[發明專利]用于巖石裂隙溶蝕-兩相流耦合實驗的裝置及方法

有效

• 申請號: 202110326105.6
• 申請日: 2021-03-26
• 公開（公告）號: CN113092059B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 胡冉;張子翼;陳益峰;廖震;武東生;王婷;郭威;陳旭升;魏鸛舉;周晨星
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00;G01N3/12;G01N3/06;G01N17/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 羅敏清

1.一種用于巖石裂隙溶蝕-兩相流耦合實驗的裝置，其特征在于，包括光學平臺、固定裝置、裂隙樣品、裂隙模具、流體泵入裝置以及監測系統；其中，

光學平臺，其用于支撐所述固定裝置，所述光學平臺設置在實驗臺上；

固定裝置，其用于夾緊裂隙樣品，所述固定裝置通過可拆卸地方式固定在所述光學平臺上；

裂隙樣品，其用于模擬巖體裂隙的裂隙，所述裂隙樣品被夾緊在所述固定裝置上；

裂隙樣品模具，其用于在周向固定且密封所述裂隙樣品，所述裂隙樣品模具包括抵壓在裂隙樣品的抵壓條、貼合在裂隙樣品上游端面上的第一貼合部以及貼合在裂隙樣品下游端面上的第二貼合部，在第一貼合部上設置有與裂隙連通的主緩沖腔以及分設在所述主緩沖腔兩側的至少兩個副緩沖腔，其中，主緩沖腔和副緩沖腔相互獨立且互不連通，在第一貼合部上還設置有與主緩沖腔連通的第一相流體的第一流入孔、第二相流體的流入孔、第一排液孔和第一排氣孔以及與副緩沖腔連通的第一相流體的第二流入孔和第二排氣孔，在所述第二貼合部上設置有與裂隙連通的第二排液孔和第三排氣孔；

流體泵入裝置，其用于為裂隙泵入流體，所述流體泵入裝置包括第一相流體泵、第二相流體泵，所述第一相流體泵通過管道與第一相流入孔連通，所述第二相流體泵通過管道與第二相流入孔連通；以及

監測裝置，其用于拍攝多相流體在裂隙之間的運移情況，所述監測裝置包括圖像采集裝置以及與所述圖像采集裝置電氣連接的CCD相機，所述CCD相機通過固定支架固定在實驗臺上且固定好后的CCD相機的鏡頭對準裂隙平面。

2.根據權利要求1所述的用于巖石裂隙溶蝕-兩相流耦合實驗的裝置，其特征在于，所述裂隙樣品包括鹽晶以及覆于鹽晶上且與鹽晶之間形成裂隙的玻璃板，所述玻璃板包括與鹽晶之間形成裂隙的第一玻璃板以及與所述第一玻璃板一體成型的第二玻璃板，所述第一玻璃板朝向鹽晶的一面為粗糙面。

3.根據權利要求2所述的用于巖石裂隙溶蝕-兩相流耦合實驗的裝置，其特征在于，第一玻璃板的寬度和鹽晶的寬度相等且均小于第二玻璃板的寬度從而在裂隙樣品兩側形成L形缺口，抵壓條設置在L形缺口中且抵壓條的厚度與第一玻璃板和鹽晶的厚度之和相等從而使得抵壓條填滿L形缺口。

4.根據權利要求3所述的用于巖石裂隙溶蝕-兩相流耦合實驗的裝置，其特征在于，在所述抵壓條朝向裂隙的側面上粘貼有止水膠條，止水膠條密封裂隙樣品兩側的裂隙。

5.根據權利要求1所述的用于巖石裂隙溶蝕-兩相流耦合實驗的裝置，其特征在于，在第一貼合部和第二貼合部上朝向裂隙的側面上也粘貼有與其側面形狀大小吻合的止水膠條，在裂隙樣品與第一透明板以及在裂隙樣品與第二透明板之間均設置有彈性膠條。

6.根據權利要求1所述的用于巖石裂隙溶蝕-兩相流耦合實驗的裝置，其特征在于，所述固定裝置包括一端與光學平臺上通過可拆卸方式連接的支腳、與支腳的另一端通過可拆卸連接的第一固定框架、鋪設在第一固定框架上的第一透明板、與第一透明板夾緊裂隙樣品的第二透明板以及壓蓋在是第二透明板上的第二固定框架，在夾緊裂隙樣品時，所述第一固定框架和所第二固定框架通過緊固件連接。

7.根據權利要求1所述的用于巖石裂隙溶蝕-兩相流耦合實驗的裝置，其特征在于，所述主緩沖腔為菱形，在第二貼合部上還設置有與裂隙連通的下游緩沖腔，所述第三排氣孔和第二排液孔均下游緩沖腔連通。

8.根據權利要求7所述的用于巖石裂隙溶蝕-兩相流耦合實驗的裝置，其特征在于，第三排氣孔與下游緩沖腔的頂端連接，第二排液孔與下游緩沖腔的底端連接，所述下游緩沖腔設置為向第二排液孔方向傾斜的斜坡形。

9.根據權利要求1所述的用于巖石裂隙溶蝕-兩相流耦合實驗的裝置，其特征在于，位于主緩沖腔兩側的至少兩個副緩沖腔的最遠邊緣距離與裂隙寬度一致。

10.一種根據權利要求1-9任意一項所述的用于巖石裂隙溶蝕-兩相流耦合實驗的裝置的實驗方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1：安裝好實驗裝置，打開CCD相機并使其對焦在裂隙平面上；

S2：打開第一相流體泵，打開第一貼合部上的第一排氣孔和第二排氣孔，從第一相流體的第二流入孔注入至所有副緩沖腔中以及從第一相流體的第一流入孔注入至主緩沖腔中，至所有副緩沖腔和主緩沖腔均被充滿后關閉第一排氣孔和第二排氣孔；

S3：打開第二貼合部上的第三排氣孔和第二排液孔使硅油繼續注入到裂隙中直至充滿整個裂隙；硅油充滿裂隙后關閉第一相流體泵，關閉第二貼合部上的第三排氣孔和第二排液孔；

S4：打開第一貼合部上的第一排氣孔和第一排液孔，并關閉第二排氣孔，排盡主緩沖腔中的所有第一相流體，仍使副緩沖腔中充滿第一相流體；

S5：關閉第一貼合部上的第一排液孔，打開第二相流體泵，僅向主緩沖腔中注入第二相流體直至住滿；

S6：關閉第一貼合部上與主緩沖腔連通的第一排氣孔，打開第二貼合部上的第三排氣孔和第二排液孔，繼續向主緩沖腔中注入第二相流體使之進入裂隙，直至試驗結束，并用CCD相機攝取圖像記錄整個驅替過程。