[发明专利]一种岩体裂隙气液两相渗流实验装置和方法

说明书

本发明公开了一种岩体裂隙气液两相渗流实验装置和方法，涉及岩土工程技术领域，实验装置包括：气液预混部分，二氧化碳气体与清水在气液混合箱中完成预混过程；渗流部分，将两块岩样板胶结固定在渗流实验盒的内部，两块岩样板之间的缝隙模拟煤体裂隙，并作为渗流实验中气液混合流体流经的通道；监测控制部分，用于对渗流实验时时监测和控制。本发明的有益效果是，通过高压低温条件下，预先将二氧化碳气体溶解于清水中，之后再通过升温降压，使二氧化碳在水中凝聚成气泡并均匀分布，再结合气液混合流动形态实时显微观测的方法，为岩体裂隙中气液两相渗流的研究提供硬件基础。

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，尤其涉及一种岩体裂隙气液两相渗流实验装置和方法。

背景技术

岩土工程技术领域中，由于地层岩体通常含有大量的裂隙，因此其中的渗流现象普遍存在，例如，地下水在岩层中的流动、煤层中的煤层气流动等等。值得注意的是，很多情况下，地层中流动的流体并非单一相态，而是气液两相的混合渗流。搞清岩体裂隙中气液两相渗流的机理，对油气开发等许多工程都有重要的指导意义。因此，岩体裂隙中气液两相渗流特性和机理，是长期以来的研究热点。

岩体裂隙中气液两相渗流行为较为复杂，对于这一问题，已有的物理实验方法通常是搭建渗流实验平台，在岩样上端头分别设置注气口和注液口，调节气液流量和压力，实现稳态渗流，并在岩样下端头分别测试气体流量和液体流量，从而计算渗透率。但该方法一方面实验效果通常不佳，主要表现在：气液难以实现均匀混合，即在气液分别注入的情况下，注入气体难以在液相中形成分布均匀的气泡，而是聚集在注气口处，导致难以在裂隙内形成稳态流动，因此，岩样下端头出口处的气液流量波动较大，影响渗透率测定效果。另一方面，现有的气液两相渗流实验，裂隙岩体通常是封闭在不透明的金属腔体中，无法有效观测到内部混合流体中气泡的数量、尺寸、分布均匀性，而这些参数势必成为影响渗透率的重要因素。因此，有效观测混合流体的形态特征，是能够深入研究岩体裂隙中气液两相渗流的必要条件。

基于此，开发能解决现有实验方法存在的技术问题，为岩体裂隙中气液两相渗流的研究提供硬件基础的实验装置成为本领域急需解决的问题。

发明内容

为解决现有岩体裂隙中气液两相渗流中存在的气液混合不匀导致的测定数据不准确，以及无法观测内部混合流体形态的技术问题，本发明公开了一种岩体裂隙气液两相渗流实验装置和方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种岩体裂隙气液两相渗流实验装置，包括：

气液预混部分，包括气液混合箱，二氧化碳气体与清水在气液混合箱中完成预混过程；

渗流部分，包括渗流实验盒，将两块岩样板胶结固定在渗流实验盒的内部，两块岩样板之间的缝隙模拟煤体裂隙，并作为渗流实验中气液混合流体流经的通道；

监测控制部分，用于对渗流实验时时监测和控制。

进一步地，所述气液混合箱的顶部设置进气口和进液口，进气口通过一高压软管与二氧化碳气瓶相连接，进液口通过另一高压软管与储液罐相连接。

进一步地，空气压缩制冷机产生的冷气通过冷却管流经气液混合箱的内部，在气液混合箱的内部还设有搅拌器。

进一步地，所述渗流实验盒为立方体结构形式，且左侧挡板可拆卸，渗流实验盒的顶部设置注液口，底部设置出液口，注液口通过高压管线与设置在气液混合箱一侧的出液口相连接，且在该段高压管线上还设置有微流阀和压力传感器，出液口通过另一高压管线与气液分离器相连接，且在该段高压管线上还是设置有温度传感器，所述气液分离器上设有出气管和出液管，出气管上安装有气体流量计，出液管上安装有液体流量计。