[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

本發明提供一種用于巖石裂隙溶蝕?兩相流耦合實驗的裝置以及方法，包括光學平臺，其設置在實驗臺上；固定裝置，其通過可拆卸地方式固定在光學平臺上；裂隙樣品，其被夾緊在固定裝置上；裂隙樣品模具，其用于在周向固定且密封所述裂隙樣品；流體泵入裝置，其包括第一相流體泵、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，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，其包括圖像采集裝置以及CCD相機，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；本發明還提供采用上述裝置實驗的方法。本發明能夠保證每次試驗裂隙開度、圍壓等參數保持一致且在溶解過程中不受重力影響而閉合。

技術領域

本發明屬于巖石裂隙流體實驗的技術領域，具體涉及一種用于巖石裂隙溶蝕-兩相流耦合實驗的裝置及方法。

背景技術

地球深部多孔裂隙巖體和地表巖土孔隙中存在著多組分、多相流體，這些流體與蘊含其的巖體裂隙之間存在著復雜的相互作用，其中就包括多相滲流和地質化學溶蝕，巖體裂隙內的水-巖相互作用會導致裂隙表面的溶解和裂隙開度場的局部改變，隨著時間的推移有可能改變裂隙的物質運移性質，進而反過來改變流體的流動模式。由于巖石裂隙常為地下流動和運移提供主要路徑，因此開發結構穩定、流動參數可控的試驗平臺，有效地量化溶解和多相流之間的相互作用對不同尺度下裂隙運移特性變化的影響，對于研究喀斯特地貌的形成機理、頁巖油(氣)開采、CO₂的地質封存以及地下水污染物的運移等自然和人為過程的潛在影響至關重要。盡管目前有一些手段，諸如CT(數字成像技術)、MRI(核磁共振技術)等正投入使用，但由于其高昂的設備價格、對人體可能造成損傷等局限性，導致這些手段并未在地學研究中得到廣泛應用。

光透射技術是一種基于朗伯比爾定律的，利用穩定光源的光照強度在染色水中的衰減，用工業級CCD相機捕捉瞬時流動圖像，從而確定每一像素點染色水厚度，進而研究樣品中流體運動的一種技術。由于其精度較高，造價低廉，便于使用，該技術已廣泛應用于巖石裂隙多相流實驗研究中。基于該技術的試驗平臺、試驗裝置已有一定數量，但將其應用于巖石裂隙溶蝕-兩相流耦合實驗中，卻存在著或多或少的局限性。如專利“用于巖體裂隙三相流驅替彌散捕獲研究的裝置”(申請號201720186226.4)，盡管給出了巖石裂隙流體試驗平臺的搭建思路，以及對裂隙組裝、流量控制、止水條件以及圍壓控制等因素提出了一定見解，卻未能將思路細化為具體材質的試驗裝置結構，且其下部鐵架支撐方式不穩、上部對試樣的具體夾緊方式不明、針對具體試驗的裂隙模具仍采用水晶硬膠粘合的方式制作，每次粘合的不同將導致裂隙開度的不同，從而導致試驗可重復性較差、試驗方法不能照搬用于溶蝕-兩相流耦合試驗中，故仍有較大的具體化和改進的空間；又如專利“變開度可拆卸的仿真裂隙實驗裝置及試驗方法”(申請號202010298229.3)，盡管其實現了變開度可拆卸的裂隙控制，但實測其支撐結構極不穩定，在輕微擾動下就易發生改變，且上部千分尺結構稱重能力過差，導致上盤受重力影響向一邊傾斜，上下兩盤關系不緊密，水平度難以調節，千分尺無法發揮其應有的控制開度的作用，且拆卸后上下裂隙面間的圍壓無法精確控制，故嚴格來說兩次試驗的裂隙不能視為同一個裂隙，并且改造為方形裂隙結構后無法嚴格止水，故無法直接應用在溶蝕-兩相流耦合試驗中。因此，開發新的試驗平臺來研究巖石裂隙地質化學溶蝕過程的需求迫在眉睫。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足之處，提供一種用于巖石裂隙溶蝕-兩相流耦合實驗的裝置，該裝置能夠保證每次試驗裂隙開度、圍壓等參數保持一致且在溶解過程中不受重力影響而閉合。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

一種用于巖石裂隙溶蝕-兩相流耦合實驗的裝置，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；