一种基于3D打印技术的岩体粗糙裂隙多相渗流实验系统

一种基于3d打印技术的岩体粗糙裂隙多相渗流实验系统
技术领域：
1.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：

2.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。


技术实现要素：

3.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。
4.为了解决上述问题，本发明提供了一种技术方案：
5.一种基于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。
6.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。
7.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。
8.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。
9.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。
10.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：
11.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。
12.图1为本发明的系统示意图；
13.图2为本发明的试样装置的结构示意图；
14.图3为本发明的piv粒子图像仪示意图。
15.图中：1-1、一号储液箱；1-2、一号搅拌装置；1-3、一号液相柱塞泵；1-4、二号储液箱；1-5、二号搅拌装置，1-6、二号液相柱塞泵；1-7、气相柱塞泵；2-1、透明粗糙裂隙模型；2-2、透明粗糙裂隙模型底面；2-3、一号透明粗糙裂隙模型液相进口；2-4、二号透明粗糙裂隙模型液相进口；2-5、透明粗糙裂隙模型气相进口；2-6、透明粗糙裂隙模型出口；2-7、出口开关；3、废液收集装置；4-1、模型转动装置；4-2、模型支座；5-1、脉冲激光器；5-2、同步控制器；5-3、piv高速相机；6-1、模型进口压力传感器；6-2、模型出口压力传感器；7、计算机系统。
具体实施方式：
16.如图1-3所示，本具体实施方式采用以下技术方案：。
17.一种基于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2-1，透明粗糙裂隙模型2-1的底部设有透明粗糙裂隙模型底面2-2，透明粗糙裂隙模型底面2-2的底部设有模型支座4-2，模型支座4-2与透明粗糙裂隙模型底面2-2之间设有模型转动装置4-1，模型支座4-2的一侧位于透明粗糙裂隙模型2-1的下方设有piv高速相机5-3和脉冲激光器5-1，透明粗糙裂隙模型2-1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2-3、透明粗糙裂隙模型气相进口2-5与二号透明粗糙裂隙模型液相进口2-4，一号透明粗糙裂隙模型液相进口2-3连接有一号储液箱1-1，二号透明粗糙裂隙模型液相进口2-4连接有二号储液箱1-4，二号透明粗糙裂隙模型液相进口2-4与二号储液箱1-4之间设有二号液相柱塞泵1-6。
18.一号透明粗糙裂隙模型液相进口2-3与一号储液箱1-1之间设有一号液相柱塞泵1-3，一号储液箱1-1的内部设有一号搅拌装置1-2，二号储液箱1-4的内部设有二号搅拌装置1-5，透明粗糙裂隙模型气相进口2-5连接有气相柱塞泵1-7，透明粗糙裂隙模型2-1靠近一号透明粗糙裂隙模型液相进口2-3的一侧设有模型进口压力传感器6-1，透明粗糙裂隙模型2-1远离一号透明粗糙裂隙模型液相进口2-3的一侧设有模型出口压力传感器6-2，透明粗糙裂隙模型2-1远离一号透明粗糙裂隙模型液相进口2-3的一侧设有透明粗糙裂隙模型
出口2-6，透明粗糙裂隙模型出口2-6处设有出口开关2-7，出口开关2-7的下方设有废液收集装置3，脉冲激光器5-1和piv高速相机5-3均电性连接有同步控制器5-2和计算机系统7。
19.具体的，采集野外完整岩体，加工成立方体试样，采用万能试验机劈裂试样获得岩体粗糙表面，使用三维激光扫描仪获取粗糙表面三维点云数据，利用3d打印技术将三维点云数据生成透明粗糙裂隙模型2-1；根据实验用液体折射率，若液体折射率与模型材料相同，则将劈裂的岩样两面获取三维点云数据，按照设定的裂隙宽度打印生成双面透明粗糙裂隙模型2-1；若液体折射率与模型材料不同，则将劈裂的岩样单面获取三维点云数据，取设定的裂隙宽度的一半作为单面裂隙模型的裂隙宽度进行3d打印生成单面透明粗糙裂隙模型2-1；将透明粗糙裂隙模型2-1置入模型转动装置4-1，调整模型转动装置4-1的倾角到设定值，将piv高速相机5-3放于试样下方，使其与透明粗糙裂隙模型2-1表面垂直，安装好透明粗糙裂隙模型2-1的进口压力传感器6-1和出口压力传感器6-2；接通所有管路，在管路接口处均通过橡胶密封圈与螺栓固定，防止漏液与漏气，将脉冲激光器5-1放置于透明粗糙裂隙模型2-1侧面，调整脉冲激光器5-1位置，使激光面平行透明粗糙裂隙模型2-1，并使激光面位于裂隙内；将荧光粒子加入盛有实验用液体的储液箱1-1和1-4中并使用搅拌装置1-2和1-5进行搅拌，直至荧光粒子搅拌均匀；根据实验目的，分别开启液相、气相、或液相与气相柱塞泵开关进行渗流实验，实验后的废液进入废液收集装置3；计算机系统7分别采集压力数据、piv流场数据，将piv流场数据与模型区域一一对应，并计算获得裂隙区域速度场，使用计算流体力学软件以速度场和压力数据为初始值计算压力场，从而得到裂隙网络内全域包括速度场和压力场的全域流场。
20.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。