CN105806763B - 一种干热岩裂隙渗流和热交换过程可视化试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种干热岩裂隙渗流和热交换过程可视化试验装置，包括试验腔，可视化单元，温度控制单元，以及与试验腔连通的注入控制单元、围压控制单元、轴压控制单元和流出控制单元；试验腔包括岩样夹持器、密封铸件以及相互连通的围压加压腔与轴压加压腔，试验腔的入口和出口均通过密封铸件密封，岩样夹持器固定于围压加压腔中；可视化单元包括电性连接的红外热成像仪、控制器和可视化界面；本装置可以模拟干热岩所处的高温高压的地质环境，解决了现有测试技术中无法直接评价干热岩裂隙渗流情况、无法实时监测渗流水温的情况，从而可以定量化的研究干热岩开采过程中热交换量等实际应用问题。

Description

一种干热岩裂隙渗流和热交换过程可视化试验装置

技术领域

本发明涉及一种可视化试验装置，具体涉及一种研究高温高压状态下干热岩裂隙渗流和热交换过程的可视化试验装置。

背景技术

众所周知，能源问题制约着人类社会的经济发展，破解能源问题的根本之路在于可再生能源。地热资源是典型的清洁能源，具有可持续、可再生、可综合利用等优越性，具有巨大的经济价值。目前，我国大多数地热资源都没有被开发利用，特别是深层地热资源如干热岩资源。干热岩是指一种不含水或蒸汽，埋深为3～10km，温度为150°～650°的致密热岩体，具有绿色、稳定、利用率高等诸多优点。截至目前为止，全球探明的干热岩资源量为世界上所有石油、天然气和煤炭所蕴藏能量的30倍，预测将来干热岩资源会成为能源格局中重要的一部分。

干热岩的开发工程又叫增强型地热系统(EGS)，是通过向人工压裂的低渗透性岩体中注入冷水，冷水通过裂隙带与高温岩体接触加热，然后形成闭合回路，热水回到地面后加以利用的工程。由此可知，这其中的重要一个环节就是流体与周围岩体换热，涉及的核心问题为热交换的问题，本质上就是流体在高温裂隙岩体中渗流过程的热传递的问题。因此，弄清干热岩裂隙渗流的裂隙扩展机制及渗流特性，从而可以有利于解决所述的核心问题。

由于干热岩属于新型地热资源，目前世界上还没有形成一套完善成熟的理论对其进行开发利用，我国对此的开发研究也正处于初期的探索阶段。虽然对增强型地热系统研究已有40年的历史，但是研究的重点依然处于对储层改造方面，大家普遍关心热交换量，所以离商业化的开采还存在着很大的距离。因此，对增强型地热系统开采的研究大多数还处于理论分析阶段。

目前大家研究储层改造中的核心问题就是应力场、水动力场、温度场的时空演化规律，更一般来说就是热—水动力—力学的耦合问题，这其中涉及多个学科交叉和复杂的地质情况，因此难以在单纯的数学物理分析上有所突破。目前，大多数学者是采用数值模拟分析计算，分析不同温度、不同裂隙间隔等参数对热开采效率进行研究。但是数值模拟计算结果的精确结果很大程度上受限于计算参数的选取，同时建模者对该问题的认知程度也一定程度上影响计算结果，所以与实际情况也存在一段距离。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，并提供一种干热岩裂隙渗流和热交换过程可视化的试验装置，可以模拟干热岩开采过程，解决了现有技术中无法实时监测干热岩开发利用工程中裂隙渗流的情况以及水温情况的弊端，并可通过可视化界面实时观测试验情况。

实现本发明目的所采用的技术方案为，一种干热岩裂隙渗流和热交换过程可视化试验装置，包括试验腔，可视化单元，温度控制单元，以及与试验腔连通的注入控制单元、围压控制单元、轴压控制单元和流出控制单元；

所述试验腔包括岩样夹持器、密封铸件以及相互连通的围压加压腔与轴压加压腔，试验腔的入口和出口均通过密封铸件密封，岩样夹持器固定于围压加压腔中，所述岩样夹持器由铸铁管片构件、隔热板、导热管壳、耐高温橡胶垫片、导热硅胶层拼装构成，所述铸铁管片构件、导热管壳和导热硅胶层均为弧形管片，导热管壳贴合于导热硅胶层的外表面，耐高温橡胶垫片包裹于铸铁管片构件的外表面，铸铁管片构件、耐高温橡胶垫片、导热管壳和导热硅胶层构成圆管结构，岩样紧密固定于圆管结构中，圆管结构的长度大于岩样的长度，隔热板的下部固定于铸铁管片构件与导热管壳以及导热硅胶层的连接处、上部与围压加压腔的腔壁连接；

所述注入控制单元包括通过带阀门的注入管道顺序连通的注入水槽、恒速恒压水泵和中间活塞容器，注入控制单元通过试验腔的入口与岩样夹持器连通，连通岩样夹持器与中间活塞容器的注入管道上安装有注入压力感应器；

所述围压控制单元包括通过带阀门的围压管道顺序连通的围压加压水槽和围压自动加压泵，围压管道上安装有围压压力感应器，围压控制单元通过围压加压腔上设置的围压注入口与围压加压腔连通；

所述轴压控制单元包括通过带阀门的轴压管道顺序连通的轴压加压水槽和轴压自动加压泵，轴压管道上安装有轴压压力感应器，轴压控制单元通过轴压加压腔上设置的轴压注入口与轴压加压腔连通；

所述流出控制单元包括通过带阀门的流出管道顺序连通的回收水槽和冷凝容器，流出管道上安装有流出压力感应器和流速计，流出控制单元通过试验腔的出口与岩样夹持器连通；

所述温度控制单元包括加热装置和与加热装置相连的导热元件，导热元件固定于围压加压腔上设置的温度加温口中并且与围压加压腔腔壁相接触；

所述可视化单元包括电性连接的红外热成像仪、控制器和可视化界面，红外热成像仪的感应端与导热管壳的位置相对，注入压力感应器、围压压力感应器、轴压压力感应器、流出压力感应器和加热装置均与控制器电性连接。

所述试验腔为对称结构，由顺序连通并且螺纹连接的第一密封铸件、第一轴压加压腔、围压加压腔、第二轴压加压腔和第二密封铸件以及固定于围压加压腔中的岩样夹持器构成；注入管道的出口段固定于第一密封铸件和第一轴压加压腔中，注入管道的出口与岩样夹持器的一端连通，流出管道的出口段固定于第二密封铸件和第二轴压加压腔中，流出管道的出口与岩样夹持器的另一端连通。

第一密封铸件与第二密封铸件均为带内螺纹的环形密封铸件，第一密封铸件与注入管道之间以及第二密封铸件与流出管道之间的间隙均通过带外螺纹的螺纹铸件密封；注入管道和流出管道的出口段上均套设有引导管，两个引导管分别固定于第一轴压加压腔和第二轴压加压腔中；注入管道和流出管道的出口上均设有带引导孔的活动引导铸件，引导孔的孔径与与之连通的管道管径相同。

所述温度加温口、围压注入口、轴压注入口以及螺纹铸件的开口上均设有螺丝密封组件，所述螺丝密封组件包括螺钉、垫片和硅胶密封圈，垫片位于硅胶密封圈上，垫片和硅胶密封圈通过螺钉固定。

围压控制单元和轴压控制单元中均安装有由超压管道和安装其上的控制阀门构成的超压保护装置。

所述注入管道、流出管道、围压管道和轴压管道均为铸铁管道，隔热板为金属隔热板，导热管壳优选硅酸铝管壳，围压加压腔与轴压加压腔的材料均为高铬白口抗磨铸铁，所述阀门为铬钢阀门。

所述注入管道的入口上设有陶瓷滤芯。

所述红外热成像仪的感应端与导热管壳之间设有耐高温光学镜头。

本发明使用的红外热成像仪包括红外感应系统和数据处理系统，所述红外感应系统包括电性连接的红外探测装置、红外感应器和电子元件，所述数据处理系统包括储存模块、视频处理模块、温度表达装置、视频表达模块和温度处理模块，数据处理系统通过数据输出模块与控制器电性连接。

由上述技术方案可知，本发明提供的干热岩裂隙渗流和热交换过程可视化试验装置，主体包括试验腔、可视化单元，温度控制单元，以及与试验腔连通的注入控制单元、围压控制单元、轴压控制单元和流出控制单元；其中，1、试验腔，用于放置干热岩岩样并提供地层高温高压密封环境，包括岩样夹持器、密封铸件、围压加压腔和轴压加压腔，岩样固定于岩样夹持器中，岩样夹持器由铸铁管片构件、隔热板、导热管壳、耐高温橡胶垫片、导热硅胶层拼装构成，铸铁管片构件和耐高温橡胶垫片分隔围压加压水与岩样，使得岩样处于密封环境并且围压可以均匀加载于岩样上同时热量均匀传导至岩样内，隔热板、导热硅胶层和导热管壳共同构成温度导出装置，隔热板用于隔绝水中热量传递到可视化系统的采集范围内，避免对红外成像形成干扰，导热硅胶层具有优良的导热性能，用于进行裂隙渗流中的水与干热岩岩样之间的热传递，导热管壳用于隔绝围压加压水中的热量同时承受围压，围压加压腔和轴压加压腔分别用于对岩样夹持器中的岩样提供围压和轴压，密封铸件密封试验腔的入口和出口，为岩样提供密封环境；2、注入控制单元，用于注入裂隙渗流所需的水以及监测水的注入情况，恒速恒压水泵、中间活塞容器及注入压力感应器用于控制渗流的流速及注入压力，注入管道和阀门用于控制水流；3、流出控制单元，用于收集裂隙渗流后的水以及监测水流出的情况，流出压力感应器用于监测流出压力，冷凝容器用于冷却渗流后的水，流速计用于监测流出水的流速，回收水槽用于收集反应后的水，阀门设置于调节水流流动状态；4、围压控制单元，用于提供岩样所需的高围压环境，给处于岩样夹持器中的岩样施加围压，围压自动加压泵用于形成加压压力，围压压力感应器用于监测围压大小，围压管道与围压加压腔连通对岩样夹持器形成围压；5、轴压控制单元，用于提供岩样所需的高轴压环境、给处于岩样夹持器中的岩样施加轴压，轴压自动加压泵用于形成加压压力，轴压压力感应器用于监测轴压大小，轴压管道与轴压加压腔连通对岩样夹持器形成轴压；6、温度控制单元，用于提供岩样所需的高温环境并且给处于岩样夹持器中的岩样加温，加热装置用于产生热量、监测温度，导热元件与围压加压腔腔壁相接触，用于将加热装置产生的热量传递至围压加压腔腔壁，围压加压腔腔壁均匀加热围压加压腔中水，热量沿围压加压腔、围压加压腔中的水、耐高温橡胶垫片和铸铁管片构件顺序传导，从而使得岩样处于高温环境；7、可视化单元，用于监测试验过程中水在含有裂隙的干热岩中的渗流情况，红外热成像仪设置于温度导出装置的一定距离内，用于监测裂隙渗流情况，探测导热硅胶层传递的热量并形成红外图像及等温线，将此红外热成像仪连接于控制器上，所述控制器对红外热成像仪传导出的红外图像和等温线进行分析和记录，并且采集前述单元中各压力感应器采集的压力信号以及加热装置的温度信号并将各信号通过可视化界面显示，可视化界面还用于显示红外热成像仪采集的红外成像视频。

为模拟干热岩在地层中所处的地质环境，试验腔设置为对称结构，岩样固定于长度大于岩样的长度的岩样夹持器中，使得岩样夹持器中的岩样均匀受压；密封铸件的内表面为内螺纹结构，密封铸件与螺纹铸件通过螺纹旋紧形成密封构件，实现试验腔的密封；温度加温口、围压注入口、轴压注入口以及螺纹铸件的开口上均设有螺丝密封组件，螺丝密封组件中的硅胶密封圈封闭上述开口与固定其中的管道之间的间隙，防止热量散失或水流溢出，垫片位于硅胶密封圈上，对硅胶密封圈起保护作用，垫片和硅胶密封圈均通过螺钉固定于上述开口上；注入管道和流出管道的出口上均设有带引导孔的活动引导铸件，用于引导水流作用于岩样表面。

注入管道的入口上设置陶瓷滤芯，陶瓷滤芯用于过滤蒸馏水中的杂质，防止恒速恒压泵的堵塞，注入控制单元注入的水通过中间活塞容器进入岩样夹持器，陶瓷滤芯过滤杂质也可有效防止中间活塞容器受杂质磨损，提高中间活塞容器的使用寿命。

围压控制单元和轴压控制单元中均安装有由超压管道和安装其上的控制阀门构成的超压保护装置，超压保护装置用于保护岩样夹持器和岩样在确定的压力范围内，并且用于泄压。

红外热成像仪的感应端与导热管壳之间设有耐高温光学镜头，耐高温光学镜头适用于高温环境，能消除像差和离焦，不仅用于接收和汇聚被测物体发射的红外辐射，同时可以准确的拍摄试验进行的范围。

干热岩本身复杂的物理化学结构以及干热岩所处的高温高压且封闭的地质环境，使得从理论上研究热交换情况、渗流情况显得苦难重重，本发明提供的干热岩裂隙渗流和热交换过程可视化试验装置可采用试验的方法研究干热岩裂隙渗流情况，尤其是可以观察裂隙水的渗流情况、实时监测渗流中水温度情况。该装置不仅仅可以很好的构建干热岩所处的高温高压的地质环境，还可以实时监测裂隙发展情况、水温情况，对增强型地热系统的研究具有重要意义。尤其是采用红外热成像可视化试验系统，可以监测流动的水在高温高压的岩石中的裂隙渗流情况，从中可以寻找出渗流的规律，形成的等温线可以计算其热交换的情况，从而计算实际的干热岩采热能力，构建数值模拟计算平台，从而指导实际的干热岩的采热过程，解决岩土工程领域内这一急需解决的问题。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、该装置适用不同温度且满足高温试验，通过加热装置可以实现不同温度的试验模拟，装置满足高温试验的要求；

2、该装置适用不同压力且满足高压试验，通过围压控制系统和轴压控制系统可以实现不同轴压、不同围压的模拟，本装置中注入管道、流出管道、围压管道和轴压管道均为铸铁管道，隔热板为金属隔热板，导热管壳优选耐高温高压且价格便宜的硅酸铝管壳，围压加压腔与轴压加压腔的材料均为高铬白口抗磨铸铁，阀门为铬钢阀门，均适用于高压试验；

3、该装置可监测渗流情况且表征裂隙扩展，注入控制装置跟流出控制装置可以实现渗流情况的监测，通过可视化系统可监测裂隙情况；

4、该装置可监测水温情况且能为热交换提供可靠试验数据，通过可视化系统可以实时监测渗流情况、水温情况，从而计算热交换量；

5、干热岩工程在开采过程中涉及流体在储层人工裂隙中渗流状态的变化，该装置中的红外热成像可视化试验系统可获取渗透率变化情况、裂隙扩展情况、水质变化情况以及是否会产生水垢堵塞裂隙等情况，即本装置可模拟干热岩地热的开采过程，实现室内研究。

附图说明

图1为本发明提供的干热岩裂隙渗流和热交换过程可视化试验装置的结构示意图。

图2为图1的A处局部放大图。

图3为可视化单元的结构示意图。

其中，1、恒速恒压泵；2、1号阀门；3、2号阀门；4、3号阀门；5、中间活塞容器；6、4号阀门；7、5号阀门；8、6号阀门；9、注入压力感应器；10、超压管道；11、控制阀门；12、轴压注入口；13、第一轴压加压腔；14、引导管；15、螺纹铸件；16、第一密封铸件；17、加热装置；18、围压加压腔；19、活动引导铸件；20、硅胶密封圈；21、垫片；22、围压注入口；23、干热岩岩样；24、耐高温橡胶垫片；25、铸铁管片构件；26、注入管道；27、流出压力感应器；28、9号阀门；29、冷凝容器；30、轴压压力感应器；31、10号阀门；32、轴压自动加压泵；33、轴压加压水槽；34、流出管道；35、围压管道；36、陶瓷滤芯；37、注入水槽；38、红外热成像仪；39、耐高温光学镜头；40、红外感应系统；401、红外探测装置；402、红外感应器；403、电子元件；41、数据处理系统；411、储存模块；412、视频处理模块；413、温度表达装置；414、视频表达模块；415、温度处理模块；42、温度加温口；43、围压压力感应器；44、11号阀门；45、围压自动加压泵；46、围压加压水槽；47、轴压管道；48、流速计；49、回收水槽；50、控制器；51、可视化界面；52、金属隔热板；53、硅酸铝管壳；54、导热硅胶；55、岩样裂隙；56、数据输出模块；57、螺钉；58、导热元件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细具体说明，本发明的内容不局限于以下实施例。

本发明提供的干热岩裂隙渗流和热交换过程可视化试验装置，其结构如图1和图3所示，包括试验腔，可视化单元，温度控制单元，以及与试验腔连通的注入控制单元、围压控制单元、轴压控制单元和流出控制单元；

所述试验腔为对称结构，由顺序连通并且螺纹连接的第一密封铸件16、第一轴压加压腔13、围压加压腔18、第二轴压加压腔和第二密封铸件以及固定于围压加压腔中的岩样夹持器构成，第一密封铸件16与第二密封铸件均为带内螺纹的环形密封铸件，如图3所示，所述岩样夹持器由铸铁管片构件25、金属隔热板52、硅酸铝管壳53、耐高温橡胶垫片24、导热硅胶层54拼装构成，所述铸铁管片构件25、硅酸铝管壳53和导热硅胶层均为弧形管片，硅酸铝管壳53贴合于导热硅胶层的外表面，耐高温橡胶垫片24包裹于铸铁管片构件25的外表面，铸铁管片构件25、耐高温橡胶垫片、硅酸铝管壳53和导热硅胶层构成圆管结构，干热岩岩样23紧密固定于圆管结构中，圆管结构的长度大于干热岩岩样23的长度，金属隔热板52的下部固定于铸铁管片构件25与硅酸铝管壳53以及铸铁管片构件25与导热硅胶层的连接处，金属隔热板52的上部与围压加压腔18的腔壁连接；

所述注入控制单元包括通过带阀门(包括1号阀门2、2号阀门3、3号阀门4、4号阀门6、5号阀门7和6号阀门8)的注入管道26顺序连通的注入水槽37、恒速恒压水泵1和中间活塞容器5，注入管道26的入口上设有陶瓷滤芯36，注入管道26的出口段固定于第一密封铸件16和第一轴压加压腔13中，第一密封铸件16与注入管道26之间的间隙通过带外螺纹的螺纹铸件15密封，位于第一轴压加压腔中的注入管道26上套设有引导管14，注入管道的出口上设有带引导孔的活动引导铸件19，引导孔的孔径与注入管道26管径相同，注入管道的出口通过引导孔与岩样夹持器的一端连通，连通岩样夹持器与中间活塞容器的注入管道上安装有注入压力感应器9；

所述围压控制单元包括通过带阀门(11号阀门44)的围压管道35顺序连通的围压加压水槽46和围压自动加压泵45，围压管道35上安装有围压压力感应器43，围压控制单元通过围压加压腔上设置的围压注入口22与围压加压腔18连通，围压管道35上安装有由超压管道10和安装其上的控制阀门11构成的超压保护装置；

所述轴压控制单元包括通过带阀门(10号阀门31)的轴压管道47顺序连通的轴压加压水槽33和轴压自动加压32泵，轴压管道上安装有轴压压力感应器30，轴压控制单元通过轴压加压腔上设置的轴压注入口12与第一轴压加压腔13连通，轴压管道47上安装有由超压管道10和安装其上的控制阀门11构成的超压保护装置，围压加压腔与轴压加压腔的材料均为高铬白口抗磨铸铁；

所述流出控制单元包括通过带阀门(9号阀门28)的流出管道34顺序连通的回收水槽49和冷凝容器29，流出管道上安装有流出压力感应器27和流速计48，流出管道34的出口段固定于第二密封铸件和第二轴压加压腔中，第二密封铸件与流出管道34之间的间隙通过带外螺纹的螺纹铸件15密封，位于第二轴压加压腔中的流出管道34上套设有引导管14，流出管道34的出口上设有带引导孔的活动引导铸件19，引导孔的孔径与流出管道34管径相同，流出管道34的出口通过引导孔与岩样夹持器的另一端连通，注入管道26、流出管道34、围压管道35和轴压管道47均为铸铁管道，上述阀门均为铬钢材料制成的阀门，所述温度加温口42、围压注入口22、轴压注入口12以及螺纹铸件15的开口上均设有螺丝密封组件，参见图2，所述螺丝密封组件包括螺钉57、垫片21和硅胶密封圈20，垫片位于硅胶密封圈上，垫片和硅胶密封圈通过螺钉固定；

所述温度控制单元包括加热装置17和与加热装置相连的导热元件58，导热元件58固定于围压加压腔上设置的温度加温口42中并且与围压加压腔18腔壁焊接连接；

参见图3，所述可视化单元包括电性连接的红外热成像仪38、控制器50和可视化界面51，红外热成像仪38的感应端与硅酸铝管壳53的位置相对，红外热成像仪38的感应端与硅酸铝管壳53之间设有耐高温光学镜头39，所述红外热成像仪38包括红外感应系统40和数据处理系统41，所述红外感应系统包括电性连接的红外探测装置401、红外感应器402和电子元件403，数据处理系统41包括储存模块411、视频处理模块412、温度表达装置413、视频表达模块414和温度处理模块415，数据处理系统41通过数据输出模块56与控制器50电性连接，注入压力感应器9、围压压力感应器43、轴压压力感应器30、流出压力感应器27和加热装置17均与控制器50电性连接。

本发明提供的干热岩裂隙渗流和热交换过程可视化试验装置的使用步骤如下：

步骤1：按照试验要求制作含有裂隙55的干热岩岩样23；先密封并固定装置的第一轴压加压腔13、14引导管、第一密封铸件16和螺纹铸件15；随后向岩样夹持器内装入活动引导铸件19，将干热岩岩样23的裂隙55平行于夹持器轴向并且与活动引导铸件19贴合，岩样后端也装入并贴合好活动引导铸件；将第二轴压加压腔、引导管、第二密封铸件和螺纹铸件密封并固定；

步骤2：组合好陶瓷滤芯36与注入管道26，将蒸馏水倒入注入水槽37中；打开恒速恒压泵1，打开中间活塞容器5；打开注入控制单元所有阀门(1号阀门2、2号阀门3、3号阀门4、4号阀门6、5号阀门7、6号阀门8)和流出控制单元的阀门(9号阀门28)，关闭两个超压保护装置中的控制阀门11、围压控制单元的阀门(11号阀门44)和轴压控制单元的阀门(10号阀门31)；关闭轴压加压系统，围压加压系统，温度控制系统，打开流速计48，检查是否水流可以正常通过，从可视化界面51中读取注入压力感应器9、流出压力感应器27传回的数据，记录流速计48的数据；

步骤3：打开10号阀门31、关闭轴压超压保护装置的控制阀门；向轴压加压水槽33注入轴压加压水，打开轴压自动加压泵32调节至轴压压力值，从可视化界面51中读取轴压压力感应器30传回的数据；

步骤4：打开11号阀门44，关闭围压超压保护装置的控制阀门；向围压加压水槽46注入围压加压水，打开围压自动加压泵45调节至围压压力值，从可视化界面51中读取围压压力感应器43传回的数据；

步骤5：打开加热装置17，调节至所要温度值，从可视化界面51中读取传回的温度；

步骤6：打开高性能红外热成像仪38，调节耐高温光学镜头39、红外感应系统40至岩样裂隙渗流的位置，查看可视化界面51中传回的图像以及温度曲线图；

步骤7：在此设定好的温度、围压、轴压、注入压力后，读取可视化界面51的各个数据，分析在此条件下的裂隙扩展机制及渗流机制；

步骤8：关闭10号阀门31、轴压自动加压泵32，打开轴压超压保护装置的控制阀门，轴压加压水从轴压超压保护装置的出水口排出，轴压将降至为零；可按上述步骤3重新设置轴压；

步骤9：关闭11号阀门44、围压自动加压泵45，打开围压超压保护装置的控制阀门，围压加压水从围压超压保护装置的出水口排出，围压将降至为零；可按上述步骤4重新设置围压；

步骤10：试验结束后关闭恒速恒压泵1、中间活塞容器5，以及注入控制单元、围压控制单元、轴压控制单元和流出控制单元中所有阀门，打开两个超压保护装置中的控制阀门11；关闭轴压自动加压泵32、围压自动加压泵45，关闭加热装置17，高性能红外热成像仪38，关闭流速计48，将反应后的回收水收集起来；

步骤11：导出各类数据，进行处理，分析干热岩的裂隙扩展机制及渗流机制，计算热交换量值。

Claims (8)

1.一种干热岩裂隙渗流和热交换过程可视化试验装置，其特征在于：包括试验腔，可视化单元，温度控制单元，以及与试验腔连通的注入控制单元、围压控制单元、轴压控制单元和流出控制单元；

所述试验腔包括岩样夹持器、密封铸件以及相互连通的围压加压腔与轴压加压腔，试验腔的入口和出口均通过密封铸件密封，岩样夹持器固定于围压加压腔中，所述岩样夹持器由铸铁管片构件、隔热板、导热管壳、耐高温橡胶垫片、导热硅胶层拼装构成，所述铸铁管片构件、导热管壳和导热硅胶层均为弧形管片，导热管壳贴合于导热硅胶层的外表面，耐高温橡胶垫片包裹于铸铁管片构件的外表面，铸铁管片构件、耐高温橡胶垫片、导热管壳和导热硅胶层构成圆管结构，岩样紧密固定于圆管结构中，圆管结构的长度大于岩样的长度，隔热板的下部固定于铸铁管片构件与导热管壳以及铸铁管片构件与导热硅胶层的连接处、上部与围压加压腔的腔壁连接；

所述注入控制单元包括通过带阀门的注入管道顺序连通的注入水槽、恒速恒压水泵和中间活塞容器，注入控制单元通过试验腔的入口与岩样夹持器连通，连通岩样夹持器与中间活塞容器的注入管道上安装有注入压力感应器；

所述围压控制单元包括通过带阀门的围压管道顺序连通的围压加压水槽和围压自动加压泵，围压管道上安装有围压压力感应器，围压控制单元通过围压加压腔上设置的围压注入口与围压加压腔连通；

所述轴压控制单元包括通过带阀门的轴压管道顺序连通的轴压加压水槽和轴压自动加压泵，轴压管道上安装有轴压压力感应器，轴压控制单元通过轴压加压腔上设置的轴压注入口与轴压加压腔连通；

所述流出控制单元包括通过带阀门的流出管道顺序连通的回收水槽和冷凝容器，流出管道上安装有流出压力感应器和流速计，流出控制单元通过试验腔的出口与岩样夹持器连通；

所述温度控制单元包括加热装置和与加热装置相连的导热元件，导热元件固定于围压加压腔上设置的温度加温口中并且与围压加压腔腔壁相接触；

所述可视化单元包括电性连接的红外热成像仪、控制器和可视化界面，红外热成像仪的感应端与导热管壳的位置相对，注入压力感应器、围压压力感应器、轴压压力感应器、流出压力感应器和加热装置均与控制器电性连接。

2.根据权利要求1所述的干热岩裂隙渗流和热交换过程可视化试验装置，其特征在于：所述试验腔为对称结构，由顺序连通并且螺纹连接的第一密封铸件、第一轴压加压腔、围压加压腔、第二轴压加压腔和第二密封铸件以及固定于围压加压腔中的岩样夹持器构成；注入管道的出口段固定于第一密封铸件和第一轴压加压腔中，注入管道的出口与岩样夹持器的一端连通，流出管道的出口段固定于第二密封铸件和第二轴压加压腔中，流出管道的出口与岩样夹持器的另一端连通。

3.根据权利要求2所述的干热岩裂隙渗流和热交换过程可视化试验装置，其特征在于：第一密封铸件与第二密封铸件均为带内螺纹的环形密封铸件，第一密封铸件与注入管道之间以及第二密封铸件与流出管道之间的间隙均通过带外螺纹的螺纹铸件密封；注入管道和流出管道的出口段上均套设有引导管，两个引导管分别固定于第一轴压加压腔和第二轴压加压腔中；注入管道和流出管道的出口上均设有带引导孔的活动引导铸件，引导孔的孔径与与之连通的管道管径相同。

4.根据权利要求3所述的干热岩裂隙渗流和热交换过程可视化试验装置，其特征在于：所述温度加温口、围压注入口、轴压注入口以及螺纹铸件的开口上均设有螺丝密封组件，所述螺丝密封组件包括螺钉、垫片和硅胶密封圈，垫片位于硅胶密封圈上，垫片和硅胶密封圈通过螺钉固定。

5.根据权利要求1所述的干热岩裂隙渗流和热交换过程可视化试验装置，其特征在于：围压控制单元和轴压控制单元中均安装有由超压管道和安装其上的控制阀门构成的超压保护装置。

6.根据权利要求1所述的干热岩裂隙渗流和热交换过程可视化试验装置，其特征在于：所述注入管道、流出管道、围压管道和轴压管道均为铸铁管道，隔热板为金属隔热板，导热管壳优选硅酸铝管壳，围压加压腔与轴压加压腔的材料均为高铬白口抗磨铸铁，所述阀门为铬钢阀门。

7.根据权利要求1所述的干热岩裂隙渗流和热交换过程可视化试验装置，其特征在于：所述注入管道的入口上设有陶瓷滤芯。

8.根据权利要求1所述的干热岩裂隙渗流和热交换过程可视化试验装置，其特征在于：所述红外热成像仪的感应端与导热管壳之间设有耐高温光学镜头。