[实用新型]用于岩体裂隙三相流驱替弥散捕获研究的装置

说明书

技术领域

本实用新型属于岩体渗流与跨尺度多相流驱替-弥散-捕获技术领域，特别涉及一种用于岩体裂隙三相流驱替弥散捕获研究的装置。

背景技术

岩石裂（孔）隙中多相流运动力学特征的研究对页岩油（气）开采、CO₂地质封存及地下水污染物运移等领域都具有非常重要的意义。开展岩体裂隙尺度多相流驱替-弥散—捕获的室内试验对揭示动态运动机理起着至关重要的作用。然而，由于岩石自身特性及目前试验手段的自封闭性，往往只能控制进出口的边界条件，得到很局限的试验数据。这些数据远远不能揭示多相流体流态特征的控制因素及运动机理。实时地、可视化地研究流体在裂（孔）隙中分布特征、动力特征等关键技术难题亟待解决。目前国内尚未具备在可视化的岩体裂隙中研究多相流驱替-弥散-捕获过程的光学与力学测量装置和试验方法。本实用新型采用可视化的岩石裂隙开展多相流驱替-弥散-捕获光学与力学测量试验，能够克服传统试验不可视的弊端，可以动态捕捉各相流体的运动特征并记录过程的力学实验数据，同时试验可重复性高，保证了试验揭示现象的真实可靠。

实用新型内容

本实用新型提出一种可视化岩体裂隙三相流驱替-弥散-捕获过程的光学与力学测量装置，并给出了该装置的试验方法，其主要解决现有技术中无法直接观测多相流体在裂隙内部的流态及相捕获过程的问题。该实用新型主要包含以下几个内容：

一、针对目前试验中进出口端边界条件难以精确控制的问题，设计出带有一定坡度的排气、排液装置，整个换液室内壁采用表面改性剂处理，使其对液相具有超低湿润性的特征，保证了每次进口端驱替相均为纯净、单一相液体，出口端的液体能及时、完全排除；特别的，在尾部出口端增加了稳定压力阀，可以根据试验要求保持尾部的压力恒定。

二、针对可视化的透明裂隙，本实用新型提供了一套可行的围压装置。该装置通过改变螺母在高强、高精度螺栓上的进尺，作用于高刚度透明板为复制裂隙提供围压环境，压力传感器实时采集压力值并用于围压控制。

三、针对上文所提到可视化岩石裂隙过流装置，本实用新型设计了一套相应的控制和测量系统。主要包括流体控制系统、光学与力学监测系统和数据采集分析系统。该系统可以对裂隙流体进行实时观察和监测、数据分析处理。

综上所述，本实用新型采用技术方案是：

一种用于岩体裂隙三相流驱替弥散捕获研究的装置，包括流体控制系统、光学与力学监测系统、可视化岩体裂隙过流系统，以及数据采集分析处理系统，所述可视化岩体裂隙过流系统包括进口端换液室、试样压力控制装置、以及出口端换液室，所述试样压力控制装置包括透明刚性板、高强度螺栓、以及由裂隙上盘和裂隙下盘组成的岩体裂隙透明复制品试样，所述裂隙上盘和裂隙下盘上下盖合置于两块透明刚性板之间并通过高强度螺栓固定压紧，高强度螺栓与上部的透明刚性板之间设有围压传感器，所述岩体裂隙透明复制品试样两侧面通过侧压板将裂隙侧面密封，其前后两端分别与进口端换液室和出口端换液室密封相连，所述进口端换液室顶部和底部分别设有通气快开阀和废液回收阀，所述出口端换液室顶部和底部分别设有压力恒定阀和尾液回收阀；

所述流体控制系统包括三路流体源装置，所述每一路流体源装置均由流体源、进样注射泵和出样管道通过多通阀相连组成，通过多通阀换向可实现流体源先被进样注射泵吸入然后通过出样管道送出，所述三路流体源装置的出样管道通过两个三通接头并联后通过进样管道与进口端换液室底部相连，所述进样管道上设有流体压力传感器；

所述光学与力学监测系统用于监测可视化岩体裂隙过流系统的光学和力学性能，所述数据采集分析处理系统为计算机用于处理分析光学与力学监测系统监测的数据。

作为改进，所述光学与力学监测系统包括CCD高速相机、平衡支架、试验工作台和平板光源，所述平板光源置于试验工作台上，可视化岩体裂隙过流系统的岩体裂隙透明复制品试样置于平板光源上，CCD高速相机设于可视化岩体裂隙过流系统上方且通过平衡支架固定在试验工作台一侧。

作为改进，所述试验工作台上设有水平仪，试验工作台底部设有多个可调整其水平度的脚支座。

作为改进，所述进口端换液室和出口端换液室内表面均通过表面活性剂改性处理，在其表面产生对液相超低湿润性涂层。

一种利用上述装置进行岩体裂隙三相流驱替弥散捕获研究的试验方法，包括以下步骤：