CN108007845A - 一种可改变裂隙开度的高温裂隙渗流模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可改变裂隙开度的高温裂隙渗流模拟装置，通过进水口传输模拟进入地下岩石的低温水，活动滑板与盖板连接形成空腔，内部填充岩块，低温水流进岩块中，通过裂隙均匀分布的陶瓷支撑球改变裂隙的开度，采用电加热板对岩块内渗流的低温水进行加热，经出水口流出，通过进水温度传感器、进水压力传感器、出水温度传感器、出水压力传感器、流量计采集的进出水的温度、压力计流量信息，微型温度与流量传感器采集的裂隙内部流体流动与岩石温度分布以及换热情况，对裂隙高温流体渗流的机理研究提供科学的数据支持。
Description
技术领域
本发明涉及地热开采技术领域，具体涉及一种可改变裂隙开度的高温裂隙渗流模拟装置。
背景技术
干热岩的储量十分丰富，它所储的热能约为已探明的地热资源总量的30％，比蒸汽、热水和地压型资源要大得多，比煤炭、石油、天然气的热能总和还要大。地壳中干热岩所蕴含的能量相当于全球所有石油、天然气和煤炭所蕴藏能量的30倍。基于现有地热测量数据，中国大陆地区3～10km深度段干热岩地热资源总量为2.09×107EJ，中国地质调查发布的资源基数为(2.52×107EJ)，相当于71.5×105亿t标准煤；即使按2％的可开采资源量计算，亦达4.2×105EJ，相当于14.3×103亿t标准煤，是中国大陆2010年能源消耗总量的4400倍。随着传统化石能源的日益减少，地热能具备在中国能源中占有重要位置的资源基础。中国地热资源构成中，干热岩地热资源占主导地位，其可采资源量(即使按2％提取)是传统水热型地热资源量的168倍。
增强型地热系统(EGS)是在干热岩地层进行人工压裂形成的热储层，是从地下深部低渗透性干热岩中经济地采出相当数量地热能的人工地热系统。EGS的地热资源主要储藏在地壳内部(3～5km)，所以在生产期间会完成两口相距100～800m间距的井，即注入井和生产井。由注入井向地下人工压裂的裂隙中注入较低温度(50～80℃)的流体，使流体充分穿过人工裂隙与干热岩发生对流热交换，最后在地表，从生产井中获得工业所需要的较高温度(120～250℃)的流体，用于发电等用途。最后冷却后的水再次通过高压泵注入地下热交换系统循环使用。
由于人工压裂的热储绝大部分均受到一条单一裂缝影响，在EGS稳定的生产过程中，裂隙开度变化很小，不便于研究单一裂隙渗流的传热机理。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种含有注水井与出水井的水平裂隙渗流，可改变裂隙开度的模拟装置。
为解决上述技术问题，本发明实施例采用的技术方案是，一种可改变裂隙开度的高温裂隙渗流模拟装置，包括进水口、出水口、活动滑板、盖板、电加热板、进水温度传感器、进水压力传感器、出水温度传感器、出水压力传感器、流量计、微型温度与流量传感器；所述活动滑板与所述盖板可拆卸式连接形成空腔，所述空腔内部填充岩块，岩块之间设有裂隙，所述裂隙的边缘均匀分布陶瓷支撑球；在所述裂隙内紧贴岩块均匀分布所述微型温度与流量传感器；所述电加热板位于所述活动滑板与所述岩块的底部之间；与所述进水口连通的进水管路上依次设置所述进水温度传感器、进水压力传感器；与所述出水口连通的出水管路上依次设置出水温度传感器、出水压力传感器、流量计。
优选地，所述活动滑板与所述岩块之间设有保温层，所述电加热板位于所述保温层与所述岩块之间；紧贴岩块一周设置防水密封塞。
优选地，所述活动滑板与所述盖板之间设有隔热板，所述隔热板与所述盖板之间设有填充砂砾的布袋。
优选地，所述出水口设有4个，其中一个所述出水口作为模拟生产井，所述进水口与作为模拟生产井的出水口间隔400mm。
优选地，还包括存储不同温度去离子水的恒温供液槽，与所述进水管路连通。
优选地，还包括出水槽，与所述出水管路连通。
优选地，还包括温度控制装置，所述温度控制装置与所述电加热板连接。
优选地，所述活动滑板与所述盖板通过螺钉紧固连接。
优选地，还包括控制系统，所述进水压力传感器、进水温度传感器、出水温度传感器、出水压力传感器和流量计分别监测的进水压力值、进水温度值、出水压力值、出水温度值与出水流量值均传输至所述控制系统。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明的可以改变裂隙开度的高温裂隙渗流模拟装置，通过进水口传输模拟进入地下岩石的低温水，活动滑板与盖板连接形成空腔，内部填充岩块，低温水流进岩块中，通过裂隙均匀分布的陶瓷支撑球改变裂隙的开度，采用电加热板对岩块内渗流的低温水进行加热，经出水口流出，通过进水温度传感器、进水压力传感器、出水温度传感器、出水压力传感器、流量计采集的进出水的温度、压力计流量信息，微型温度与流量传感器采集的裂隙内部流体流动与岩石温度分布以及换热情况，对裂隙高温流体渗流的机理研究提供科学的数据支持。
附图说明
图1是本发明实施例装置的结构示意图；
图2是本发明实施例装置的进水口与出水口的结构示意图；
图3是本发明实施例装置的微型温度与流量传感器的分布结构示意图。
其中：进水口1、出水口2、岩块3、防水密封塞4、电加热板5、保温层6、裂隙7、温度控制装置8、进水温度传感器9、进水压力传感器10、出水温度传感器11、出水压力传感器12、流量计13、高压柱塞泵14、恒温供液槽15、出水槽16、陶瓷支撑球17、微型温度与流量传感器18、布袋19、活动滑板20、螺钉21、隔热板22、盖板23、控制系统24。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1、2、3，本发明的实施例提供了一种可改变裂隙开度的高温裂隙渗流模拟装置，包括进水口1、出水口2、活动滑板20、盖板23、电加热板5、进水温度传感器9、进水压力传感器10、出水温度传感器11、出水压力传感器12、流量计13、微型温度与流量传感器18；所述活动滑板20与所述盖板23可拆卸式连接形成空腔，所述空腔内部填充岩块3，根据岩块3的大小可调节活动滑板20与盖板23形成的空腔大小，且便于更换不同的岩块3进行模拟实验，填充的岩块为2块，其尺寸为500mm*100mm*48～50mm；两岩块3之间设有裂隙7，裂隙7与进水口1、出水口2连通，所述进水口1、出水口2时在岩块3的上表面间隔移动距离钻出的8mm～10mm的通道；所述裂隙7的边缘均匀分布陶瓷支撑球17，边缘分布不影响岩块3之间的相互作用，采用不同直径大小的陶瓷支撑球17调节裂隙的开度为1mm～6mm；在所述裂隙7内紧贴岩块3均匀分布所述微型温度与流量传感器18，两相邻的微型温度与流量传感器18的横向间隔为80mm，纵向间隔为20mm，可根据需要具体设置，用于采集裂隙7内部流体流动与岩石温度分布以及换热情况，且对模拟实验的过程不造成任何影响；所述电加热板5位于所述活动滑板20与所述岩块3的底部之间，电加热板5的功率为1200W，能够提供接近200℃的高温，通过电加热板5为岩块3内部渗流的低温水加热模拟地热加热成高温水通过所述出水口2流出；与所述进水口1连通的进水管路上依次设置所述进水温度传感器9、进水压力传感器10，采集模拟实验进水的温度、压力值；与所述出水口2连通的出水管路上依次设置所述出水温度传感器11、出水压力传感器12、流量计13，采集经岩块渗流作用后的高温水的温度、压力与流量，可实现不同裂隙开度的高温流体渗流模拟过程，并为其机理研究提供可科学的数据支持。
进一步地，所述活动滑板20与所述岩块3之间设有保温层6，所述电加热板5位于所述保温层6与所述岩块3之间，保温层3对加热后的岩块3起到保温作用，保证模拟地热加热过程的稳定性；紧贴岩块3一周设置防水密封塞4，防止水从裂隙7四周流出，同时满足导热系数>＝2W/(m·K)，耐高温为50℃～300℃。
进一步地，所述活动滑板20与所述盖板23之间设有隔热板22，降低电加热板5对岩块3加热后热量的散发速度，为了使热量不会严重散失，所述隔热板22的厚度不小于120mm，且隔热板22内的凹槽中含有数据传输线孔槽，便于与所述微型温度传感器与流速传感器18、进水口1、出水口2连接；所述隔热板22与所述盖板23之间设有填充砂砾的布袋19，所述布袋19压住岩块3，且能够平铺在隔热板22上，同时使隔热板22能够紧密的贴附在该布袋19上。
进一步地，所述出水口2设有4个，两相邻的出水口2之间的距离为50mm，其中一个所述出水口2作为模拟生产井，所述进水口1与作为模拟生产井的出水口2之间间隔400mm。通过选择不同出水口2，可改变进水口1(注水井)与生产井的距离。
进一步地，还包括高压柱塞泵14及存储不同温度去离子水的恒温供液槽15，所述恒温供液槽15与所述进水管路连通，为模拟岩块3高温渗流过程提供不同温度的恒温去离子水；所述高压柱塞泵14位于所述进水压力传感器10与所述恒温供液槽15之间，为传输恒温去离子水至岩块3中提供动力。
进一步地，还包括出水槽16，与所述出水管路连通，存储经岩块3高温作用后的高温水。
进一步地，还包括温度控制装置8，所述温度控制装置8与所述电加热板5连接，控制电加热板5的不同加热温度。
进一步地，所述活动滑板20与所述盖板23通过螺钉21紧固连接，可通过拧紧或拧松螺钉21调节需要的高度。
进一步地，还包括控制系统24，所述进水压力传感器9、进水温度传感器10、出水温度传感器11、出水压力传感器12和流量计13分别监测的进水压力值、进水温度值、出水压力值、出水温度值与出水流量值均传输至所述控制系统24，所述控制系统24为计算机，将接收的数据存储分析，为研究岩石高温渗流机理提供数据。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种可改变裂隙开度的高温裂隙渗流模拟装置，其特征是，包括进水口、出水口、活动滑板、盖板、电加热板、进水温度传感器、进水压力传感器、出水温度传感器、出水压力传感器、流量计、微型温度与流量传感器；所述活动滑板与所述盖板可拆卸式连接形成空腔，所述空腔内部填充岩块，岩块之间设有裂隙，所述裂隙的边缘均匀分布陶瓷支撑球；在所述裂隙内紧贴岩块均匀分布所述微型温度与流量传感器；所述电加热板位于所述活动滑板与所述岩块的底部之间；与所述进水口连通的进水管路上依次设置所述进水温度传感器、进水压力传感器；与所述出水口连通的出水管路上依次设置出水温度传感器、出水压力传感器、流量计。
2.根据权利要求1所述的一种可改变裂隙开度的高温裂隙渗流模拟装置，其特征是，所述活动滑板与所述岩块之间设有保温层，所述电加热板位于所述保温层与所述岩块之间；紧贴所述岩块一周设置防水密封塞。
3.根据权利要求1所述的一种可改变裂隙开度的高温裂隙渗流模拟装置，其特征是，所述活动滑板与所述盖板之间设有隔热板，所述隔热板与所述盖板之间设有填充砂砾的布袋。
4.根据权利要求1所述的一种可改变裂隙开度的高温裂隙渗流模拟装置，其特征是，所述出水口设有4个，其中一个所述出水口作为模拟生产井，所述进水口与作为模拟生产井的出水口间隔400mm。
5.根据权利要求1所述的一种可改变裂隙开度的高温裂隙渗流模拟装置，其特征是，还包括高压柱塞泵及存储不同温度去离子水的恒温供液槽，所述恒温供液槽与所述进水管路连通，所述高压柱塞泵位于所述进水压力传感器与所述恒温供液槽之间。
6.根据权利要求1所述的一种可改变裂隙开度的高温裂隙渗流模拟装置，其特征是，还包括温度控制装置，所述温度控制装置与所述电加热板连接。
7.根据权利要求1所述的一种可改变裂隙开度的高温裂隙渗流模拟装置，其特征是，还包括控制系统，所述进水压力传感器、进水温度传感器、出水温度传感器、出水压力传感器和流量计分别监测的进水压力值、进水温度值、出水压力值、出水温度值与出水流量值均传输至所述控制系统。
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