控制又能夠通過壓力控制流體進出的，同時能有效處理油水混合物的通用的裂隙網絡兩相流實驗裝置還未見報道。

發明內容

鑒于上述背景技術中存在的技術問題，本發明提供了一種通用的裂隙網絡兩相流實驗裝置及方法，以滿足對裂隙網絡兩相流研究工作的需要。

一種裂隙網絡兩相流實驗裝置，該裝置包括一套裂隙網絡模型、一套裂隙模型放置臺、兩套流體供給系統、一套油水分離系統和一套信號采集系統。

裂隙網絡模型1由兩塊尺寸相同的透明亞克力板制作而成，在其中的一塊亞克力板內雕刻有裂隙網絡，然后通過亞克力板專用膠將其與另一塊透明的亞克力板進行粘結。裂隙網絡模型1的每個裂隙出口處均安裝有裂隙出口轉換頭，裂隙出口轉換頭連接裂隙網絡模型1和導管。

在裂隙網絡模型1的底部設置有多個測壓孔1d，各個測壓孔1d中布置有水壓傳感器2，水壓傳感器2與電腦18相連接，通過水壓傳感器2實時記錄監測測壓孔1d位置處的壓力大小變化情況。