[发明专利]一种岩石芯片中马兰戈尼效应的可视化装置及方法

说明书

本申请公开了一种岩石芯片中马兰戈尼效应的可视化装置及方法，可视化装置包括介质输入系统、监测系统和加热系统，以及分别与介质输入系统、监测系统和加热系统相连接的控制系统；介质输入系统与介质入口相连接，以使介质能够在岩石芯片的裂隙中流动；监测系统用于监测岩石芯片中介质的流动状态；加热系统包括具有加热腔的温控仪和位于加热腔的热源，热源的顶部设置有传热件，传热件能够与岩石芯片部分接触，以使岩石芯片在热源的加热作用下形成局部加热区；控制系统用于对介质输入系统、监测系统和加热系统进行控制。本申请通过各子系统之间的联动控制来实现对于岩石芯片中变温流动的马兰戈尼效应的可视化监测，结构简单。

技术领域

本发明属于能源动力工程中对于马兰戈尼效应的实验研究领域，尤其涉及一种岩石芯片中马兰戈尼效应的可视化装置及方法。

背景技术

地热能作为一种新的清洁能源，在当今人们环保意识日渐增强和能源日趋紧缺的情况下，对地热资源的合理开发利用已愈来愈受到人们的青睐。地热资源一般分为浅层地热和中深层地热两种地热资源，其中，中深层地热包括地下深度200～3000米的地热能以及地下深度3000米以上的干热岩所具有的地热能。

目前，我国浅层地热储量约95亿吨标煤，中深层地热储量约1.37万亿吨标煤，干热岩储量约860万亿吨标煤。可以发现，中深层地热的开采，尤其是干热岩的开采具有十分广阔的前景。在对干热岩进行开采时，通常为从地表钻井至热储层，由于热储层岩石中发育的非均质天然裂隙和钻井开发时产生的人工裂隙，能够改善地下深层的低渗透性环境，使注入井和生产井之间形成大面积的裂隙连通网络。通过向注入井注入热能媒介物质(水或二氧化碳等)，媒介物质将在形成的地下裂隙网络中进行充分的热交换，并被升高至较高温度，进而由抽出井抽出完成地热能的开采。

上述开采过程中，由于热储层岩石裂隙的非均质特性，热能媒介物质尤其是水在裂隙连通网络中的流动呈现非饱和流动的状态。在长期采热过程中，这种非饱和流动的方式会造成热储层岩石的热量分布不均匀，致使热储层岩石局部温度发生变化。此外，由于水的表面张力会随着温度的升高而减小，在张力梯度的作用下，水会由低表面张力区流动至高表面张力区，水的流场也会因此而发生变化，即马兰戈尼效应。马兰戈尼效应的存在能够影响热能媒介物质的传热，进而不利于提升地热资源的采热效率。

为了能够对热储层岩石中的马兰戈尼效应进行研究分析，提升地热资源的利用率，因此需要一种可以直接对马兰戈尼效应进行观察的实验室设备或方法。现有技术对于岩土中非饱和流动现象虽也有涉及，但是也仅仅属于一种黑箱实验，未能可视化热能媒介物质的局部流动，技术人员无法直观地对岩土或热储层岩石中的马兰戈尼效应进行观测。

由此可见，现有技术有待于进一步地改进和提高。

发明内容

本发明提供了一种岩石芯片中马兰戈尼效应的可视化装置及方法，以解决上述技术问题中的至少一个技术问题。

本发明所采用的技术方案为：

第一方面，本发明提供一种岩石芯片中马兰戈尼效应的可视化装置，所述岩石芯片具有介质入口和介质出口，所述可视化装置包括：介质输入系统、监测系统和加热系统，以及分别与所述介质输入系统、所述监测系统和所述加热系统相连接的控制系统；所述介质输入系统与所述介质入口相连接，以使介质能够在所述岩石芯片的裂隙中流动；所述监测系统用于监测所述岩石芯片中介质的流动状态；所述加热系统包括具有加热腔的温控仪和位于所述加热腔的热源，所述热源的顶部设置有传热件，所述传热件能够与所述岩石芯片部分接触，以使所述岩石芯片在所述热源的加热作用下形成局部加热区；所述控制系统用于对所述介质输入系统、所述监测系统和所述加热系统进行控制。

作为本发明的一种优选实施方式，所述传热件为多个，且多个所述传热件分别与所述岩石芯片相接触，以使所述岩石芯片在所述热源的加热作用下形成多个所述局部加热区。