[发明专利]一种模拟地热尾水回灌路径的装置及其使用方法

权利要求书

1.一种模拟地热尾水回灌装置，其特征在于，包括装有清水的注水罐(1)和装有着色液的注水罐(5)，装有清水的注水罐(1)和装有着色液的注水罐(5)分别通过第一阀门(3)、第二阀门(7)连接三通导管(8)的第一、第二接口，三通导管(8)的第三接口连接缓冲室(9)进水端，缓冲室(9)出水端通过带有第三阀门(11)的导管连接注水泵(13)入口，注水泵(13)出口通过导管连接第一质量流量计(15)入口，质量流量计(15)的出口通过导管连接注水钢管(18)，注水钢管(18)穿过加压器(34)一侧底板，加压器(34)另一侧穿过取水钢管(23)；注水钢管(18)和取水钢管(23)分别对称设置在加压器34的左右两侧，注水钢管(18)和取水钢管(23)伸入到模拟室(24)内部铺设透明石英珠层(20)内；取水钢管(23)通过导管连接第二质量流量计(27)的进口，第二质量流量计(27)出口通过导管连接取水泵(29)入口，取水泵(29)出口通过导管连接带有第四阀门(31)的排水管(32)相接，排水管(32)伸入烧杯(33)内部；加压器(34)放置在模拟室(24)内部，加压器(34)的下方铺设透明石英珠层(20)；透明石英珠层(20)内铺设多个刚性透明网(21)。

2.根据权利要求1所述的一种模拟地热尾水回灌装置，其特征在于，所述的加压器(34)顶部外接测力计(35)。

3.根据权利要求1所述的一种模拟地热尾水回灌装置，其特征在于，所述的模拟室(24)正面放置摄录装置(36)。

4.根据权利要求1所述的一种模拟地热尾水回灌装置，其特征在于，所述的注水钢管(18)与取水钢管(23)的管底分别蒙上塑料滤网。

5.基于权利要求1所述的一种模拟地热尾水回灌装置的使用方法，其特征在于，其步骤为：

步骤一：获取实测数据，建立地质模型：

在运行模拟装置前，需搜集研究区地层岩性、岩层埋藏深度d及厚度t、岩石孔隙度φ及渗透率k、地下水位高度h、断裂展布特征、断裂产状等地质数据；同时，也需搜集计划模拟地区内主要地热钻井位置、钻探深度d_w、钻孔直径φ_w、回灌流量Q_wo、出水流量Q_wi、温度t_w及压力P_w等地热勘探参数，并据此构建地热地质模型；

步骤二：依据地质模型，在模拟室(24)内构建模拟装置模型：

根据步骤一采集的信息，选取模拟室(24)的尺寸，粒度较大、孔渗条件好的地层用大尺寸石英珠布设，而粒度较小、孔渗条件差的地层则用小尺寸石英珠布设，石英珠与刚性透明网(21)设置完毕后，在其上部缓慢放置加压器(34)，以暂时固定透明石英珠层(20)，并在加压器(34)上部安装测力计(35)；

步骤三：设置注水钢管(18)与取水钢管(23)：

根据实际回灌井与取热井的相对位置、深度d_w与钻孔直径φ_w，取长度与直径的注水钢管(18)与取水钢管(23)并插入透明石英珠层(20)；

步骤四，装配着色液；

装有清水的注水罐(1)和装有着色液的注水罐(5)分别装有清水和着色液；

步骤五：组装实验仪器：

注水泵(13)流向应与第一质量流量计(15)一致，取水泵(29)流向应与第二质量流量计(27)一致；导管、注水钢管(18)之间以及导管、取水钢管之间应分别利用固定阀做固定连接处理并密封；在模拟室(24)正面平行放置摄录装置(36)；

步骤六：利用加压器(34)施加垂向压力，模拟地层压力：

依据实际地层压力P_地，利用加压器(34)按比例向模拟室(24)内施加垂向稳定压力，所施加压力大小可通过测力计(35)测量；

步骤七，启动注水泵(13)与取水泵(29)，试运行模拟装置：

打开第一阀门(3)、第三阀门(11)与第四阀门(31)，将加热后的清水通过测第一温计(2)测温并达到预计温度后，注入后续仪器，启动注水泵(13)和取水泵(29)，并将泵内动力调至低值，观察注入清水是否在模拟地层(20)内流动顺畅、压力计(35)示数是否稳定正常，在模拟装置稳定运行后，逐渐调增注水泵(13)和取水泵(29)动力，直至第一质量流量计(15)与第二质量流量计(27)内的流量数据与按比例调整后的实际注水、取水流量一致，；

步骤八：注入着色液，观测着色液在模拟室(24)内的运移情况，并记录：

待模拟室(24)内水位与按比例换算后的实际水位接近一致后，关闭第一阀门(3)，启动摄录装置(36)，三通导管(8)的第三接口、缓冲室(9)、注水泵(13)和第一流量计(15)内残余清水基本排尽后，取水泵(29)内运行动力，观测着色液在模拟室(24)内的运移情况，模拟地热尾水的回灌路径。

6.根据权利要求5所述的一种模拟地热尾水回灌装置的使用方法，其特征在于，所述的装有清水的注水罐(1)和装有着色液的注水罐(5)分别外接第一测温计(2)和第二测温计(6)，所述的第一测温计(2)和第二测温计(6)的量程均为0-100℃，测量精度为1℃；所述的第一质量流量计(15)与第二质量流量计(27)的流量测试范围为0-1000ml/min，耐压1.0MPa；注水泵(13)和取水泵(29)提供0-1.0MPa范围内的注水/取水动力，调节精度为0.01MPa；透明石英珠层(20)中明石英珠的直径由下至上分别为1mm、2mm、5mm、10mm和20mm，耐压强度为1.0MPa。