[发明专利]一种基于3D打印技术的岩体粗糙裂隙多相渗流实验系统

说明书

本发明公开了一种基于3D打印技术的岩体粗糙裂隙多相渗流实验系统，包括透明粗糙裂隙模型，透明粗糙裂隙模型的底部设有透明粗糙裂隙模型底面，透明粗糙裂隙模型底面的底部设有模型支座，模型支座与透明粗糙裂隙模型底面之间设有模型转动装置，模型支座的一侧位于透明粗糙裂隙模型的下方设有PIV高速相机和脉冲激光器，本发明的有益效果：本实验系统可以对岩体天然裂隙内的饱和渗流、非饱和渗流、水驱油渗流、气驱油渗流、油气水多相渗流的全域渗流速度场进行测试，获得渗流速度场、模型进出口压差、驱替过程两相边界结构、气液液多相流界面特征数据，可以精确控制实验过程各参数，其具有可视化，实现流场各参数的实时测量。

技术领域：

本发明属于实验设备技术领域，特别涉及一种基于3D打印技术的岩体粗糙裂隙多相渗流实验系统。

背景技术：

在岩土工程中，岩体裂隙渗流，包括饱和渗流和非饱和渗流，对工程建设与运营产生重要影响；在石油领域中，使用水驱油、气驱油等驱替方法提高采收率；在天然气领域中，油气水三相流同时存在，如何提高各相采收率是关键，而目前使用的岩体裂隙渗流模型表面粗糙度几乎都是软件生成，而不是采用天然岩体劈裂采集表面形态数据，目前使用的裂隙渗流模型，大都只考虑单相流，并且也较少能获得裂隙渗流全域速度场。

发明内容：

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于3D打印技术的岩体粗糙裂隙多相渗流实验系统，本系统借助3D打印技术实现了可视化观测岩体裂隙中的非饱和渗流的渗流特征的目的，同时改进了试样的制作方法，避免因为光的折射带来的误差影响，进一步减小实验误差，提高数据精度。

为了解决上述问题，本发明提供了一种技术方案：

一种基于3D打印技术的岩体粗糙裂隙多相渗流实验系统，包括透明粗糙裂隙模型，透明粗糙裂隙模型的底部设有透明粗糙裂隙模型底面，透明粗糙裂隙模型底面的底部设有模型支座，模型支座与透明粗糙裂隙模型底面之间设有模型转动装置，模型支座的一侧位于透明粗糙裂隙模型的下方设有PIV高速相机和脉冲激光器，透明粗糙裂隙模型的一侧依次设有一号透明粗糙裂隙模型液相进口一号透明粗糙裂隙模型液相进口、透明粗糙裂隙模型气相进口与二号透明粗糙裂隙模型液相进口，一号透明粗糙裂隙模型液相进口连接有一号储液箱，二号透明粗糙裂隙模型液相进口连接有二号储液箱，二号透明粗糙裂隙模型液相进口与二号储液箱之间设有二号液相柱塞泵。

作为本发明的一种优选技术方案，一号透明粗糙裂隙模型液相进口与一号储液箱之间设有一号液相柱塞泵，一号储液箱的内部设有一号搅拌装置，二号储液箱的内部设有二号搅拌装置，透明粗糙裂隙模型气相进口连接有气相柱塞泵。

作为本发明的一种优选技术方案，透明粗糙裂隙模型靠近一号透明粗糙裂隙模型液相进口的一侧设有模型进口压力传感器，透明粗糙裂隙模型远离一号透明粗糙裂隙模型液相进口的一侧设有模型出口压力传感器。

作为本发明的一种优选技术方案，透明粗糙裂隙模型远离一号透明粗糙裂隙模型液相进口的一侧设有透明粗糙裂隙模型出口，透明粗糙裂隙模型出口处设有出口开关，出口开关的下方设有废液收集装置。

作为本发明的一种优选技术方案，脉冲激光器和PIV高速相机均电性连接有同步控制器和计算机系统。

本发明的有益效果：本实验系统可以对岩体天然裂隙内的饱和渗流、非饱和渗流、水驱油渗流、气驱油渗流、油气水多相渗流的全域渗流速度场进行测试，获得渗流速度场、模型进出口压差、驱替过程两相边界结构、气液液多相流界面特征数据，可以精确控制实验过程各参数，其具有可视化，实现流场各参数的实时测量，采用原岩人工劈裂形成裂隙粗糙面，经三维激光扫描采集裂隙粗糙面形态数据借助3D打印技术生成透明裂隙模型，实现裂隙单相渗流、两相混合渗流、两相驱替渗流、气液液多相渗流可视化试验目的，同时考虑液相折射率制作多种裂隙模型，显著提高模型还原天然裂隙程度，达到真实模拟天然裂隙渗流。

附图说明：

为了易于说明，本发明由下述的具体实施及附图作以详细描述。