CN215727576U - 一种可视化测量多孔介质渗流实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种可视化测量多孔介质渗流实验装置，包括样品腔、注气系统、真空系统、流体收集系统，样品腔上端与入口阀门连接，下端与出口阀门连接，注气系统连接有气体压力检测仪，气体压力检测仪与入口阀门连通，真空系统连接有真空泵压力检测仪，真空泵压力检测仪与样品腔连通，流体收集系统与出口阀门连通，本实用新型提供的一种可视化测量多孔介质渗流实验装置，可以通过在不同气体压力、注水压力条件下分别进行实验，基于达西定理，建立了多孔介质材料渗透率测试理论基础，通过测量试验件上下表面压差和流过材料厚度方向的流量，能够准确得到多孔介质材料的渗透率，操作简单，测量时间少，大大提高测量效率。

Description

一种可视化测量多孔介质渗流实验装置

技术领域

本实用新型涉及多孔介质渗流实验技术领域，特别涉及一种可视化测量多孔介质渗流实验装置。

背景技术

多孔介质，是由多相物质所占据的共同空间，也是多相物质共存的一种组合体，没有固体骨架的那部分空间叫做孔隙，由液体或气体或气液两相共同占有，相对于其中一相来说，其他相都弥散在其中，并以固相为固体骨架，构成空隙空间的某些空洞相互连通，如砂岩、土壤、人造颗粒状材料的堆积体等。

多孔介质的主要特性包括孔隙度、浸润性、渗透率、毛细管压力，其中，渗透率是渗流力学及有关的工程技术的一项重要基础数据，常常需要在实验室中予以研究，渗透系数又称水力传导系数，是单位水力梯度下通过的单位流量，是用于描述材料渗透性强弱的重要指标。

现有的研究成果表明，多孔介质的渗流特性与其内部的孔隙分布及所输运流体的物性有关，渗透率大小取决于流体的特性、多孔介质的通孔率、孔径及分布、孔隙形状和厚度等因素，由于多孔介质复合材料微孔分布的随意性、非均匀特性，使得多孔层内的流动表现出了与均匀球体堆积床很大的差异，无法通过理论分析和数值模拟获得，对多孔介质渗透率的精确计算仍是一个难题，因此，需要一种可视化测量多孔介质渗流实验装置来解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是解决由于多孔介质复合材料微孔分布的随意性、非均匀特性，使得多孔层内的流动表现出了与均匀球体堆积床很大的差异，无法通过理论分析和数值模拟获得，很难对多孔介质渗透率进行精确计算的问题，提供一种可视化测量多孔介质渗流实验装置。

本实用新型提供的一种可视化测量多孔介质渗流实验装置，包括：

样品腔，用于放置多孔介质样品，样品腔上端设置有入口，入口处设置有入口阀门，样品腔下端设置有出口，出口处设置有出口阀门；

注气系统，其注气端通过气体压力检测仪与入口阀门连通；

真空系统，其抽气端通过真空泵压力检测仪与样品腔连通；

流体收集系统，其进气端通过气体流量计与出口阀门连通；

入口压力检测仪，连接在入口阀门与样品腔之间；

出口压力检测仪，连接在出口阀门与样品腔之间。

优选的，注气系统包括注气泵，注气泵的入口连接有储气瓶，出口连接有注气阀门，注气阀门与气体压力检测仪连通。

优选的，真空系统包括真空泵，真空泵与真空泵压力检测仪连接，真空泵与真空泵压力检测仪之间连接有真空泵阀门。

优选的，流体收集系统包括集气瓶，其入口处连接有气体流量计，气体流量计与出口阀门连通。

优选的，还包括注液系统，注液系统的注液端通过液体压力检测仪与入口阀门连通。

优选的，注液系统包括注液泵，注液泵的入口连接有储液瓶，出口连接有注液阀门，注液阀门与液体压力检测仪连通。

优选的，流体收集系统还包括气液分离器，气液分离器的入口与出口阀门连通，气液分离器的出液管一端连接有集液瓶，出液管上设置有液体流量计，气液分离器的出气管一端连接有集气瓶，出气管上设置有气体流量计。

优选的，还包括观测系统，观测系统包括光源，设置在样品腔的一侧，样品腔背离光源的一侧设置有观察窗，观察窗背离样品腔的一侧设置有高速摄像机。

与现有技术相比，本实用新型提供的一种可视化测量多孔介质渗流实验装置，其有益效果是：

1、本实用新型通过多孔介质渗流实验装置可以通过在不同气体压力、注水压力条件下分别进行实验，基于达西定理，建立了多孔介质材料渗透率测试理论基础，通过测量试验件上下表面压差和流过材料厚度方向的流量，能够准确得到多孔介质材料的渗透率。

2、本实用新型通过可视化多孔介质注水两相渗流实验的方法，相对于现有的渗流实验方法不仅可以直观地观测、分析多孔介质气液混合的渗流过程，同时还可以对不同多孔介质内部流体流动及分布形态进行研究。

3、本实用新型提供的多孔介质渗流实验装置还可以通过在不同气体压力、注水压力条件下分别进行实验，得到不同的相对渗透率结果，从而分析气体和液体相对渗透率气体压力、注水压力的关系。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图。

附图标记说明：

1、储气瓶；2、注气泵；3、注气阀门；4、气体压力检测仪；5、入口阀门；6、液体压力检测仪；7、注液阀门；8、注液泵；9、储液瓶；10、入口压力检测仪；11、真空泵；12、真空泵阀门；13、真空泵压力检测仪；14、光源；15、样品腔；16、观察窗；17、高速摄像机；18、计算机；19、出口压力检测仪；20、出口阀门；21、气液分离器；22、液体流量计；23、集液瓶；24、气体流量计；25、集气瓶。

具体实施方式

下面结合附图1，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。

实施例1

如图1所示，本实用新型提供的一种可视化测量多孔介质渗流实验装置，包括样品腔15、注气系统、真空系统、流体收集系统，样品腔15用于放置多孔介质样品的样品腔15，样品腔15设置在支撑架上，样品腔15上端通过管道与入口阀门5连接，样品腔15下端通过管道与出口阀门20连接，注气系统用于向样品腔15注入气体，注气系统的注气端连接有气体压力检测仪4，气体压力检测仪4与入口阀门5连通，真空系统的抽气端连接有真空泵压力检测仪13，真空泵压力检测仪13与样品腔15连通，流体收集系统的进气端连接有气体流量计24，气体流量计24与出口阀门20连通，入口阀门5与样品腔15之间连接有入口压力检测仪10，出口阀门20与样品腔15之间连接有出口压力检测仪19。

使用时，注气系统注入的气体可以根据需要选择，多孔介质样品的上表面与注气系统连通，下表面与压力检测系统连通，密封所述多孔介质样品的上下表面，流体收集系统用于对流体的渗流量进行收集和记录。

其中，注气系统包括注气泵2，注气泵2的入口连接有储气瓶1，注气泵2的出口连接有注气阀门3，注气阀门3与气体压力检测仪4连通。

其中，真空系统包括真空泵11，真空泵11与真空泵压力检测仪13连接，真空泵11与真空泵压力检测仪13之间连接有真空泵阀门12。

其中，流体收集系统包括集气瓶25，其入口处连接有气体流量计23，气体流量计23与出口阀门20连通。

本实施例的使用方法及工作原理

本实施例提供的一种可视化测量多孔介质渗流实验装置，使用方法如下：

首先将多孔介质样品放置在样品腔15中，通过管路将样品腔15的上端与注气系统连通，将样品腔15的下端与流体收集系统连通，使得所述多孔介质样品的上表面与注气系统连通，下表面与压力检测系统连通，密封所述多孔介质样品的上下表面；

关闭所有阀门，打开真空泵11和真空泵阀门12，调节真空阀门12观察真空泵压力检测仪13的压力示数，将样品腔15内抽至真空状态，关闭真空泵11；

打开储气瓶1调节注气泵2，同时打开注气阀门3，观察气体压力检测仪4的读数，记录气体压力检测仪4的读数为P₁，打开入口阀门5，使气体注入多孔介质样品内；

保持气体注入，观察出口压力检测仪19的读数，同时打开出口阀门20，气体通过气液分离器21回收到集气瓶25，保持气体输入各压力表读数平稳后，经过Δt时间，记录压力表压力数变为P₁-ΔP，此时进行渗透率的计算；

根据达西定律可得多孔介质气体渗透率为：

式中：A为多孔介质样品横截面积，μ为气体黏滞度系数，V₀为初始注入样品内的气体体积，h为样品高度，P₀为大气压，P_mean为平均压力，且P_mean＝P1-ΔP/2。

实施例2

在实施例1的基础上，本本实施例提供的一种可视化测量多孔介质渗流实验装置，还包括注液系统，注液系统的注液端通过液体压力检测仪6与入口阀门5连通，注液系统用于向样品腔15内注入液体，液体类别可以根据需要选择。

其中，注液系统包括注液泵8，注液泵8的入口连接有储液瓶9，出口连接有注液阀门7，注液阀门7与液体压力检测仪6连通。

进一步地，流体收集系统还包括气液分离器21，气液分离器21的入口与出口阀门20连通，气液分离器21的出液管一端连接有集液瓶23，出液管上设置有液体流量计22，气液分离器21的出气管一端连接有集气瓶25，出气管上设置有气体流量计23。

进一步地，还包括观测系统，观测系统包括光源14，设置在样品腔15的一侧，光源14优选LED面光源或激光面光源，样品腔15背离光源14的一侧设置有观察窗16，观察窗16背离样品腔15的一侧设置有高速摄像机17，高速摄像机17连接有计算机18，光源14、样品腔15、观察窗16和高速摄像机17同轴设置，保证观测的角度准确。

本实施例的使用方法及工作原理

本实施例提供的一种可视化测量多孔介质渗流实验装置，使用方法如下：

首先，将多孔介质样品放置在样品腔15中，通过管路将样品腔15的上端与注液系统连通，将样品腔15的下端与流体收集系统连通，使得所述多孔介质样品的上表面与注液系统连通，下表面与压力检测系统连通，密封所述多孔介质样品的上下表面；

关闭所有阀门，打开真空泵11和真空泵阀门12，调节真空阀门12观察真空泵压力检测仪13的压力示数，将样品腔15内抽至真空状态，关闭真空泵11；

向储液瓶9和储气瓶1中存入带有荧光粒子的清水和测试气体，打开注气泵2，调节注气阀门3，观测气体压力检测仪4显示读数稳定，同时打开注液泵8，调节注液阀门7，观测液体压力检测仪6显示读数稳定，打开入口阀门5，使液体和气体按测试比例混合，气液两相流入多孔介质内部，通过入口压力检测仪10可以得出气液两相流体流入多孔介质的速度，以便后期进行计算；

打开出口阀门20，两项流体经过气液分离器21分别流入集液瓶23和集气瓶25中，同时可根据气体流量计24和液体流量计22分别得到气液两项流体流入多孔介质后的速度，模拟气液两项渗流的过程，气体和液体经过气液分离器21后分离，气体流量计24和液体流量计22分别监测气体和液体流量，数据实时传输和记录，以便后续计算；

气液两项渗流的过程中开启高速摄像机17，同时打开多孔介质样品左侧光源14，采用LED面光源或激光面光源照射多孔介质，以便增加多孔介质内部结构的清晰度，高速相机17通过观察窗16，对多相流体渗流实验进行实时观测，同时拍照记录不同时间段内部气液两相分布形态，数据实时传输和记录在计算机18中，以便后续对图像处理。

在上述实验中，还可以通过对不同多孔介质材料、气体压力、注水压力条件下分别进行实验，得到不同的相对渗透率实验结果，从而分析气体和液体相对渗透率与气体压力、注水压力的关系，同时根据高速摄像机拍摄的图像数据，还可分析模型内部气液两相分布形态与上述实验变量间的关系。

综上所述，本实用新型提供的一种可视化测量多孔介质渗流实验装置，可以通过在不同气体压力、注水压力条件下分别进行实验，基于达西定理，建立了多孔介质材料渗透率测试理论基础，通过测量试验件上下表面压差和流过材料后得到流量，能够准确得到多孔介质材料的渗透率，通过可视化多孔介质注水两相渗流实验的方法，相对于现有直观地观测方法不仅可以直观地观测、分析多孔介质气液混合的渗流过程，同时还可以对不同多孔介质内部流体流动及分布形态进行研究，操作简单，测量时间少，大大提高测量效率。

以上公开的仅为本实用新型的较佳的具体实施例，但是，本实用新型实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种可视化测量多孔介质渗流实验装置，其特征在于，包括：

样品腔(15)，用于放置多孔介质样品，所述样品腔(15)上端设置有入口阀门(5)，下端设置有出口阀门(20)；

注气系统，其注气端通过气体压力检测仪(4)与入口阀门(5)连通；

真空系统，其抽气端通过真空泵压力检测仪(13)与样品腔(15)连通；

流体收集系统，其进气端通过气体流量计(24)与出口阀门(20)连通；

入口压力检测仪(10)，连接在入口阀门(5)与样品腔(15)之间；

出口压力检测仪(19)，连接在出口阀门(20)与样品腔(15)之间。

2.如权利要求1所述的一种可视化测量多孔介质渗流实验装置，其特征在于，所述注气系统包括注气泵(2)，所述注气泵(2)的入口连接有储气瓶(1)，出口连接有注气阀门(3)，所述注气阀门(3)与气体压力检测仪(4)连通。

3.如权利要求1所述的一种可视化测量多孔介质渗流实验装置，其特征在于，所述真空系统包括真空泵(11)，所述真空泵(11)与真空泵压力检测仪(13)连接，真空泵(11)与真空泵压力检测仪(13)之间连接有真空泵阀门(12)。

4.如权利要求1所述的一种可视化测量多孔介质渗流实验装置，其特征在于，所述流体收集系统包括集气瓶(25)，其入口处连接有气体流量计(23)，气体流量计(23)与出口阀门(20)连通。

5.如权利要求1所述的一种可视化测量多孔介质渗流实验装置，其特征在于，还包括注液系统，所述注液系统的注液端通过液体压力检测仪(6)与入口阀门(5)连通。

6.如权利要求5所述的一种可视化测量多孔介质渗流实验装置，其特征在于，所述注液系统包括注液泵(8)，所述注液泵(8)的入口连接有储液瓶(9)，出口连接有注液阀门(7)，所述注液阀门(7)与液体压力检测仪(6)连通。

7.如权利要求1所述的一种可视化测量多孔介质渗流实验装置，其特征在于，所述流体收集系统还包括气液分离器(21)，所述气液分离器(21)的入口与出口阀门(20)连通，所述气液分离器(21)的出液管一端连接有集液瓶(24)，出液管上设置有液体流量计(22)，所述气液分离器(21)的出气管一端连接有集气瓶(25)，出气管上设置有气体流量计(23)。

8.如权利要求1所述的一种可视化测量多孔介质渗流实验装置，其特征在于，还包括观测系统，所述观测系统包括光源(14)，设置在样品腔(15)的一侧，样品腔(15)背离光源(14)的一侧设置有观察窗(16)，所述观察窗(16)背离样品腔(15)的一侧设置有高速摄像机(17)。

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