[发明专利]一种低渗透污染场地压裂增渗物理模拟装置

说明书

本发明涉及一种低渗透污染场地压裂增渗物理模拟装置，包括：试验容器、压裂模拟井、多个监测模拟井、压裂机构、液压加载机构、物理参数监测机构、地球物理参数监测机构、可视化监测机构，试验容器包括：筒体及可拆卸式顶推密封盖，筒体开设可视化监测窗；液压加载机构通过推力使顶推密封盖向试验土样加压；压裂机构用于实施压裂作业；物理参数监测机构用于监测压裂过程中试验土样的含水率、温度、压力、孔隙度；地球物理参数监测机构用于监测压裂过程中的电阻率及磁场强度；可视化监测机构用以监测压裂过程中裂隙的发育和扩展程度以及支撑剂的形态分布。该模拟装置较好地模拟低渗透污染地层不同压裂增渗工况，为现场提供工艺参数与施工依据。

技术领域

本发明涉及污染场地修复技术领域，特别涉及一种低渗透污染场地压裂增渗物理模拟装置。

背景技术

作为人类生存环境的重要组成部分，土壤通常是工农业活动累积污染物的接受者，土壤基质中存在的任何有害物质都可能对公共健康构成潜在威胁。因此，土壤污染的修复对生物资源乃至最终对人类健康均具有至关重要的影响。土壤修复技术按现场处理(原位)或挖掘土壤以在其他地方处理(异地)进行分类。由于异地处理涉及到土壤开挖，因此成本也更高。此外，异地处理可能意味着生境改变以及大规模材料处理的风险，不利于长期管理。原位处理可以使土壤无需重新安置和运输即可进行处理，因此更具吸引力，并可以节省大量成本。然而，常规原位技术通常是针对特定地点的，并且通常在渗透性土壤上效果最好，很难在低渗透性土壤上应用，为了增加原位修复的适用性，压裂增渗技术是低渗透污染场地原位修复的重要发展，通过压裂介质，增加污染地层的裂隙发育，使得污染岩土颗粒充分暴露于修复药剂中，可以提高修复效果。

根据先前的污染场地勘察表明，在低渗透污染地层中，岩土材料大多为张拉强度低、塑性大的黏土，粉质黏土或淤泥质软土，以及弱胶结的砂土，水敏性矿物含量高。因此，常规用于能源开采的水力压裂技术难以适应低渗透污染场地。为此，以高压气体为媒介的气动压裂技术得以发展起来。该过程通过提供足够压力和流量的气体，构建人工裂缝，增加地层渗透性，使介质传输机制由弥散过程转变为对流-弥散过程，从而使污染物的清除或处理更为快速有效。

先前研究表明，气动压裂技术被认为是一种经济有效的原位处理低渗污染场地的增强方法，然而，气动压裂技术的应用方法，包括布井工艺的设计、压裂过程工艺参数以及压裂效果的监测一般参考数值模拟的结果，具有很大的局限性。

发明内容

本申请提供了一种低渗透污染场地压裂增渗物理模拟装置，解决或部分解决了现有气动压裂技术的布井工艺设计、压裂过程工艺参数以及压裂效果监测一般参考数值模拟结果，具有很大局限性的技术问题；实现了较好地模拟低渗透污染地层不同压裂增渗工况，多参数表征压裂效果，并可通过调整压裂工艺，探究裂隙扩展宽度和长度，支撑剂分布形态，客观评价低渗透污染地层压裂增渗规律，为现场提供工艺参数与施工依据。

本申请所提供的一种低渗透污染场地压裂增渗物理模拟装置，包括：试验容器、压裂模拟井、多个监测模拟井、压裂机构、液压加载机构、物理参数监测机构、地球物理参数监测机构、可视化监测机构，其中，

所述试验容器包括：筒体及可拆卸式顶推密封盖，所述筒体为敞口结构，用于装填试验土样；所述筒体对应所述压裂模拟井与所述监测模拟井的位置开设可视化监测窗；所述顶推密封盖盖合于所述筒体的敞口端后将所述筒体密封；

所述压裂模拟井与所述监测模拟井都设置在所述试验容器内；

所述液压加载机构与所述顶推密封盖连接，通过推力使所述顶推密封盖向所述试验土样加压；

所述压裂机构设置在所述压裂模拟井上，用于实施压裂作业；

所述物理参数监测机构用于监测压裂过程中所述试验土样的含水率、温度、压力、孔隙度；

所述地球物理参数监测机构用于监测压裂过程中所述试验土样的电阻率及磁场强度；