[发明专利]一种用于多孔介质内颗粒沉积迁移的实验装置

说明书

本发明公开了一种用于多孔介质内颗粒沉积迁移的实验装置，包括多孔介质渗透仪、液固两相流压力系统、收集测量系统、轴向加载设备、核磁共振成像单元和计算机系统。多孔介质渗透仪安装在轴向加载设备上，外接液固两相流压力系统和收集测量系统，轴向加载设备上安装包围多孔介质渗透仪的核磁共振成像单元，实验装置的所有控制和数据收集处理均由计算机系统完成。本发明可以非接触式的测量非透明多孔介质内的颗粒沉积迁移，由核磁共振成像系统测量精度高、实时性好。

技术领域

本发明涉及一种用于多孔介质内颗粒沉积迁移的实验装置，特别是一种基于核磁共振成像的多孔介质内颗粒沉积迁移实验装置。

背景技术

颗粒在多孔介质中的沉积和迁移现象在地球上广泛存在，相关研究对于地热开采、石油开采滤砂、采矿突水溃沙、堆石坝管涌、核废料处理等众多领域有非常重要的意义。例如，地下水开过程中涉及地层中的冷热水循环，如果地层没有足够的过滤能力会导致地层堵塞，出现地热产能降低、管网堵塞等问题；在开采疏松砂岩油时，常采用砾石充填工艺过滤原油中的砂子，多孔介质中的液固两相流机理是该技术的基础，充填砾石的设计成为该技术的核心。因此多孔介质中的液固两相流运动特性的研究具有极其重要的学术价值和广泛应用领域。

在不接触的前提下研究液固两相流运动的常规方法是借助强穿透光源进行光学捕捉，例如：中国专利(CN103759921A)公布了一种测量两相流内颗粒运动轨迹的装置，该装置借助三个方向上激光光源和光学接收器可实现测试区域的颗粒运动捕捉，但该方法只能研究透明溶液中的颗粒运动，不能研究多孔介质内部的颗粒运动；中国专利(CN106644848A)公布了一种研究半透明颗粒材料中污染物迁移的装置，该装置要求多孔介质材料只能是半透明材料，但常见的多空介质材料大多不透明，所以该装置不具有通用性；中国专利(CN10571996A)公布了一种研究渗水状态下土体颗粒运动状态的装置，该装置要求容器为透明玻璃，并且只能观察多孔介质表面的颗粒迁移，无法得到多孔介质内部的颗粒运动情况。

随着对多孔介质内液固两相流的研究进一步深入，研发有效且精度高的测试设备成为诸多科研人员的重要需求。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对现有技术中借助光线研究多孔介质中液固两相流运动的缺陷，提供一种基于核磁共振成像的多孔介质内颗粒沉积迁移实验装置，既可以实时获得多孔介质内部的颗粒沉积迁移信息，也可以对多孔介质进行按应力或按位移方式加载，研究不同条件下的颗粒沉积迁移规律。

本发明采用如下技术方案实现：

一种用于多孔介质内颗粒沉积迁移的实验装置，包括多孔介质渗透仪1、液固两相流压力系统2、收集测量系统3、轴向加载设备4、核磁共振成像单元5和计算机系统6；

所述多孔介质渗透仪1包括填充多孔介质的筒体15，所述筒体15竖直安装在轴向加载设备4的底座10上，筒体内填充的多孔介质两端分别设置上透水板8和下透水板9，所述上透水板8上方的筒体内部设有与轴向加载设备4的加载端连接的压头7，所述下透水板9压紧在底座10上；

所述液固两相流压力系统2与多孔介质渗透仪1的上透水板8一侧入口连接，用于向多孔介质内注入液固两相混合流体；

所述收集测量系统3与多孔介质渗透仪1的下透水板9一侧的出口连接，对从多孔介质流出的液固两相混合流体进行称量；

所述核磁共振成像单元5环绕筒体的周向设置，并与计算机系统6通过信号连接，通过计算机系统6控制核磁共振成像单元并接收显示成像信号。

进一步的，所述压头7和底座10上分别设有与上透水板8和下透水板9上的透水通道连通的腔体。

优选的，所述腔体为漏斗形腔体，可以让进入和流出多孔介质的液固两相混合流体均匀流动；

所述压头7上的漏斗形腔体小端作为入口与液固两相流压力系统2连接，大端覆盖上透水板8上的所有透水通道；