[发明专利]砂层渗流淤堵模拟装置

说明书

技术领域

本发明涉及地下水渗流观测技术领域，更具体地涉及一种砂层渗流淤堵模拟装置，它适用于研究含水地下砂层中颗粒和气泡在砂层空隙中迁移并阻塞地下水渗流现象的观测装置。

背景技术

地源热泵技术是一种采集浅层低温地能(地下水、土壤和砂石蓄积的温度势能)，同时满足供暖和制冷的需求，并且实现零污染排放的能源利用方式。地源热泵不仅利用了大自然的可再生能源，大幅度节约传统的高品位建筑用能，还可以真正实现供暖制冷无污染的绿色居住环境，是21世纪取代传统供暖制冷方式最为现实最有前途的技术措施。在地下水源丰富的地区，比如大江大河流域，地下水源热泵是普遍采用的一种地源热泵形式。地下水源热泵利用地下水，必须涉及取用水的回灌，不回灌可以避免地下热积累对热泵系统效能的影响，但是只取水不进行有效回灌或回灌不慎会造成地面沉降、已有地下管线的破坏。目前由于理论认识和技术的限制，回灌困难是一个普遍的问题，而机理却不是很清楚，普遍猜测是在抽取和回灌地下水的过程中，由于微小颗粒(比如细砂、土壤等)和气泡(热泵系统换热系统带入回灌水的气泡或者微生物产生的微气泡)在含有地下水的砂层、土壤中运移，阻塞水的流动，尤其是在回灌井壁上形成淤堵层，大大降低水流的速度和流量，因此很难将大部分抽取出来的地下水灌回到原来的地层中去，带来环境上的危害，并严重影响系统的运行效能，带来经济上的损失。如果不了解淤堵的机理和过程，那么地下水源型热泵系统的井群设计，回扬清洗等维护方案的制定都会比较困难，因此需要对实际地下水源热泵系统回灌和回扬过程中颗粒和气泡淤堵机理进行模拟，了解其在自然孔隙介质水流通道运移、阻塞水流通道的过程，以及水流通道的改变对颗粒和气泡运移的影响，为建立数学模拟模型提供实测试验数据，进行定性和定量研究。

目前已有的类似研究观测装置可以监测通过孔隙介质渗流场的总体变化，比如中国发明专利(公开号CN1126858C)公开的一种试井物理模拟装置，利用高压密闭容器和多孔介质模型来模拟油气田试井的弹性渗流过程，可以测量孔隙介质中流体的整体的流压流量变化，得到渗流参数。以及中国实用新型专利(公开号CN2874021Y)公开的一种物理模拟实验用长管填砂模型，用长管充填石英砂来模拟不同流体的渗流规律，进行微生物驱采石油以提高原油采收率的实验。然而，这类方法和装置是以填充介质整体渗透性能来估算渗流规律的，都无法对颗粒和气泡在砂层孔隙含水介质中运移和淤堵过程，以及水流通道改变对颗粒和气泡运移的影响进行直接观测研究，不能为淤堵机理研究提供足够的数据。申请人于2009年1月6日申请的专利-微生物地下水渗流阻塞观测的方法及装置(申请号200910060435.4)，是一种针对微生物的孔隙水流观测方法和装置，利用紫外线和可见光控制和观测微生物在孔隙含水介质水流通道繁殖、运移和淤堵过程，但该方法和装置不能模拟水源热泵系统砂层中回扬清洗和回灌过程，也不能模拟固体颗粒，比如土壤细砂，和气泡掺杂在孔隙水中的运移和淤堵现象。

发明内容

本发明的目的是在于提供了一种颗粒和气泡地下水渗流淤堵模拟装置，结构合理，能模拟回灌和回扬清洗过程中颗粒和气泡在砂层孔隙介质中的运移、淤堵，可以直接观测和记录其淤堵方式以及水流通道改变对颗粒和气泡运移的影响，实时定量地获取观测数据，同时便于测量水压力和取样分析，有利于地下水渗流淤堵模型研究。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：