[發明專利]一種巖體三維裂隙網絡滲流分布測試系統及方法

在審

• 申請號: 202010520592.5
• 申請日: 2020-06-10
• 公開（公告）號: CN111638169A
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 黃娜;程遠方;閆傳梁;韓忠英;田萬頃
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 張凱

本發明提供了一種巖體三維裂隙網絡滲流分布測試系統及方法，涉及巖土工程技術領域。測試系統包括水槽、平流泵、進水板、出水板、導流墊片、密封試驗腔、三維裂隙網絡試件、數據采集裝置和數據處理裝置，平流泵從水槽內吸水送至進水板，進水板設置在密封試驗腔內的側面，出水板與進水板相對布置，導流墊片和出水板貼合，三維裂隙網絡試件放置在密封試驗腔內的進水板和導流墊片之間，導流墊片上設置有n²個柵格，出水板上對應柵格設置有n²個出水孔，每個出水孔和數據采集裝置相連，數據采集裝置和數據處理裝置相連。利用該測試系統進行試驗，可以分別測量三維裂隙網絡試件各個區域的裂隙流量，實現了對裂隙巖體中流量分布的定量描述。

技術領域

本發明涉及巖土工程技術領域，尤其是一種巖體三維裂隙網絡滲流分布測試系統及方法。

背景技術

在巖土工程領域，隨著海底隧道、能源存儲以及核廢料處理等地下工程的興起，巖體的水力特性逐漸成為巖石力學研究領域的重點。天然巖體中存在大量三維空間分布的裂隙，這些裂隙相互交匯形成的裂隙網絡是地下水主要流通通道。研究揭示巖體三維裂隙網絡滲流機理對地下能源開發與利用具有重要意義。

由于裂隙幾何形狀的復雜性以及裂隙表面的粗糙性，流體一般沿著滲透系數較大阻力較小的彎曲路徑流動，形成溝槽流現象，這種流體不均勻流動在裂隙巖體滲流中是一個普遍現象。在進行滲流試驗時，裂隙內部流體流量分布一般是無法直接測量。在以往的試驗中，應用可視化技術，通過加工透明裂隙試件，加入染色水，結合連續拍照技術得到染色水主要流通路徑，闡述裂隙溝槽流現象。但這種方法僅適用于單裂隙或準三維裂隙網絡(即裂隙網絡沿其厚度方向是完全垂直貫通的)。在實際的三維裂隙網絡中裂隙會相互阻擋，通常無法直接觀測每條裂隙中流體流通路徑。現有的方法也只能進行定性的描述，無法定量的表示出裂隙內流體分布不均性。為此需要對裂隙巖體中流體流量分布進行定量的描述，進而指導石油、天然氣等自然資源的高效開采，對現有的巖體三維裂隙網絡滲流分布試驗系統及方法做進一步的改進。

發明內容

為了實現對裂隙巖體中流體流量分布的定量描述，分區域測定巖體三維裂隙網絡滲流的流量，本發明提供了一種巖體三維裂隙網絡滲流分布測試系統及方法，具體技術方案如下。

一種巖體三維裂隙網絡滲流分布測試系統，包括水槽、平流泵、進水板、出水板、導流墊片、密封試驗腔、三維裂隙網絡試件、數據采集裝置和數據處理裝置，所述平流泵從水槽內吸水送至進水板，進水板設置在密封試驗腔內的側面，進水板上設置有進水孔；所述出水板與進水板相對布置，導流墊片和出水板貼合；所述三維裂隙網絡試件放置在密封試驗腔內的進水板和導流墊片之間；所述導流墊片上設置有n²個柵格，出水板上對應柵格設置有n²個出水孔，n為大于2的正整數；所述出水孔和數據采集裝置的燒杯相連，數據采集裝置和數據處理裝置相連。

優選的是，密封試驗腔包括上密封板、下密封板、左密封板、右密封板、前密封板和后密封板，密封試驗腔的密封板通過螺母固定；左密封板上設置有與進水孔對應的開孔，右密封板上設置有與出水孔對應的開孔。

優選的是，數據采集裝置包括數據采集器、水壓傳感器、燒杯和電子秤，水壓傳感器分別設置在進水孔上游和出水孔的下游；出水孔的水經過導管流至燒杯內，燒杯放置在電子秤上；電子秤和水壓傳感器均與數據采集器相連。

還優選的是，數據處理裝置包括計算機，計算機記錄并存儲數據采集器傳輸的參數信息，并計算各個出水孔的流量，以及出水孔與進水孔壓差。

還優選的是，導流墊片為橡膠材料，n²個柵格劃分三維裂隙網絡試件為n²個區域，其中n大于3。

一種巖體三維裂隙網絡滲流分布測試的方法，利用上述的一種巖體三維裂隙網絡滲流分布測試系統，步驟包括：