一种在长期注水作用下干热岩动态变化的模拟装置

1.本实用新型涉及干热岩技术领域，具体涉及一种研究在长期注水作用下干热岩的动态变化的模拟装置。


背景技术：

2.干热岩(hdr)是国际社会公认的高效低碳清洁能源，具有供能持续稳定、高效循环利用、可再生等特点，可减少温室气体排放，改善生态环境，在未来清洁能源发展中占有重要地位，有望成为能源结构转型新方向。虽然干热岩无处不在，且受外界环境影响很小，然而其具体开发技术尚未完全成熟，还处于试验研究阶段。对于干热岩的开发利用而言，其主要技术是将冷水注入地层中，在注入井、人造热储和生产井之间进行循环流动，与干热岩储层进行换热，从而提取干热岩中的热能进行地面供暖、发电等。其开发利用离不开长期注水，因而长期注水对干热岩的影响研究至关重要。
3.目前国内外学者对于干热岩的研究主要偏重于水力压裂开发技术，很少有侧重长期注水作用下干热岩的动态变化的研究。然而长期注水对干热岩的影响很多，如受注入水水质、地层胶结程度较弱导致的出砂、注入水与地层和地层水的配伍等因素影响，长期注水井将导致井筒附件应力集中，从而致使储层岩石发生损伤，产生变形，改变地层的渗流特性，使得开发效果变差，长期注水使得储层岩石内部的裂隙进一步扩展，使得开发效果增强等现象发生。通过研究干热岩在长期注水下的动态变化，得出其演变规律，进而使干热岩开发到达预测效果。因此需要一种新的模拟装置和方法，对干热岩在长期注水作用下的动态变化进行模拟。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种在长期注水作用下干热岩动态变化模拟装置，用来预测干热岩在长期注水下的动态演化过程以及分析各种参数对于换热效果的影响。
5.实现本实用新型目的所采用的技术方案为，一种在长期注水作用下干热岩动态变化模拟装置，包括注入系统、压力控制系统、岩心放置系统、温度控制系统及监控系统，所述岩心放置系统包括岩心容纳腔、调节堵头和空心螺杆二；所述岩心容纳腔上连接所述调节堵头，通过所述空心螺杆二与所述调节堵头使岩样能放置在岩心容纳腔内，并使岩样处于密封状态；
6.所述注入系统包括注入泵和控制阀门，流体通过所述注入泵进入所述控制阀门以及空心螺杆一，与岩心放置系统上的入口相连；
7.所述压力控制系统包括压力计，压力调节阀，安全阀门和泄压保护装置，所述压力计的入口端连通岩心放置系统的出口端，压力计的出口端依次连接所述安全阀门和所述压力调节阀，安全阀门连接所述泄压保护装置；
8.所述温度控制系统包括加热电阻丝、加热控制器和隔热外壳，所述加热电阻丝与所述岩心容纳腔外围紧密贴合，加热电阻丝外设置所述隔热外壳，用以起到保温隔热作用，
所述加热控制器与加热电阻丝相连，以控制电阻丝的温度，更好的模拟干热岩地层温度；
9.所述监控系统包括单目摄像头，所述单目摄像头用以拍摄记录干热岩在实验中的动态变化。
10.优选地，所述岩心容纳腔由耐高温高压玻璃构成，便于实时观察岩样动态变化；所述隔热外壳设有同样特制的耐高温高压的可视化透明玻璃窗，方便监控系统及时记录岩样变化情况，实现对干热岩动态变化的可视化观察，为干热岩资源的开发提供便利。
11.优选地，所述安全阀门及所述泄压保护装置，当岩心容纳腔内的压力达到安全压力上限时，安全阀门会被自动顶起，并通过泄压保护装置进行紧急泄压，起到保护装置的作用。
附图说明
12.图1为本实用新型提供的一种在长期注水作用下干热岩动态变化模拟装置的结构立体示意图；
13.图2为本实用新型提供的一种在长期注水作用下干热岩动态变化模拟装置的结构平面示意图。
14.图3为本实用新型提供的岩心放置系统的细节剖面图。
15.图中：1-注入口，2-注入泵，3-控制阀门，4-空心螺杆一，5-岩心容纳腔，6-加热电阻丝，7-加热控制器，8-调节堵头，9-空心螺杆二，10-压力计，11-安全阀门，12-泄压保护装置，13-压力调节阀，14-积液槽， 15-隔热外壳，16-单目摄像机，17-入口，18-出口
具体实施方式
16.本实用新型的目的是提供一种在长期注水作用下干热岩动态变化的模拟装置，以解决上述现有技术存在的问题，模拟长期注水作用下干热岩动态变化实验，实现对干热岩动态变化的可视化观察，为干热岩资源开发提供便利。
17.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本实用新型并不限于下面公开的具体实施例。
18.如图1、图2和图3所示，本实用新型由注入系统、压力控制系统、岩心放置系统、温度控制系统和监控系统，这五大系统组成。
19.岩心放置系统包括岩心容纳腔5、调节堵头8和空心螺杆二9；岩心容纳腔5上连接调节堵头8与空心螺杆二9，通过空心螺杆二9与调节堵头8使岩样能放置在岩心容纳腔内5，并使岩样处于密封状态；
20.注入系统包括注入泵2、控制阀门3和空心螺杆一4，流体通过注入口1进入注入泵2，通过控制阀门3以及空心螺杆一4，与岩心放置系统上的入口17相连；
21.压力控制系统包括压力计10，压力调节阀13，安全阀门11和泄压保护装置12，压力计10的入口端连通岩心放置系统的出口端18，压力计10的出口端依次连接安全阀门和压力调节阀，安全阀门11连接泄压保护装置12；
22.温度控制系统包括加热电阻丝6、加热控制器7和隔热外壳15，加热电阻丝6与岩心
容纳腔5外围紧密贴合，加热电阻丝6外设置隔热外壳15，用以起到保温隔热作用，加热控制器与加热电阻丝相连，以控制电阻丝的温度，更好的模拟干热岩地层温度；
23.监控系统包括单目摄像头16，单目摄像头用以拍摄记录干热岩在实验中的动态变化。
24.利用本实用新型的长期注水作用下干热岩变化模拟装置，通过改变注水压力，能够模拟不同压力液体长期注入下干热岩的动态变化实验，分析干热岩在不同注水压力的长期作用下的变化过程。本实用新型的长期注水作用下干热岩变化模拟装置的隔热外壳15设有特制的耐高温高压的可视化透明玻璃窗，同时，岩心容纳腔5也由同样特制的耐高温高压的可视化透明玻璃制成，便于监控系统及时记录岩样变化情况，实现对干热岩动态变化的可视化观察，为干热岩资源的开发提供便利。
25.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。


技术特征：
1.一种在长期注水作用下干热岩动态变化的模拟装置，其特征在于：包括注入系统、压力控制系统、岩心放置系统、温度控制系统及监控系统；所述岩心放置系统包括岩心容纳腔(5)、调节堵头(8)和空心螺杆二(9)；所述岩心容纳腔(5)上连接所述调节堵头(8)，通过所述空心螺杆二(9)与所述调节堵头(8)使岩样能放置在岩心容纳腔内(5)，并使岩样处于密封状态；所述注入系统包括注入泵(2)、控制阀门(3)和空心螺杆一(4)，流体通过注入口(1)进入所述注入泵(2)，通过所述控制阀门(3)以及空心螺杆一(4)，与岩心放置系统上的入口(17)相连；所述压力控制系统包括压力计(10)，压力调节阀(13)，安全阀门(11)和泄压保护装置(12)，所述压力计(10)的入口端连通岩心放置系统的出口端(18)，压力计(10)的出口端依次连接所述安全阀门(11)和所述压力调节阀(13)，安全阀门(11)连接所述泄压保护装置(12)；所述温度控制系统包括加热电阻丝(6)、加热控制器(7)和隔热外壳(15)，所述加热电阻丝(6)与所述岩心容纳腔(5)的外围紧密贴合，加热电阻丝(6)外设置所述隔热外壳(15)，用以起到保温隔热作用，所述加热控制器(7)与加热电阻丝(6)相连，以控制电阻丝的温度，更好的模拟干热岩地层温度；所述监控系统包括单目摄像头(16)，所述单目摄像头(16)用以拍摄记录干热岩在实验中的动态变化。2.根据权利要求1所述的一种在长期注水作用下干热岩动态变化的模拟装置，其特征在于：所述岩心容纳腔(5)由耐高温高压玻璃构成，能便于实时观察岩样动态变化；所述隔热外壳(15)设有同样特制的耐高温高压的可视化透明玻璃窗，方便监控系统及时记录岩样变化情况。3.根据权利要求1所述的一种在长期注水作用下干热岩动态变化的模拟装置，其特征在于：所述安全阀门(11)及所述泄压保护装置(12)，当岩心容纳腔内的压力达到安全压力上限时，安全阀门(11)会被自动顶起，并通过泄压保护装置(12)进行紧急泄压，起到保护装置的作用。

技术总结
本实用新型提供了一种在长期注水作用下干热岩动态变化的模拟装置。该装置包括注入系统、压力控制系统、岩心放置系统、温度控制系统以及监控系统，其中，岩心放置系统由耐高温高压玻璃构成的岩心容纳腔、调节堵头和空心螺杆二组成；加热电阻丝紧密贴合在岩心容纳腔外，并与加热控制器相连，对容纳腔内的岩样进行加热，用以模拟干热岩地层温度。本实用新型可实现干热岩在长期注水作用下的演化过程的动态变化分析，得出其演变规律，解决干热岩所储能源在开采工程中的实际问题。源在开采工程中的实际问题。源在开采工程中的实际问题。


技术研发人员：褚庆忠 林景昱 韩森伟 犹遵艳 张宏远 高文龙
受保护的技术使用者：燕山大学
技术研发日：2021.11.25
技术公布日：2022/7/15