[發明專利]一種高溫巖體裂隙剪切滲流換熱試驗系統

有效

• 申請號: 202110405806.9
• 申請日: 2021-04-15
• 公開（公告）號: CN113155640B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 陳躍都;趙志宏
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24;G01N15/08;G01N25/20;G01N29/14
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;施磊

本發明提供了一種高溫巖體裂隙剪切滲流換熱試驗系統，涉及裂隙剪切滲流試驗技術領域，所述系統包括：直剪盒，其內部形成一容納試驗巖樣的密閉腔體；力加載裝置，用于向試驗巖樣施加法向力和剪切力；加壓裝置，用于使密閉腔體內部具有預設氣壓；溫度控制裝置，用于使密閉腔體內部具有第一預設溫度；注水裝置，用于向試驗巖樣內部注入具有第二預設溫度的水，以使注入的水沿試驗巖樣內部的天然裂隙面滲流；出水采集裝置，用于對滲流出的水的流量進行采集測量；控制器，用于監控上述各裝置的動作，并對各裝置采集到的數據進行處理。本發明提供的技術方案，能夠獲取表征天然裂隙面在注水剪切過程中的演化特性的關鍵參數，且提高了試驗過程的自動化程度。

技術領域

本發明涉及裂隙剪切滲流試驗技術領域，特別地涉及一種高溫巖體裂隙剪切滲流換熱試驗系統。

背景技術

地熱是一種儲存于地殼巖石，蒸汽或天然流體中的可再生能源，其按儲存方式可大致分為水熱型和干熱巖型，而后者由于高熱值而最具開發潛力。我國具有豐富的干熱巖資源，干熱巖開發須首先在地熱儲層中建立一個連通的裂縫系統，接著由注入井向儲層中注入冷水，使其與熱巖接觸發生熱交換，然后通過流體流動將熱量帶出至生產井，最終在地面進行熱能轉化實現發電。上述開采工藝核心是儲層改造，即通過在儲層中構建裂縫網絡系統來實現冷流體與熱巖的對流換熱。目前常用的兩種儲層改造技術是：水力壓裂和水力剪切。前者通過高壓流體注入使儲層破裂產生人工裂隙而實現縫網聯通，而后者則通過水壓誘導天然裂隙發生滑移剪脹而實現儲層滲透率改造。大量工業實踐表明，干熱巖力學強度高，基質滲透率低，采用水力壓裂技術不易在高溫熱儲層中造出裂縫，且由于熱儲層中含有大量天然裂隙，因此水力剪切技術是當前干熱巖儲層改造的研究重點。由此可知，開展天然裂隙熱儲層注水剪切-增透采熱的試驗模擬工作是當前干熱巖開采領域亟待解決的難題，這對于實現熱能資源高效開采以及熱儲圍巖穩定性控制具有重要意義。

天然裂隙儲層由大量巖體單裂隙構成，而深入探究注水誘發高溫單裂隙巖體剪切-滲流-換熱特征演化是掌握裂隙熱儲注水剪切-增透采熱的關鍵。然而，目前的研究由于缺少足夠多的監測數據，如裂隙力學損傷、裂隙面各向異性滲透率等，導致目前的研究無法準確理解剪切過程中力學變形及滲流現象；同時，現有技術中更未見考慮剪切過程中裂隙對流換熱特性演化，這導致無法刻畫裂隙剪切對熱能傳輸特性影響，進而也不能評判水力剪切效果的好壞。

可見，現有的裂隙剪切滲流試驗對于一些關鍵參數無法獲取，從而無法全面地表征天然裂隙面在注水剪切過程中的演化特性；且現有的試驗過程操作復雜、自動化程度較低。

發明內容

針對上述現有技術中的問題，本申請提出了一種高溫巖體裂隙剪切滲流換熱試驗系統，能夠獲取表征高溫天然裂隙面在注水剪切過程中的演化特性的關鍵參數，且提高了試驗過程的自動化程度。

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

本發明實施例提供了一種高溫巖體裂隙剪切滲流換熱試驗系統，所述系統包括：巖石直剪試驗機；所述系統還包括：

直剪盒，置于所述巖石直剪試驗機的機架內，所述直剪盒內部形成一容納試驗巖樣的密閉腔體；

法向力加載裝置，用于在所述巖石直剪試驗機的作用下向所述試驗巖樣施加預設法向力；

剪切力加載裝置，用于在所述巖石直剪試驗機的作用下向所述試驗巖樣施加預設剪切力；

加壓裝置，用于向所述密閉腔體內部注入預設氣體，以使所述密閉腔體內部具有預設氣壓；

溫度控制裝置，用于對所述密閉腔體內部的所述預設氣體進行加熱，以使所述密閉腔體內部具有第一預設溫度；

注水裝置，用于向所述試驗巖樣內部注入具有第二預設溫度的水，以使注入的水沿所述試驗巖樣內部的天然裂隙面滲流；

出水采集裝置，用于對從所述天然裂隙面滲流出的水的流量進行采集測量；