CN111351744B - 一种模拟孔隙-裂隙双重介质渗流特性的试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种模拟孔隙‑裂隙双重介质渗流特性的试验装置，包括双重介质，双重介质包括多个呈长方体的孔隙介质和多个裂隙介质；多个所述孔隙介质呈矩阵排列，所述孔隙介质呈长方体；相临两列之间的孔隙介质之间和相临两行之间的孔隙介质之间均具有空隙，所述空隙形成所述裂隙介质；双重介质的四周设有支撑板，相对设置的支撑板通过拉杆和螺母锁紧固定，孔隙介质的两端设有孔隙介质出入水口，裂隙介质的两端设有裂隙介质出入水口。本发明中的孔隙介质可以采用不同的岩石块体或自行配比的相似材料，大小、形状、渗透系数、强度可调，适用于大部分岩体模拟；具有多条裂隙开度随意调节，形成开度可变的裂隙网络，与实际岩体较为接近。

Description

一种模拟孔隙-裂隙双重介质渗流特性的试验装置

技术领域

本发明涉及双重介质渗流技术领域，具体而言是一种能考虑岩体内部裂隙网络结构的试验装置，尤其涉及一种模拟孔隙-裂隙双重介质渗流特性的试验装置。

背景技术

具有孔隙-裂隙双重介质结构的岩石是良好的油气储集场所之一，研究孔隙-裂隙双重介质渗流特性对油气的勘探与开发有指导性作用。实际工程中，由于双重介质结构非均质性和各向异性的复杂特征，只能分别针对孔隙或裂隙介质独立进行研究。由于孔隙、裂隙两种介质间相互作用，双重介质中客观存在孔隙-裂隙水交换现象，因此国内外学者大都采用含裂隙岩石模型进行相关试验研究。如何制作真实的孔隙-裂隙双重介质模型已发展为双重介质渗流领域的重点和难点。

目前，室内渗流模型试验是研究孔隙-裂隙双重介质渗流特性的基本方法。然而，国内外主要集中在具有单条裂隙的孔隙-裂隙双重介质渗流特性研究，关于复杂裂隙网络岩体的试验研究成果较少。下面将具有代表性的孔隙—裂隙双重介质模型或方法简介如下：

(1)2012，公开号为CN 102890147A的中国专利申请《一种用于模拟孔隙-裂隙双重介质渗流水力特性的试验系统》中，给出了一种用于模拟孔隙介质渗透性较好的双重介质渗流水力特性试验系统，孔隙介质为石英砂多孔混凝土，裂隙介质由有机玻璃板与多孔混凝土拼合而成。然而，裂隙由有机玻璃板与混凝土拼合而成的方法限制了裂隙的数目，该试验系统只能模拟单条裂隙，模型较为简单，与实际有较大差别。

(2)2013，公开号为CN 203595598U的中国专利申请《一种孔隙-裂隙两重介质实验装置》中，给出了一种由沙槽组合而成的孔隙-裂隙双重介质的制作方法，沙槽内两块带过滤网的一定间距的穿孔板将沙槽分为中间的裂隙介质区和两侧的孔隙介质区。然而，沙槽特性决定了该装置只适用于某些特定岩体，具有一定的局限性。

发明内容

根据上述提出技术问题，而提供一种模拟孔隙-裂隙双重介质渗流特性的试验装置。

本发明采用的技术手段如下：

一种模拟孔隙-裂隙双重介质渗流特性的试验装置，包括双重介质，所述双重介质的外表面涂有密封胶密封所述双重介质，所述双重介质的四周均设有支撑板，且相对设置的两个支撑板的顶部通过多个拉杆连接，所述拉杆的两端分别穿过两个所述支撑板并通过锁紧螺母锁紧；

所述双重介质包括多个呈长方体的孔隙介质和多个裂隙介质；

多个所述孔隙介质通过密封胶粘结在底座上，且多个所述孔隙介质呈矩阵排列，所述孔隙介质呈长方体；

相临两列之间的孔隙介质之间和相临两行之间的孔隙介质之间均具有空隙，所述空隙形成所述裂隙介质；且每行裂隙介质和每列裂隙介质内均设有调整所述裂隙介质开度的金属垫片组，所述金属垫片组包括设置在所述裂隙介质底部的底部金属垫片和设置在所述裂隙介质顶部的顶部金属垫片，所述顶部金属垫片和所述底部金属垫片均通过密封胶分别粘结在所述裂隙介质顶部和所述裂隙介质的底部；

每行所述裂隙介质的端部均通过密封胶密封；

呈列排列的所述裂隙介质的两端所对的支撑板上分别设有与所述裂隙介质连通的裂隙出入水口；

具有裂隙出入水口的支撑板在所述孔隙介质所对处分别具有孔隙介质出入水口；

所述孔隙介质的顶部开设有与所述孔隙介质连通的孔隙介质测压孔；

所述裂隙介质的顶部开设有与所述裂隙介质连通的裂隙介质测压孔。

进一步地，所述底部金属垫片呈长条形，并通过密封胶与所述底座及其两侧的所述孔隙介质粘结，所述顶部金属垫片呈L型，其竖直部进入所述裂隙介质内，并通过密封胶与其两侧的所述孔隙介质粘结，所述顶部金属垫片的水平部与所述孔隙介质的上表面通过密封胶粘结，所述底部金属垫片的宽度与所述竖直部的宽度相匹配。

进一步地，每列所述裂隙介质的两端分别具有裂隙介质出入口端板，且所述裂隙介质出入口端板上设有与所述裂隙介质出入水口连通的裂隙端板出入水口；

所述裂隙介质出入口端板的两侧具有与所述孔隙介质粘结固定的孔隙介质出入口端板，且所述孔隙介质出入口端板上设有与所述孔隙介质出入水口连通的孔隙端板出入水口；

所述裂隙介质出入口端板的两侧分别与其两侧的孔隙介质出入口端板粘结固定。

进一步地，所述孔隙介质出入口端板靠近所述孔隙介质的一侧具有密封圈，所述密封圈所围成的区域形成聚水区。

进一步地，四个所述支撑板中具有所述裂隙介质出入水口的两个支撑板分别具有多个水平设置的支撑杆Ⅰ，且所述支撑杆Ⅰ的一端与所述支撑板螺纹连接，所述支撑杆Ⅰ的另一端与所述孔隙介质出入口端板连接，另外两个支撑板中具有多个水平设置的支撑杆Ⅱ，且所述支撑杆Ⅱ的一端与所述支撑板螺纹连接，所述支撑杆Ⅱ的另一端与所述孔隙介质连接。

进一步地，所述孔隙介质为切割为长方体的岩石试块或为自行调配形成的孔隙介质。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)孔隙介质可以采用不同的岩石块体或自行配比的相似材料，大小、形状、渗透系数、强度可调，适用于大部分岩体模拟；

(2)裂隙介质由放置在孔隙介质侧面顶部与底部的金属垫片隔开而成，能实现多条裂隙开度随意调节，形成开度可变的裂隙网络，与实际岩体较为接近；

(3)在双重介质周围设有四个支撑板，可以保证双重介质在高水压下不发生膨胀变形；

(4)在每个孔隙介质块、裂隙中都设置了测压孔，可以同时测量两介质内的压力，实时地采集双重介质压力场的变化情况。

(5)在每个孔隙介质出入水口、每个裂隙介质出入水口都可以设置流量计，可以同时测量两介质内的流量变化情况，实时地采集水在两种介质间的流动交换。

基于上述理由本发明可在双重介质渗流试验等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具体实施方式中一种模拟孔隙-裂隙双重介质渗流特性的试验装置结构示意图。

图2为本发明具体实施方式中裂隙介质出入口端板和孔隙介质出入口端板的正侧视图和背侧视图。

图3为本发明具体实施方式中一种模拟孔隙-裂隙双重介质渗流特性的试验装置侧视图(去除支撑板)。

图4为本发明具体实施方式中顶部金属垫片和底部金属垫片结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1～4所示，一种模拟孔隙-裂隙双重介质渗流特性的试验装置，包括双重介质，所述双重介质的外表面涂有密封胶密封所述双重介质，所述双重介质的四周均设有支撑板1，且相对设置的两个支撑板1的顶部通过多个拉杆11连接，所述拉杆11的两端分别穿过两个所述支撑板1并通过锁紧螺母13锁紧；

所述双重介质包括多个呈长方体的孔隙介质2和多个裂隙介质3；

多个所述孔隙介质2通过密封胶粘结在底座12上，且多个所述孔隙介质2呈矩阵排列，所述孔隙介质2呈长方体；本实施例中具有九个孔隙介质，且呈三行三列的方式排列；

相临两列之间的孔隙介质2之间和相临两行之间的孔隙介质2之间均具有空隙，所述空隙形成所述裂隙介质3；且每行裂隙介质3和每列裂隙介质3内均设有调整所述裂隙介质3开度的金属垫片组4，所述金属垫片组4包括设置在所述裂隙介质3底部的底部金属垫片41和设置在所述裂隙介质3顶部的顶部金属垫片42，所述顶部金属垫片42和所述底部金属垫片41均通过密封胶分别粘结在所述裂隙介质3顶部和所述裂隙介质3的底部；即本实施例中具有两行裂隙介质3和两列裂隙介质3；

每行所述裂隙介质3的端部均通过密封胶密封；形成整个双层介质只有出入水口能够流通水，其余位置都是密封的效果。

呈列排列的所述裂隙介质3的两端所对的支撑板1上分别设有与所述裂隙介质3连通的裂隙出入水口31；两个所述裂隙出入水口31中的一个可以作为裂隙出水口，另一个就作为裂隙入水口，可以随意选择。

具有裂隙出入水口31的支撑板1在所述孔隙介质2所对处分别具有孔隙介质出入水口21；两个孔隙介质出入水口21中的一个可以作为孔隙出水口，另一个就作为孔隙入水口，与裂隙出入水口31同步即可。

所述孔隙介质2的顶部开设有与所述孔隙介质2连通的孔隙介质测压孔22；

所述裂隙介质3的顶部开设有与所述裂隙介质3连通的裂隙介质测压孔32。

进一步地，所述底部金属垫片41呈长条形，并通过密封胶与所述底座12及其两侧的所述孔隙介质2粘结，所述顶部金属垫片42呈L型，其竖直部进入所述裂隙介质3内，并通过密封胶与其两侧的所述孔隙介质2粘结，所述顶部金属垫片42的水平部与所述孔隙介质2的上表面通过密封胶粘结，所述底部金属垫片41的宽度与所述竖直部的宽度相匹配。为了方便安装可以将呈列排列的裂隙介质3上的底部金属垫片41和顶部金属垫片42分设置为整体一根，而呈行排列的裂隙介质3上的底部金属垫片41和顶部金属垫片42设置为分段式，在本实施例中设置为每行三段，也就是共计列排列的顶部金属垫片42两整根，底部金属垫片两整根。行排列的顶部金属垫片42六小根，底部技术垫片六小根，

进一步地，每列所述裂隙介质3的两端分别具有裂隙介质出入口端板33，且所述裂隙介质出入口端板33上设有与所述裂隙介质出入水口31连通的裂隙端板出入水口34；

所述裂隙介质出入口端板33的两侧具有与所述孔隙介质2粘结固定的孔隙介质出入口端板23，且所述孔隙介质出入口端板23上设有与所述孔隙介质出入水口21连通的孔隙端板出入水口24；

所述裂隙介质出入口端板33的两侧分别与其两侧的孔隙介质出入口端板23粘结固定。

进一步地，所述孔隙介质出入口端板23靠近所述孔隙介质3的一侧具有密封圈25，所述密封圈25所围成的区域形成聚水区26。

进一步地，四个所述支撑板1中具有所述裂隙介质出入水口31的两个支撑板1分别具有多个水平设置的支撑杆Ⅰ14，且所述支撑杆Ⅰ14的一端与所述支撑板1螺纹连接，所述支撑杆Ⅰ14的另一端与所述孔隙介质出入口端板23连接，另外两个支撑板1中具有多个水平设置的支撑杆Ⅱ15，且所述支撑杆Ⅱ15的一端与所述支撑板1螺纹连接，所述支撑杆Ⅱ15的另一端与所述孔隙介质2连接。

进一步地，所述孔隙介质2为切割为长方体的岩石试块或为自行调配形成的孔隙介质。

使用时，只需将裂隙介质出入水口31连通出入水管、孔隙介质出水口21连通出入水管，孔隙介质测压孔22连接压力传感器，裂隙介质测压孔连接压力传感器即可进行试验。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (3)

1.一种模拟孔隙-裂隙双重介质渗流特性的试验装置，其特征在于，包括双重介质，所述双重介质的外表面涂有密封胶密封所述双重介质，所述双重介质的四周均设有支撑板，且相对设置的两个支撑板的顶部通过多个拉杆连接，所述拉杆的两端分别穿过两个所述支撑板并通过锁紧螺母锁紧；

所述双重介质包括多个呈长方体的孔隙介质和多个裂隙介质；

多个所述孔隙介质通过密封胶粘结在底座上，且多个所述孔隙介质呈矩阵排列，所述孔隙介质呈长方体；

相临两列之间的孔隙介质之间和相临两行之间的孔隙介质之间均具有空隙，所述空隙形成所述裂隙介质；且每行裂隙介质和每列裂隙介质内均设有调整所述裂隙介质开度的金属垫片组，所述金属垫片组包括设置在所述裂隙介质底部的底部金属垫片和设置在所述裂隙介质顶部的顶部金属垫片，所述顶部金属垫片和所述底部金属垫片均通过密封胶分别粘结在所述裂隙介质顶部和所述裂隙介质的底部；

每行所述裂隙介质的端部均通过密封胶密封；

呈列排列的所述裂隙介质的两端所对的支撑板上分别设有与所述裂隙介质连通的裂隙出入水口；

具有裂隙出入水口的支撑板在所述孔隙介质所对处分别具有孔隙介质出入水口；

所述孔隙介质的顶部开设有与所述孔隙介质连通的孔隙介质测压孔；

所述裂隙介质的顶部开设有与所述裂隙介质连通的裂隙介质测压孔；

所述底部金属垫片呈长条形，并通过密封胶与所述底座及其两侧的所述孔隙介质粘结，所述顶部金属垫片呈L型，其竖直部进入所述裂隙介质内，并通过密封胶与其两侧的所述孔隙介质粘结，所述顶部金属垫片的水平部与所述孔隙介质的上表面通过密封胶粘结，所述底部金属垫片的宽度与所述竖直部的宽度相匹配；

每列所述裂隙介质的两端分别具有裂隙介质出入口端板，且所述裂隙介质出入口端板上设有与所述裂隙介质出入水口连通的裂隙端板出入水口；

所述裂隙介质出入口端板的两侧具有与所述孔隙介质粘结固定的孔隙介质出入口端板，且所述孔隙介质出入口端板上设有与所述孔隙介质出入水口连通的孔隙端板出入水口；

所述裂隙介质出入口端板的两侧分别与其两侧的孔隙介质出入口端板粘结固定；

四个所述支撑板中具有所述裂隙介质出入水口的两个支撑板分别具有多个水平设置的支撑杆Ⅰ，且所述支撑杆Ⅰ的一端与所述支撑板螺纹连接，所述支撑杆Ⅰ的另一端与所述孔隙介质出入口端板连接，另外两个支撑板中具有多个水平设置的支撑杆Ⅱ，且所述支撑杆Ⅱ的一端与所述支撑板螺纹连接，所述支撑杆Ⅱ的另一端与所述孔隙介质连接。

2.根据权利要求1所述的一种模拟孔隙-裂隙双重介质渗流特性的试验装置，其特征在于：所述孔隙介质出入口端板靠近所述孔隙介质的一侧具有密封圈，所述密封圈所围成的区域形成聚水区。

3.根据权利要求1所述的一种模拟孔隙-裂隙双重介质渗流特性的试验装置，其特征在于：所述孔隙介质为切割为长方体的岩石试块或为自行调配形成的孔隙介质。

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