[發明專利]一種適用于超重力環境的粗糙單裂隙滲流試驗裝置

有效

• 申請號: 202011379990.6
• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112504937B
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 王者超;李崴;喬麗蘋;劉杰;楊金金;郭家繁;鄭天
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李洪福

本發明提一種適用于超重力環境的粗糙單裂隙滲流試驗裝置，包括用于提供固定位置和限制試驗裝置總體尺寸的金屬底座；為所述試驗提供水壓、收集溢流水和試驗尾水的復合水箱；用于滲流試驗的粗糙單裂隙模型；用于監測所述試驗裝置內部流體流量和壓力的監測系統；用于固定和支撐各試驗裝置的支撐固定系統。本發明的特點在于利用離心機產生離心力，通過水位差來提供滲流試驗所需的水壓，解決了超重力環境中單裂隙滲流特性測試問題。

技術領域

本發明涉及滲流試驗技術領域，具體而言是一種適用于超重力環境的粗糙單裂隙滲流試驗裝置。

背景技術

近年來，國家大力發展石油戰略儲備庫，以確保石油供給的穩定，促進經濟的發展和社會的穩定。地下水封石洞油庫就是目前石油戰略儲備庫的主要形式之一。地下水封石洞油庫以天然巖體為主要結構體，利用地下水的天然埋藏條件，并輔以人工水封系統將石油及其產品封存于人工開挖的地下超大洞室內，其安全性和密封性與裂隙滲流特性密切相關。

裂隙巖體中包含大量的節理裂隙，這些裂隙是裂隙巖體中流體流動的主要通道，嚴重影響著巖體的滲流特性。目前工程現場的裂隙尺寸可達數米至數十米，而室內試驗的裂隙尺寸以厘米度量，即現場裂隙尺寸與室內試驗裂隙尺寸存在差異，其流動性質也存在差異。為了獲得現場大尺寸裂隙滲流規律，可以采用相似模型試驗來獲得，其中一種相似模型試驗就是離心模型試驗。目前離心模型試驗多用于孔隙介質的滲流試驗，裂隙介質的滲流試驗較少，關于超重力環境的單裂隙滲流試驗裝置更少。本發明就是提供一種適用于超重力環境的粗糙單裂隙滲流試驗裝置。

申請號為CN201910256057.0的發明專利介紹了一種用于測量粗糙裂隙滲透特性的試驗裝置和方法，裝置主要用于常規室內環境，沒有考慮超重力環境對試驗裝置尺寸、性能的影響。

申請號為CN201610640904.X的發明專利提供了一種粗糙交叉裂隙滲流試驗裝置及方法，該裝置體積過大，無法滿足離心試驗的尺寸要求，且沒有考慮離心力的作用。

發明內容

根據上述技術問題，而提供一種適用于超重力環境的粗糙單裂隙滲流試驗裝置。

本發明采用的技術手段如下：

一種適用于超重力環境的粗糙單裂隙滲流試驗裝置，包括：

金屬底座，與提供離心力的離心機連接；其尺寸受離心機吊籃限制，目的是將所有裝置集中在有限的空間中；

粗糙單裂隙模型，通過支架Ⅰ垂直固定在所述金屬底座上，其裂隙模型進口設置在所述粗糙單裂隙模型頂部，其裂隙模型出口設置在所述粗糙單裂隙模型底部，所述裂隙模型進口和所述裂隙模型出口處均設有測壓孔；

壓力傳感器，設置在所述測壓孔處，用于監測所述粗糙單裂隙模型內部壓力；

流量計，通過支架Ⅱ固定在所述金屬底座上，用于監測所述粗糙單裂隙模型內部流體流量；以及

復合水箱，固定在所述金屬底座上；

所述復合水箱包括：

底部子水箱，其固定在所述金屬底座上，其側壁上部設有底部子水箱進口；

中部子水箱，其固定在所述底部子水箱的頂部，其側壁上設有中部子水箱進口；

頂部子水箱，其固定在所述中部子水箱的頂部，其頂部具有開口，其底部側壁設有頂部子水箱出口；以及

溢流子水箱，其固定在所述中部子水箱的頂部，并位于所述頂部子水箱的一旁，且與所述頂部子水箱平齊，其頂部具有開口，其底部側壁設有溢流子水箱進口和溢流子水箱出口，且側壁由上至下依次等距設有溢流口；相臨兩個溢流口之間的間距為Δh，試驗中通過電磁閥控制溢流的位置，從而為滲流試驗提供一個穩定且可變的水位；水箱提供的水壓p為：

p＝nρgh