CN116359077A - 富热泉地区深部地层注浆运移扩散模拟试验系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种富热泉地区深部地层注浆运移扩散模拟试验系统及方法，系统包括：深部地下环境模拟舱、围压子模块、注浆子模块、热泉动水子模块、低场核磁共振监测仪，所述深部地下环境模拟舱用于模拟深部地下环境，所述围压子模块用于模拟高温、高围压环境，所述注浆子模块用于向裂隙岩体内注浆，所述热泉动水子模块用于模拟高温、高水压环境，所述低场核磁共振监测仪用于监测浆液在裂隙岩样中的渗透扩散情况。本发明基于低场核磁共振监测技术，实现了高温、高围压和高水压条件下注浆扩散运移过程的实时观测和定量研究，达到了揭示富热泉地区深部地下注浆工程中浆液渗透扩散机制的技术效果。

Description

富热泉地区深部地层注浆运移扩散模拟试验系统及方法

技术领域

本发明涉及富热泉地区深部地层注浆模拟试验技术领域，尤其涉及富热泉地区深部地层注浆运移扩散模拟试验系统及方法。

背景技术

富热泉地区深部地下工程常常伴随着高温、高围压和高水压环境，地下岩层温度随深度的增加而成正比变化，在深度为800m时地层温度约为30℃左右，当深度达到1500m时地层温度可升至50℃左右。特别是一些受水热条件影响严重的深部地下工程，如川藏铁路拉林段桑珠岭隧道，其工作面最高温度可达约80℃。浆液材料的渗透性和物理化学性质会受到高温的显著影响，导致浆液材料的渗流特性与常温(即室温)不同。因此，温度对浆液性能和加固效果的影响近年来引起了广泛的关注。到目前为止，已有一些研究者通过实验方法研究了温度对浆液水化过程的影响，以及不同浆液材料的流变性能和力学性能。

由于研究手段的限制，上述研究主要集中在不同温度对浆液物理化学特性的影响上，并未对不同温度条件下浆液在裂隙岩体中的渗流过程进行较为深入的研究。现有技术存在对富热泉地区深部地下工程高温、高围压和高水压条件下注浆扩散运移过程缺乏实时观测和定量研究，尚未能揭示富热泉地区深部地下注浆工程中浆液渗透扩散机制的问题。

也即，如何解决对富热泉地区深部地下工程高温、高围压和高水压条件下注浆扩散运移过程的实时观测和定量研究，以揭示富热泉地区深部地下注浆工程中浆液渗透扩散机制是本领域亟需解决的技术难题。

发明内容

针对上述存在问题，本发明旨在提供一种富热泉地区深部地层注浆运移扩散模拟试验系统及方法，至少解决如何对富热泉地区深部地下工程高温、高围压和高水压条件下的注浆扩散运移过程进行实时观测和定量研究，以揭示富热泉地区深部地下注浆工程中浆液渗透扩散机制。

为至少解决上述技术问题，第一方面，本发明提供了一种富热泉地区深部地层注浆运移扩散模拟试验系统，包括：深部地下环境模拟舱，所述深部地下环境模拟舱包括低场核磁共振测试线圈和螺栓端盖，所述低场核磁共振测试线圈具有贯通的圆柱舱室，所述螺栓端盖包括第一端盖和第二端盖，所述圆柱舱室的一端与所述第一端盖连接，另一端与所述第二端盖连接，所述圆柱舱室用于放置裂隙岩样；所述裂隙岩样的一端与第一岩芯夹持器连接，另一端与第二岩芯夹持器连接，所述裂隙岩样和第一岩芯夹持器、第二岩芯夹持器均固定在热塑管中，所述热塑管置于所述圆柱舱室内；围压子模块，包括油泵、储油罐、第一加热部件、进油通路和出油通路；所述油泵的一端与所述储油罐连通，另一端与控制PC端连接；所述储油罐的内部设置所述第一加热部件，所述进油通路的一端与所述储油罐连通，另一端与所述第一端盖连通；所述出油通路的一端与所述储油罐连通，另一端与所述第二端盖连通；注浆子模块，包括若干个高压储液罐、第一液压泵、注浆通路、液压通路、第二压力计和第一流量计；每一个所述高压储液罐均包括浆液储存模块、磁力搅拌模块及高压罐顶，每一个所述浆液储存模块与所述液压通路通过液压阀连通，每一个所述磁力搅拌模块对应的与一个所述浆液储存模块连接，每一个所述高压罐顶对应的固定于一个所述浆液储存模块的顶部，并通过进液阀与所述注浆通路的一端连通，所述注浆通路的另一端与裂隙岩样连通，所述注浆通路上设置有第二压力计和第一流量计，所述第一液压泵与所述控制PC端连接；热泉动水子模块，包括第二液压泵、储水罐、第二加热部件、进水通路、第三压力计和第二流量计；所述第二液压泵的一端与所述控制PC端连接，另一端与所述储水罐连通，所述储水罐内部设置第二加热部件，所述进水通路的一端与所述储水罐连通，另一端与所述第二端盖连通；低场核磁共振监测仪，所述低场核磁共振监测仪用于监测试验浆液在裂隙岩样中的渗透扩散情况。

在第一方面中，所述第一端盖的内部设置有第一贯穿通道，所述注浆通路从所述第一贯穿通道穿过并贯穿所述第一岩芯夹持器与所述裂隙岩样的裂隙连通，所述进油通路穿过所述第一贯穿通道与所述圆柱舱室连通；所述第二端盖的内部设置有第二贯穿通道，所述进水通路从所述第二贯穿通道穿过并贯穿所述第二岩芯夹持器与所述裂隙岩样的裂隙连通，所述出油通路穿过所述第二贯穿通道与所述圆柱舱室连通。

在第一方面中，所述第一贯穿通道包括：设置在所述第一端盖的内部的中空结构和开设在所述第一端盖的两端的第一通孔，所述第一通孔和所述第一端盖的内部的中空结构相连通以构成所述第一贯穿通道；所述第二贯穿通道包括：设置在所述第二端盖的内部的中空结构和开设在所述第二端盖的两端的第二通孔，所述第二通孔和所述第二端盖的内部的中空结构相连通以构成所述第二贯穿通道。

在第一方面中，所述围压子模块还包括：第一压力计、油桶、油管和第一温度传感器，所述第一温度传感器设置在所述储油罐的内部，所述第一压力计设置在所述进油通路上，所述油桶通过所述油管与所述储油罐连通。

在第一方面中，所述浆液储存模块包括高压罐体、液压驱动盘，所述高压罐顶通过螺栓固定于所述高压罐体的顶部，所述液压驱动盘设置于所述高压罐体内；所述磁力搅拌模块包括磁力电机、内磁转子、外磁转子和搅拌轴，所述磁力电机、所述内磁转子设置于所述高压罐顶上，所述磁力电机和所述内磁转子连接，所述搅拌轴的一端固定于所述内磁转子上，所述搅拌轴的另一端依次穿过所述外磁转子、所述液压驱动盘，并与所述外磁转子和所述液压驱动盘在所述搅拌轴的轴向方向上可相对滑动，所述搅拌轴的侧壁上设有凹槽，所述外磁转子的中间部位设置有限位凸起，所述限位凸起与所述凹槽相匹配，所述外磁转子通过所述限位凸起与所述搅拌轴的凹槽相抵触，以通过所述搅拌轴带动所述外磁转子进行转动。

在第一方面中，所述热泉动水子模块,还包括：第二温度传感器、废液罐和出水阀，所述第二温度传感器设置在所述储水罐的内部，所述废液罐通过所述出水阀与所述注浆通路连通。在第一方面中，所述进水通路的进水方向与所述注浆通路的浆液流动方向相反。

在第一方面中，所述高压罐顶和所述高压罐体为为具有透视功能的钢化玻璃材料制作而成。

第二方面，本发明提出了一种富热泉地层注浆运移扩散模拟试验方法，所述方法包括：

开启低场核磁共振监测仪，进行参数设置和标定；

将裂隙岩样夹持于第一岩芯夹持器和第二岩芯加持器之间，将所述裂隙岩样和所述第一岩芯夹持器、所述第二岩芯加持器整体固定于热塑管中，并将所述热塑管置于深部地下环境模拟舱的圆柱舱室内，将所述圆柱舱室的一端与第一端盖连接，另一端与第二端盖连接；

连接围压子模块的进油通路和出油通路，将所述进油通路的一端与储油罐连通，另一端穿过第一端盖和所述圆柱舱室连通，所述出油通路的一端与储油罐连通，另一端穿过第二端盖与所述圆柱舱室连通，向油桶中加入压力油，通过控制PC端开启油泵，将压力油注入所述圆柱舱室中，待达到预定围压和温度条件后保持30mi n以模拟深部地层高温高压环境；利用低场核磁共振监测仪测定高温高围压条件下干燥状态下裂隙岩样的初始NMR T2分布曲线、含水率及孔隙分布特征；

通过所述控制PC端开启第二液压泵，利用第二加热部件加热储水罐中的水至预定温度，待进水速率稳定以后，连接热泉动水子模块的进水通路，将预设压力或预设流量的水泵送至裂隙岩样中；利用所述低场核磁共振监测仪每隔15s测量相应的核磁共振T2值和含水率变化，待注水量达到设定流量后，关闭出水阀；

将配置好的浆液倒入高压罐体中，封闭高压灌顶，连接并开启磁力搅拌模块；随后连接所述注浆子模块的注浆通路和液压通路，通过所述控制PC端开启第一液压泵，在不同的注浆压力下向所述裂隙岩样中稳定注入浆液材料，利用所述低场核磁共振监测仪每隔15s测量相应的NMR T2值和含水率变化，并伴随注浆渗流过程的实时成像。

在第二方面中，所述裂隙岩样包括含有单一或多条裂隙的干燥多孔砂岩样品。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的一种富热泉地区深部地层注浆运移扩散模拟试验系统，通过深部地下环境模拟舱容置裂隙岩样并模拟深部地下环境，通过围压子模块向裂隙岩样周围泵送预设压力和温度的油，以模拟深部地下工程高温、高围压环境，利用低场核磁共振监测仪对裂隙岩样进行监测，以得到高温高围压条件下处于干燥状态下的裂隙岩样的初始NMR T2分布曲线、含水率及孔隙分布特征，然后利用热泉动水子模块向裂隙岩样的裂隙中注入预设压力和温度的水，以模拟富热泉地区深部地下工程高水压环境，利用低场核磁共振监测仪对注水后的裂隙岩样进行监测，以得到高温、高围压、高水压条件下裂隙岩样的T2值和含水率变化，通过注浆子模块向裂隙岩样的裂隙中注入试验浆液，利用低场核磁共振监测仪对裂隙岩样进行实时监测，以获取试验浆液在裂隙岩样中的渗透扩散情况，实现定量研究浆液在裂隙岩体中的扩散运移过程，从而揭示富热泉地区深部地下工程“三高”环境下浆液的扩散运移机制。

本发明的试验系统及方法能够适用于标准尺寸试样、考虑不同的岩石种类及裂隙产状、设定多种围压、注浆压力、动水压及温度参数来模拟各种工况，实现了对富热泉地区深部注浆工程较为真实的模拟，同时实现了对浆液扩散运移过程的实时观测及定量分析提供了充分可靠的试验数据，对实际工程中注浆参数设计及注浆理论的发展具有重要意义。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为本发明的结构示意图。

图2为本发明的深部地下环境模拟舱的结构示意图与外部供水/出水通路、进油/出油通路以及注浆通路的连接示意图。

图3为本发明的深部地下环境模拟舱的内部结构与试样连接示意图。

图4为本发明的高压储液罐的装配结构示意图。

图5为图4的高压储液罐中的搅拌片在A-A’纵面处的结构示意图。

图6为图4的高压储液罐中的搅拌片在B-B’横截面处的结构示意图。

图7为图4的高压储液罐中的搅拌连接杆在B-B’横截面处的结构示意图。

附图标记：

1.深部地下环境模拟舱

11.低场核磁共振测试线圈

12.贯通的圆柱舱室

13.螺栓端盖

131.第一端盖

132.第二端盖

14.第一岩芯夹持器

15.第二岩芯夹持器

16.热塑管

2.围压子模块

21.油泵

22.储油罐

23.第一加热部件

24.进油通路

25.出油通路

26.第一压力计

27.油桶

28.油管

29.第一温度传感器

3.注浆子模块

31.若干个高压储液罐

311.浆液储存模块

3111.高压罐体

3112.液压驱动盘

312.磁力搅拌模块

3121.磁力电机

3122.内磁转子

3123.外磁转子

3124.搅拌轴

31241.凹槽

313.高压罐顶

32.第一液压泵

33.注浆通路

331.进液阀

34.液压通路

341.液压阀

35.第二压力计

36.第一流量计

4.热泉动水子模块

41.第二液压泵

42.储水罐

43.第二加热部件

44.进水通路

45.第三压力计

46.第二流量计

47.第二温度传感器

48.废液罐

49.出水阀

5.低场核磁共振监测仪

6.裂隙岩样

7.控制PC端

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书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说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围；其中本实施中所涉及的“和/或”关键词，表示和、或两种情况，换句话说，本说明书实施例所提及的A和/或B，表示了A和B、A或B两种情况，描述了A与B所存在的三种状态，如A和/或B，表示：只包括A不包括B；只包括B不包括A；包括A与B。

同时，本说明书实施例中，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，为了对本说明书进行更为详细的说明，以使本领域技术人员能够更为清楚、明白的理解本说明书，进而支持本说明书所要解决的技术问题以及对应所能达到的技术效果，特在介绍本说明书之前，需要补充说明的是：

实施例一

请参阅图1-7，具体的，在该种富热泉地区深部地层注浆运移扩散模拟试验系统的实施方式中，所述模拟试验系统包括：深部地下环境模拟舱1，所述深部地下环境模拟舱1包括低场核磁共振测试线圈11和螺栓端盖13，所述低场核磁共振测试线圈11具有贯通的圆柱舱室12，所述螺栓端盖13包括第一端盖131和第二端盖132，所述圆柱舱室12的一端与所述第一端盖131连接，另一端与所述第二端盖132连接，所述圆柱舱室12用于放置裂隙岩样6；所述裂隙岩样6的一端与第一岩芯夹持器14连接，另一端与第二岩芯夹持器15连接，所述裂隙岩样6和第一岩芯夹持器14、第二岩芯夹持器15均固定在热塑管16中，所述热塑管16置于所述圆柱舱室12内；围压子模块2，包括油泵21、储油罐22、第一加热部件23、进油通路24和出油通路25；所述油泵21的一端与所述储油罐22连通，另一端与控制PC端7连接；所述储油罐22的内部设置所述第一加热部件23，所述进油通路24的一端与所述储油罐22连通，另一端与所述第一端盖131连通；所述出油通路25的一端与所述储油罐22连通，另一端与所述第二端盖132连通；注浆子模块3，包括若干个高压储液罐31、第一液压泵32、注浆通路33、液压通路34、第二压力计35和第一流量计36；每一个所述高压储液罐均包括浆液储存模块311、磁力搅拌模块312及高压罐顶313，每一个所述浆液储存模块311与所述液压通路34通过液压阀341连通，每一个所述磁力搅拌模块312对应的与一个所述浆液储存模块311连接，每一个所述高压罐顶313对应的固定于一个所述浆液储存模块311的顶部，并通过进液阀331与所述注浆通路33的一端连通，所述注浆通路33的另一端与裂隙岩样6连通，所述注浆通路33上设置有第二压力计35和第一流量计36，所述第一液压泵32与所述控制PC端7连接；热泉动水子模块4，包括第二液压泵41、储水罐42、第二加热部件43、进水通路44、第三压力计45和第二流量计46；所述第二液压泵41的一端与所述控制PC端连接，另一端与所述储水罐42连通，所述储水罐42内部设置第二加热部件43，所述进水通路44的一端与所述储水罐42连通，另一端与所述第二端盖132连通；低场核磁共振监测仪5，所述低场核磁共振监测仪用于监测试验浆液在裂隙岩样6中的渗透扩散情况。

本实施例中，通过设置深部地下环境模拟舱1、围压子模块2、注浆子模块3、热泉动水子模块4、低场核磁共振监测仪5，并将裂隙岩样6通过第一岩芯夹持器14、第二岩芯夹持器15夹持，利用热塑管16将裂隙岩样6、第一岩芯夹持器14和第二岩芯夹持器15固定并放置于圆柱舱室12内，通过螺栓端盖13将深部地下环境模拟舱1与围压子模块2、注浆子模块3、热泉动水子模块4进行连接，通过围压子模块向裂隙岩样周围泵送预设压力和温度的压力油，以模拟深部地下工程高温、高围压环境，利用低场核磁共振监测仪对裂隙岩样进行监测，以得到高温高围压条件下处于干燥状态下的裂隙岩样的初始NMR T2分布曲线、含水率及孔隙分布特征，然后利用热泉动水子模块向裂隙岩样的裂隙中注入预设压力和温度的水，以模拟富热泉地区深部地下工程高水压环境，利用低场核磁共振监测仪对注水后的裂隙岩样进行监测，以得到高温、高围压、高水压条件下裂隙岩样的T2值和含水率变化，通过注浆子模块向裂隙岩样的裂隙中注入试验浆液，利用低场核磁共振监测仪对裂隙岩样进行实时监测，以获取试验浆液在裂隙岩样中的渗透扩散情况，实现定量研究浆液在裂隙岩体中的扩散运移过程，从而揭示富热泉地区深部“三高”环境下浆液的扩散运移机制。

本发明的试验系统及方法能够适用于标准尺寸试样、考虑不同的岩石种类及裂隙产状、设定多种围压、注浆压力、动水压及温度参数来模拟各种工况，实现了对富热泉地区深部注浆工程较为真实的模拟，同时实现了对浆液扩散运移过程的实时观测及定量分析提供了充分可靠的试验数据，对实际工程中注浆参数设计及注浆理论的发展具有重要意义。

如图3所示，在一种可能的实施方式中，所述第一端盖131的内部设置有第一贯穿通道，所述注浆通路33从所述第一贯穿通道穿过并贯穿所述第一岩芯夹持器14与所述裂隙岩样6的裂隙连通，所述进油通路24穿过所述第一贯穿通道与所述圆柱舱室12连通；所述第二端盖132的内部设置有第二贯穿通道，所述进水通路44从所述第二贯穿通道穿过并贯穿所述第二岩芯夹持器15与所述裂隙岩样6的裂隙连通，所述出油通路25穿过所述第二贯穿通道与所述圆柱舱室12连通。

进一步地，所述第一贯穿通道包括：设置在所述第一端盖131的内部的中空结构和开设在所述第一端盖131的两端的第一通孔，所述第一通孔和所述第一端盖131的内部的中空结构相连通以构成所述第一贯穿通道；所述第二贯穿通道包括：设置在所述第二端盖132的内部的中空结构和开设在所述第二端盖132的两端的第二通孔，所述第二通孔和所述第二端盖132的内部的中空结构相连通以构成所述第二贯穿通道。

具体的，通过在第一端盖131的内部设置包括第一通孔和中空结构的第一贯穿通道，以使得注浆通路33和进油通路24穿过，在第二端盖132的内部设置包括第二通孔和中空结构的第二贯穿通道，以使得进水通路44和出油通路25穿过，从而可以实现利用进油通路24和出油通路25将深部地下环境模拟舱1和围压子模块2连通，利用注浆通路33将深部地下环境模拟舱1和注浆子模块3连通，利用进水通路44将深部地下环境模拟舱1和热泉动水子模块4连通，以达到模拟深部地下环境、研究注浆运移扩散过程的技术效果。

在一种可能的实施方式中，所述围压子模块2还包括：第一压力计26、油桶27、油管28和第一温度传感器29，所述第一温度传感器29设置在所述储油罐22的内部，所述第一压力计26设置在所述进油通路24上，所述油桶27通过所述油管28与所述储油罐22连通。

具体的，在围压子模块2中设置油桶27、油管28的，可以实现向储油罐内注入压力油，在围压子模块2中设置第一压力计26、第一温度传感器29，可以实现对注入裂隙岩样中不同压力和不同温度的压力油的测量和控制，以达到模拟深部地下高温、高围压环境的技术效果。在一种可能的实现方式中，油桶里的压力油为不含氢元素的压力油，不会对低场核磁共振测试设备造成信号干扰，该压力油可以为氟化油。

如图4-7所示，在一种可能的实施方式中，所述浆液储存模块311包括高压罐体3111、液压驱动盘3112，所述高压罐顶313通过螺栓固定于所述高压罐体3111的顶部，所述液压驱动盘3112设置于所述高压罐体3111内；所述磁力搅拌模块312包括磁力电机3121、内磁转子3122、外磁转子3123和搅拌轴3124，所述磁力电机3121、所述内磁转子3122设置于所述高压罐顶313上，所述磁力电机3121和所述内磁转子3122连接，所述搅拌轴3124的一端固定于所述内磁转子3122上，所述搅拌轴3124的另一端依次穿过所述外磁转子3123、所述液压驱动盘3112，并与所述外磁转子3123和所述液压驱动盘3112在所述搅拌轴3124的轴向方向上可相对滑动，所述搅拌轴3124的侧壁上设有凹槽31241，所述外磁转子3123的中间部位设置有限位凸起，所述限位凸起与所述凹槽31241相匹配，所述外磁转子3123通过所述限位凸起与所述搅拌轴的凹槽31241相抵触，以通过所述搅拌轴带动所述外磁转子进行转动。

本领域的技术人员可以理解，本实施例中将磁力电机3121和内磁转子3122设置于高压罐顶313上，作为一种设置方式，可以将磁力电机3121设计成如图4所示的卡座形式，直接卡接在高压罐顶313上端，高压罐顶313内设卡扣，内磁转子3122通过卡扣设置于高压罐顶313上，使得内磁转子3122可绕轴AA’转动而不会沿轴AA’滑动；高压罐顶313通过螺栓固定于高压罐体3111的顶部，搅拌轴3124置于高压罐体3111内，搅拌轴3124的一端与内磁转子3122固定连接，另一端依次穿过外磁转子3123、液压驱动盘3112，搅拌轴3124侧壁上设有凹槽，外磁转子3123中间部位设置有限位凸起，所述限位凸起与所述凹槽相匹配，外磁转子3123通过所述限位凸起与所述搅拌轴3124的凹槽相抵触，以通过所述搅拌轴3124带动所述外磁转子3123进行转动。通过上述实施方式，可以实现内磁转子3122带动搅拌轴3124、外磁转子3123绕轴AA’转动，外磁转子3123绕轴AA’转动的同时还可以沿着搅拌轴3124的轴向方向滑动，极大程度上避免了浆液沉淀现象的产生。

在一种可能的实施方式中，所述热泉动水子模块4,还包括：第二温度传感器47、废液罐48和出水阀49，所述第二温度传感器47设置在所述储水罐42的内部，所述废液罐48通过所述出水阀49与所述注浆通路33连通。

具体的，通过在注浆通路33上设置废液罐48和出水阀49，可以用于存储由进水通路通过岩样裂隙进入注浆通路中的水，通过设置第二温度传感器47，可以实现对注入裂隙岩样的裂隙中不同温度的水的温度测量和控制，以达到模拟深部地下高温、高水压条件的环境的技术效果。

在一种可能的实施方式中，所述进水通路44的进水方向与所述注浆通路33的浆液流动方向相反，以研究不同流动速率的水流对注浆过程的影响。

在一种可能的实施方式中，所述高压罐顶313和所述高压罐体3111为具有透视功能的钢化玻璃材料制作而成。

具体的，为了能够承受高液压，高压罐顶313和高压罐体3111可以采用钢化玻璃定制而成，设置具有透视功能的目的是为了便于观察高压罐体3111的内部情况，如液压驱动盘3112在第一液压泵32作用下的上升速度和内部浆液的挤压情况。

实施例二：

一种富热泉地层注浆运移扩散模拟试验方法，所述方法包括：

开启低场核磁共振监测仪，进行参数设置和标定；

将裂隙岩样6夹持于第一岩芯夹持器14和第二岩芯加持器15之间，将所述裂隙岩样6和所述第一岩芯夹持器14、所述第二岩芯加持器15整体固定于热塑管16中，并将所述热塑管16置于深部地下环境模拟舱1的圆柱舱室12内，将所述圆柱舱室12的一端与第一端盖131连接，另一端与第二端盖132连接；

连接围压子模块2的进油通路24和出油通路25，将所述进油通路24的一端与储油罐22连通，另一端穿过第一端盖131和所述圆柱舱室12连通，所述出油通路25的一端与储油罐22连通，另一端穿过第二端盖132与所述圆柱舱室12连通，向油桶27中加入压力油，通过控制PC端7开启油泵21，将压力油注入所述圆柱舱室12中，待达到预定围压和温度条件后保持30mi n以模拟深部地层高温高围压环境；利用低场核磁共振监测仪5测定高温高围压条件下干燥状态下裂隙岩样6的初始NMR T2分布曲线、含水率及孔隙分布特征；

通过所述控制PC端7开启第二液压泵41，利用第二加热部件43加热储水罐42中的水至预定温度，待进水速率稳定以后，连接热泉动水子模块4的进水通路44，将预设压力或预设流量的水泵送至裂隙岩样中；利用所述低场核磁共振监测仪5每隔15s测量相应的核磁共振T2值和含水率变化，待注水量达到设定流量后，关闭出水阀49；

将配置好的浆液倒入高压罐体3111中，封闭高压灌顶313，连接并开启磁力搅拌模块312；随后连接所述注浆子模块3的注浆通路33和液压通路34，通过所述控制PC端7开启第一液压泵32，在不同的注浆压力下向所述裂隙岩样6中稳定注入浆液材料，利用所述低场核磁共振监测仪5每隔15s测量相应的NMR T2值和含水率变化，并伴随注浆渗流过程的实时成像。

本发明提供的一种富热泉地区深部地层注浆运移扩散模拟试验方法，首先开启低场核磁共振监测仪，以对裂隙岩样6进行全程实时监测；然后将裂隙岩样6夹持固定并放置于圆柱舱室12中；之后连接围压子模块2的进油通路24和出油通路25，将油桶27中的压力油注入储油罐22中，开启油泵21将压力油泵入裂隙岩样6中，设定预期压力及温度，利用第一加热部件(23)加热压力油，观察第一压力计26和第一温度传感器29，待达到预定围压和温度条件后保持该围压和温度30mi n，以充分将热量传递至试样本身从而精确模拟深部地层高温高围压环境，利用低场核磁共振监测仪对裂隙岩样进行监测，以得到高温高围压条件下处于干燥状态下的裂隙岩样的初始NMR T2分布曲线、含水率及孔隙分布特征；将储水罐31中的水加热至预定温度，开启液压泵32，观察进水速率直至稳定后，连接热泉动水子模块4的进水通路44，将预定温度或预定流量的水通过进水通路44驱动至裂隙岩样的裂隙中，开启出水阀49，关闭进液阀331，通过第二流量计46和第三压力计45监测，待达到目标动水压力或注水量后，开启第一液压泵32，打开进液阀331，关闭出水阀49，即可实现高温动水(热泉)条件下注浆过程的精确模拟，利用低场核磁共振监测仪每隔15s对注水后的裂隙岩样进行监测，以得到高温、高围压、高水压条件下裂隙岩样的T2值和含水率变化；通过注浆子模块向裂隙岩样的裂隙中注入试验浆液，利用低场核磁共振监测仪对裂隙岩样进行实时监测，以获取试验浆液在裂隙岩样中的渗透扩散情况，实现定量研究浆液在裂隙岩体中的扩散运移过程，从而揭示富热泉地区深部“三高”环境下浆液的扩散运移机制。

进一步地，在一种可能的实现方式中，油桶里的压力油为不含氢元素的压力油，不会对低场核磁共振测试设备造成信号干扰，该压力油可以为氟化油。

进一步地，所述裂隙岩样6包括含有单一或多条裂隙的干燥多孔砂岩样品，以研究单一裂隙或多条裂隙的岩样中浆液扩散运移过程。

进一步地，在本实施例中，注浆子模块还可以实现多液分别注浆或多液混合注浆。

需要说明的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种富热泉地区深部地层注浆运移扩散模拟试验系统，其特征在于，包括：

深部地下环境模拟舱(1)，所述深部地下环境模拟舱(1)包括低场核磁共振测试线圈(11)和螺栓端盖(13)，所述低场核磁共振测试线圈(11)具有贯通的圆柱舱室(12)，所述螺栓端盖(13)包括第一端盖(131)和第二端盖(132)，所述圆柱舱室(12)的一端与所述第一端盖(131)连接，另一端与所述第二端盖(132)连接，所述圆柱舱室(12)用于放置裂隙岩样(6)；所述裂隙岩样(6)的一端与第一岩芯夹持器(14)连接，另一端与第二岩芯夹持器(15)连接，所述裂隙岩样(6)和第一岩芯夹持器(14)、第二岩芯夹持器(15)均固定在热塑管(16)中，所述热塑管(16)置于所述圆柱舱室(12)内；

围压子模块(2)，包括油泵(21)、储油罐(22)、第一加热部件(23)、进油通路(24)和出油通路(25)；所述油泵(21)的一端与所述储油罐(22)连通，另一端与控制PC端(7)连接；所述储油罐(22)的内部设置所述第一加热部件(23)，所述进油通路(24)的一端与所述储油罐(22)连通，另一端与所述第一端盖(131)连通；所述出油通路(25)的一端与所述储油罐(22)连通，另一端与所述第二端盖(132)连通；

注浆子模块(3)，包括若干个高压储液罐(31)、第一液压泵(32)、注浆通路(33)、液压通路(34)、第二压力计(35)和第一流量计(36)；每一个所述高压储液罐均包括浆液储存模块(311)、磁力搅拌模块(312)及高压罐顶(313)，每一个所述浆液储存模块(311)与所述液压通路(34)通过液压阀(341)连通，每一个所述磁力搅拌模块(312)对应的与一个所述浆液储存模块(311)连接，每一个所述高压罐顶(313)对应的固定于一个所述浆液储存模块(311)的顶部，并通过进液阀(331)与所述注浆通路(33)的一端连通，所述注浆通路(33)的另一端与裂隙岩样(6)连通，所述注浆通路(33)上设置有第二压力计(35)和第一流量计(36)，所述第一液压泵(32)与所述控制PC端(7)连接；

热泉动水子模块(4)，包括第二液压泵(41)、储水罐(42)、第二加热部件(43)、进水通路(44)、第三压力计(45)和第二流量计(46)；所述第二液压泵(41)的一端与所述控制PC端连接，另一端与所述储水罐(42)连通，所述储水罐(42)的内部设置第二加热部件(43)，所述进水通路(44)的一端与所述储水罐(42)连通，另一端与所述第二端盖(132)连通；

低场核磁共振监测仪(5)，所述低场核磁共振监测仪用于监测试验浆液在裂隙岩样(6)中的渗透扩散情况。

2.如权利要求1所述的富热泉地区深部地层注浆运移扩散模拟试验系统，其特征在于：

所述第一端盖(131)的内部设置有第一贯穿通道，所述注浆通路(33)从所述第一贯穿通道穿过并贯穿所述第一岩芯夹持器(14)与所述裂隙岩样(6)的裂隙连通，所述进油通路(24)穿过所述第一贯穿通道与所述圆柱舱室(12)连通；

所述第二端盖(132)的内部设置有第二贯穿通道，所述进水通路(44)从所述第二贯穿通道穿过并贯穿所述第二岩芯夹持器(15)与所述裂隙岩样(6)的裂隙连通，所述出油通路(25)穿过所述第二贯穿通道与所述圆柱舱室(12)连通。

3.如权利要求2所述的富热泉地区深部地层注浆运移扩散模拟试验系统，其特征在于：

所述第一贯穿通道包括：设置在所述第一端盖(131)的内部的中空结构和开设在所述第一端盖(131)的两端的第一通孔，所述第一通孔和所述第一端盖(131)的内部的中空结构相连通以构成所述第一贯穿通道；

所述第二贯穿通道包括：设置在所述第二端盖(132)的内部的中空结构和开设在所述第二端盖(132)的两端的第二通孔，所述第二通孔和所述第二端盖(132)的内部的中空结构相连通以构成所述第二贯穿通道。

4.如权利要求3所述的富热泉地区深部地层注浆运移扩散模拟试验系统，其特征在于：

所述围压子模块(2)还包括：第一压力计(26)、油桶(27)、油管(28)和第一温度传感器(29)，所述第一温度传感器(29)设置在所述储油罐(22)的内部，所述第一压力计(26)设置在所述进油通路(24)上，所述油桶(27)通过所述油管(28)与所述储油罐(22)连通。

5.如权利要求4所述的富热泉地区深部地层注浆运移扩散模拟试验系统，其特征在于：

所述浆液储存模块(311)包括高压罐体(3111)、液压驱动盘(3112)，所述高压罐顶(313)通过螺栓固定于所述高压罐体(3111)的顶部，所述液压驱动盘(3112)设置于所述高压罐体(3111)内；

所述磁力搅拌模块(312)包括磁力电机(3121)、内磁转子(3122)、外磁转子(3123)和搅拌轴(3124)，所述磁力电机(3121)、所述内磁转子(3122)设置于所述高压罐顶(313)上，所述磁力电机(3121)和所述内磁转子(3122)连接，所述搅拌轴(3124)的一端固定于所述内磁转子(3122)上，所述搅拌轴(3124)的另一端依次穿过所述外磁转子(3123)、所述液压驱动盘(3112)，并与所述外磁转子(3123)和所述液压驱动盘(3112)在所述搅拌轴(3124)的轴向方向上可相对滑动，所述搅拌轴(3124)的侧壁上设有凹槽(31241)，所述外磁转子(3123)的中间部位设置有限位凸起，所述限位凸起与所述凹槽(31241)相匹配，所述外磁转子(3123)通过所述限位凸起与所述搅拌轴的凹槽(31241)相抵触，以通过所述搅拌轴带动所述外磁转子进行转动。

6.如权利要求5所述的富热泉地区深部地层注浆运移扩散模拟试验系统，其特征在于，所述热泉动水子模块(4),还包括：第二温度传感器(47)、废液罐(48)和出水阀(49)，所述第二温度传感器(47)设置在所述储水罐(42)的内部，所述废液罐(48)通过所述出水阀(49)与所述注浆通路(33)连通。

7.如权利要求6所述的富热泉地区深部地层注浆运移扩散模拟试验系统，其特征在于：

所述进水通路(44)的进水方向与所述注浆通路(33)的浆液流动方向相反。

8.如权利要求7所述的基于低场核磁共振监测技术的富热泉地层注浆运移扩散模拟试验系统，其特征在于：

所述高压罐顶(313)和所述高压罐体(3111)为具有透视功能的钢化玻璃材料制作而成。

9.一种富热泉地区深部地层注浆运移扩散模拟试验方法，其特征在于，所述方法包括：

开启低场核磁共振监测仪，进行参数设置和标定；

将裂隙岩样(6)夹持于第一岩芯夹持器(14)和第二岩芯加持器(15)之间，将所述裂隙岩样(6)和所述第一岩芯夹持器(14)、所述第二岩芯加持器(15)整体固定于热塑管(16)中，并将所述热塑管(16)置于深部地下环境模拟舱(1)的圆柱舱室(12)内，将所述圆柱舱室(12)的一端与第一端盖(131)连接，另一端与第二端盖(132)连接；

连接围压子模块(2)的进油通路(24)和出油通路(25)，将所述进油通路(24)的一端与储油罐(22)连通，另一端穿过第一端盖(131)和所述圆柱舱室(12)连通，所述出油通路(25)的一端与储油罐(22)连通，另一端穿过第二端盖(132)与所述圆柱舱室(12)连通，向油桶(27)中加入压力油，通过控制PC端(7)开启油泵(21)，将压力油注入所述圆柱舱室(12)中，待达到预定围压和温度条件后保持30min以模拟深部地层高温高压环境；利用低场核磁共振监测仪(5)测定高温高围压条件下干燥状态下裂隙岩样(6)的初始NMR T2分布曲线、含水率及孔隙分布特征；

通过所述控制PC端(7)开启第二液压泵(41)，利用第二加热部件(43)加热储水罐(42)中的水至预定温度，，待进水速率稳定以后，连接热泉动水子模块(4)的进水通路(44)，将预设压力或预设流量的水泵送至裂隙岩样中；利用所述低场核磁共振监测仪(5)每隔15s测量相应的核磁共振T2值和含水率变化，待注水量达到设定流量后，关闭出水阀(49)；

将配置好的浆液倒入高压罐体(3111)中，封闭高压灌顶(313)，连接并开启磁力搅拌模块(312)；随后连接所述注浆子模块(3)的注浆通路(33)和液压通路(34)，通过所述控制PC端(7)开启第一液压泵(32)，在不同的注浆压力下向所述裂隙岩样(6)中稳定注入浆液材料，利用所述低场核磁共振监测仪(5)每隔15s测量相应的NMR T2值和含水率变化，并伴随注浆渗流过程的实时成像。

10.如权利要求9所述富热泉地区深部地层注浆运移扩散模拟试验方法，其特征在于：

所述裂隙岩样(6)包括含有单一或多条裂隙的干燥多孔砂岩样品。

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