一种地下油库水幕系统注水渗流试验装置

本发明涉及地下油库水幕系统优化设计研究领域，具体为一种地下油库水幕系统注水渗流试验装置。

背景技术：

地下水封洞库与其他储油方式相比具有占地少、安全性高和经济环保等突出优点，已成为世界各国石油储备的首选方式。水幕钻孔是水幕系统发挥作用的关键载体，水幕系统作为地下水封洞库的重要组成部分，对其评价及优化一直是设计、研究人员的关注重点。裂隙特征和水力条件必定会影响水幕钻孔注水渗流规律，只有正确把握了水幕钻孔注水渗流规律，才可能因地制宜科学合理的开展水幕系统的优化设计。但目前对于水幕系统注水渗流规律的研究较少，缺少方便好用的测试仪器。

技术实现要素：

为了能够实现模拟不同条件地下油库水幕系统注水渗流过程，实现对全过程的可视化监测，以探究水幕系统注水过程渗流动态变化规律，本发明提供一种地下油库水幕系统注水渗流试验装置。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

本发明的试验系统包括：供水箱，隔膜泵、压力计、流量计、装配注水系统。

供水箱用于提供水源；隔膜泵用于提供不同的注水压力，注水压力通常小于0.2mpa；压力计用于监测注入的压力；

流量计用于监测注入流量的变化；装配注水系统用于模拟不同的裂隙条件；高速摄像机及电脑用于实验过程中对注水过程的实时记录。

装配注水系统利用透明材料制作，可采用3d打印技术制作；装配注水系统包括:i类构件、ii类构件和实验水箱及固定螺丝；i类构件和ii类构件通过拼接，用以模拟不同裂隙情况(不同产状裂隙，不同宽度的裂隙)，i类构件用于控制不同的裂隙产状，主要用于控制裂隙与水平面的夹角。ii类构件用于控制不同的裂隙的宽度。

i类构件由箱体和一个或两个箱板组成；箱体与箱板中央贯设有注水孔，箱板与水平面之间的夹角可在45°～90°之间调节,箱体除注水孔外其余部分均为实心；箱板和和箱体可通过3d打印一体成型。i类构件的厚度与长度的比值≥1，从而确保i类构件具有足够的厚度，防止在注水后i类构件在水流下变形，从而影响到裂隙的角度和宽度，从而确保实验的准确性。

ii类构的中心也设置有注水孔，ii类构件与i类构件通过凹凸配合进行组装；i类构件的箱板上设置有突出箱板表面的凸台，凸台上设置有与实验水箱进行拼接的结构。

优选的，ii类构件的注水孔周围设置有凸起，i类构件箱板的注水孔周围设置有与凸起相配合的凹槽。优选的，凸起和凹槽的个数分别为四个。i类构件上设置有多干个螺丝固定孔。

装配时，两端的i类构件与实验水箱通过箱板上的拼接扣进行拼接；两端的i类构件由箱体和一个箱板组成，中间的i类构件由箱体和两个箱板组成，两个箱板分别与一个ii类构件组装；将两个ii类构件相邻放置，两个ii类构件之外的i类构件的箱板通过固定螺丝固定。两个相邻的ii类构件之间的间隙即为模拟的裂隙，由于凸台的高度是恒定不变的，当ii类构件的厚度变化时，便可以使得相邻的两个ii类构件之间的间隙变化，从而实现裂隙宽度的调节。实际实验中可以根据需要制作多个裂隙模拟系统，用以模拟多个裂隙组合的情况。实验水箱的长度与裂隙模拟系统的总厚度一致，优选的，可将实验水箱设置为边长可调节的可伸缩水箱。

供水箱通过水管与装配注水系统中端部的i类构件的箱体上的注水孔连接，装配注水系统外的水管上设置有隔膜泵、压力计和流量计；

优先的，还可以包括高速摄像机及电脑。高速摄像机与电脑连接，高速摄像机对注水过程进行高速摄像，以记录注水过程中水是如何在裂隙间进行流动。

本发明所述的注水渗流过程是指利用隔膜泵逐步增加注水压力直至实验结束的全过程。实验过程中当在某一压力下，流量计读数稳定后，方可增加压力。监测包括两个方面：一方面是流量计和压力计的读数，以0.5-1.5min的等间隔进行连续的读数；另一方面是针对注水过程的高速摄像，以记录注水过程中水是如何在裂隙间进行流动。

有益效果：

本发明的装置可以模拟地下油库水幕系统注水过程的动态渗流规律，为水幕系统优化提供理论基础，也可用于其他岩土工程裂隙注水问题的探究，装配注水系统采用透明材料，可实时监测钻孔注水过程。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1本发明的结构示意图；

图2是装配注水系统的结构示意图之一；

图3是装配注水系统的结构示意图之二；

图4是装配注水系统的侧视示意图；

图5是具有一个箱板的i类构件的侧视结构示意图；

图6是具有一个箱板的i类构件的立体结构示意图；

图7是i类构件的箱板的结构示意图；

图8是实验水箱的俯视结构示意图；

图9是ii类构的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

如图1-9所示：本发明的试验系统包括供水箱1，隔膜泵2、压力计3、流量计4、装配注水系统，高速摄像机7及电脑6组成。

供水箱1用于提供水源；隔膜泵2用提供不同的注水压力；压力计3用于监测注入的压力；流量计4用于监测注入流量的变化；装配注水系统用于模拟不同的裂隙条件；高速摄像机7及电脑6用于实验过程中对注水过程的实时记录。

装配注水系统全部利用透明材料制作，装配注水系统包括i类构件8、ii类构件9和实验水箱5及固定螺丝10；i类构件8包括一块或两块箱板82及与箱板82固定连接的一个箱体81，箱体81与箱板82中央均对应设置有注水孔84，箱板82与水平面之间的夹角可调节,ii类构9包括底板91，和设置在底板93中心的第二注水孔92，箱板82与底板93通过凹凸配合进行组装；ii类构件的第二注水孔92周围设置有凸起93，i类构件箱板82的注水孔84周围设置有与凸起93相配合的凹槽86。凸起93和凹槽86的个数分别为四个。i类构件上设置有多干个螺丝固定孔83。

i类构件8的箱板82上设置有突出箱板表面的凸台87，凸台87上设置有拼接扣构槽85。装配时，两端的i类构件8与实验水箱5通过拼接扣构槽85和实验水箱5的拼接扣凸起52进行拼接，两端的i类构件8由箱体81和一个箱板82组成，中间的i类构件8由箱体81和两个箱板81组成，两个箱板81分别与一个ii类构件9组装；将两个ii类构件9相邻放置，两个ii类构件9之外的i类构件8通过螺丝固定孔83内设置固定螺丝10进行固定。两个相邻的ii类构件9之间的间隙即为模拟的裂隙，通过调节ii类构件9的厚度，可以调节裂隙的宽度。实际实验中可以根据需要模拟多个裂隙组合的情况。如图4和图8所示，实验水箱5底部设置有底座12，底座12用于支撑构件i类构件和ii类构件

本实施中i类构件箱板82的形状为10cm乘10cm的正方形，i类构件的厚度也为10cm；图2中模拟三组不同倾角的裂隙，倾角从左至右分别为90度、75度及60度，模拟裂隙宽度从左至右分别为1mm、2mm和3mm，三组裂隙中心点间的间距相等；实验水箱的尺寸为高50cm、长50cm、宽10cm，实验水箱中的水位高度为40cm，利用隔膜泵2进行注水。试验结果表明，注水压力小于0.042mpa时，流量计读数为0。

图3中模拟三组相同倾角的裂隙，倾角均为90度，模拟裂隙宽度从左至右分别为1mm、2mm和3mm。

如图4所示，实验水箱5上开设有钻孔11，供水箱1通过水管与实验水箱连接，水管穿过钻孔11与箱体82上的注水孔连接。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。