[发明专利]一种隙宽可调的内部可视的三维裂隙渗透装置

说明书

本发明提供一种隙宽可调的内部可视的三维裂隙渗透装置，由渗透仪、气液供给控制系统以及数据采集分析系统三部分组成。渗透仪主要由上盖钢板、硅胶板、钢化玻璃板、附着3D打印粗糙裂隙面的玻璃纸以及下盘钢板这五部分组成。附着玻璃纸的两块钢化玻璃板中间形成了一个导水通道，开度利用塞尺进行调节，渗透仪的五部分之间使用高强螺栓连接密封。气液供给部分采用电动试压泵及高压气管提供压力，控制部分使用阀门调节流体压力，渗流管路采用氧气胶管连接，每处连接都有组合垫片密封。数据采集分析部分包含压力传感器、流量计及无纸记录仪，通过压力传感器、流量计将数据传送到无纸记录仪中，并在计算机中完成数据的采集分析。

技术领域

本发明涉及一种隙宽可调的内部可视的三维裂隙渗透装置的领域。

背景技术

现有的二维和三维裂隙渗流装置都存在一定的缺点和局限性，主要表现在：一是二维裂隙渗流装置只能模拟表面平直光滑、摩擦力小的裂隙面，但实际工程应用中裂隙面都是粗糙的，不能将其完全视为二维光滑平面，所以二维裂隙渗流装置不能真实模流体在裂隙面上的流动行为；二是三维裂隙渗流装置的平板结构多用石板真实模拟粗糙的裂隙面，这种材质无法实现可视化，操作不便，且造价高；三是对于普通的二维或三维裂隙装置，流体通过进液口后直接进入了渗透裂隙中，这种设计方法会导致在实验过程中流体不能均匀完全的铺满整个裂隙，造成压力数据测试不准确，不能准确测出渗透率；四是对于普通的二维或三维裂隙渗流装置，符合要求的测试试样难以加工和制取，试样裂隙的开度难以控制。针对上述问题，本发明提供一种隙宽可调的内部可视的三维裂隙渗透装置。

发明内容

本发明提供一套隙宽可调的内部可视的三维裂隙渗透装置，由渗透仪、气液供给控制系统以及数据采集分析系统三部分组成。其中裂隙渗透仪是该三维裂隙渗流装置的主体部分，整个渗透仪主要由带有26个螺栓孔的上盖钢板、用于密封的硅胶板、光滑的钢化玻璃板、附着3D打印粗糙裂隙面的玻璃纸以及下盘钢板这五部分组成。贴着附着3D打印粗糙裂隙面的玻璃纸的两块钢化玻璃板中间形成了一个导水通道，开度可以按照实验要求利用不同厚度的塞尺进行调节。在“U型”硅胶垫片中，其上下两侧分别预留两个矩形塞尺槽。渗透仪的五部分之间使用高强螺栓连接密封。气液供给部分采用手提式电动试压泵和高压气瓶提供渗流通道中的流体压力，控制部分使用阀门、溢流阀和减压阀调节测试流体的压力。渗流管路采用内径为10mm的氧气胶管通过管束、接头和阀门相连，每个连接处都放有组合垫片，起到密封作用。数据采集控制部分包含压力传感器、涡轮流量计、气体质量流量计、MIK—4000D型无纸记录仪及计算机。通过压力传感器、涡轮流量计及气体质量流量计将压力和流量数据传送到无纸记录仪中。将无纸记录仪与计算机连接，在计算机中完成压力和流量数据的采集和分析。

进一步，本发明通过3D打印技术将激光扫描的真实岩石表面打印到透明的玻璃纸上，再将玻璃纸粘贴到上下两块钢化玻璃板上，实现从二维光滑平面到三维粗糙裂隙面的转化，这一技术的应用，使模拟裂隙面比普通二维裂隙装置的裂隙面更真实，比三维裂隙装置的裂隙面用料更少、造价更低、操作更方便，而且可以根据不同的实验要求打印不同的三维粗糙裂隙面。

进一步，本渗透仪的裂隙制作具有一定的灵活性，通过在塞尺槽中埋入不同厚度的塞尺可实现裂隙开度的调节，操作简便易行。

特别的，本渗透仪下盘钢板的顶面采用钢板和钢化玻璃对接，接缝处使用AB胶粘结密封，操作方法：将AB胶在接缝处充分涂抹至满溢，待AB胶干后，使用砂纸将胶缝打磨至平整光滑。另外，本渗透仪的进液口不是设置在端部，而是设置在与钢化玻璃对接的钢板上，配合密封硅胶板大大提高了渗透仪的密封性。在进液口和压力传感器接口之间设置一条缓冲凹槽，使流体能均匀的进入裂隙中。裂隙以压力传感器测压孔为起点，压力传感器的测压孔布置在与钢化玻璃对接的钢板上，可避免流体进入裂隙过程中的压力损失对压力测量精度的影响，得到的压力数据更加准确。