[发明专利]一种基于五米级大型物理模型的深部高温热储模拟系统

说明书

本发明提供一种基于五米级大型物理模型的深部高温热储模拟系统，涉及大型相似物理模型模拟系统技术领域。本发明利用3D打印设备制备五米级相似物理模型模拟深部高温岩体、通过加热组件对五米级相似物理模型模拟深部高温岩体从底部加热，为五米级相似物理模型提供最长保温时长6个月的最高400℃的高温环境同时模拟真实环境地温梯度的施加，同时采用预制光纤光栅传感器和耐高温温度、应变传感器的形式对处于深部高温热储环境下的五米级相似物理模型中各点的应变、应力和温度进行监测，从而为后续开展基于五米级相似物理模型的地热注采压裂实验提供近乎真实状态的热环境。

技术领域

本发明涉及大型相似物理模型模拟系统技术领域，尤其涉及一种基于五米级大型物理模型的深部高温热储模拟系统。

背景技术

地热能作为一种重要的清洁可再生能源，具有低碳环保、稳定高效等特点，与风能、太阳能等能源相比，不受季节、气候、昼夜等外界因素干扰，是一种现实并具有竞争力的能源。地热资源的绝大多数为干热岩型地热资源。干热岩位于地下3～10km、温度高于180℃深部环境中。我国干热岩地热能储量丰富，资源量为2.52×1025J，合856万亿t标煤，约占世界资源总量的1/6。增强型地热系统作为开发干热岩资源最有效的手段，目前，世界各国均开展了广泛的增强型地热能开发的研究。

但由于干热岩热储赋存的深度极深，现场试验需要大量消耗的人力物力，且影响因素复杂，很难控制变量，采取室内试验的手段；而采用理论分析需要对原型进行大量的假设和简化，用数学模型描述工程尺度的问题十分困难模拟深部干热岩的赋存环境；相比之下，采取室内试验的手段，开展以相似理论为基础的大型三维物理模型试验,通过配置与深部高温热储热物性相似的相似材料，在模拟深部干热岩的赋存环境下进行地热注采试验对揭示地热能安全高效开采与调控方式具有重要指导意义。

专利CN114526772A中的装置采用U型井筒注入口所在的竖管和横管作为导热段，采用点加热的方式为整个物理模型加热；专利CN110500068B，CN106872668A均采用在物理模型周围均匀加热整个物理模型；专利CN216669802U中的装置随采用加热面板设置在模拟试验箱的下方且与模拟试验箱的底板相接触的方式，将热量通过模拟试验箱的底板传递给模拟试验箱内的物理模型，由于模拟试验箱整体都是导热的且导热性良好，因此模拟试验箱中的物理模型加热方式其实跟上述专利CN110500068B，CN106872668A一样，也是在物理模型周围均匀加热整个物理模型。上诉专利中的装置均未能实现在相似物理模型较好的模拟真实环境中地温梯度增加。

目前，开展米级超大尺度的相似物理模型尚存较大难度，这意味着针对基于米级超大尺度的相似物理模型的深部高温热储模拟方法会更加缺乏。正因如此，为了进行基于五米级大型相似物理模型的地热注采等相关实验，现需研制一种能够很好模拟真实赋存环境中地温梯度增加和超高温长时间尺度(400℃/6个月)状态维持的深部高温热储模拟系统。不仅如此，鉴于该系统后续试验的应力加载装置的需求，即为五米级大型相似物理模型施加近似于深部高温热储赋存应力条件，因此，该系统在具备很好应力加载能力的同时，还应具备良好的保温隔热冷却功能，最终实现防止高温随应力加载装置传递而对整体系统造成损害的目的。应当指出，现有专利均未能实现上述功能，本发明将填补这些功能的空白，即为深部高温热储赋存工程的复杂热力响应提供有利的研究工具。

由于开展米级超大尺度的相似物理模型任存在较大难度，因而针对基于米级超大尺度的相似物理模型的深部高温热储模拟方法也较少。而本专利中的系统是提供一个近似于深部热储的模拟环境，此系统应对真实环境中地温梯度增加进行一个很好的模拟，上诉专利中的装置均未能实现在相似物理模型较好的模拟真实环境中地温梯度增加，且上专利皆无保温隔热冷却方案，所以上述装置中进行高温实验存在极大的安全隐患。

同时其他模拟深部高温热储物理模型实验中尚未能实现较好的在相似物理模型模拟真实环境地温梯度增加，存在米级超大尺度的相似物理模型处于最高400℃高温下，最长6个月的长时保温情况下保温隔热冷却方案不足的问题。

发明内容