CN110082273A - 基于灰度图像的岩石裂隙开度分布测定试验***及方法 - Google Patents
基于灰度图像的岩石裂隙开度分布测定试验***及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110082273A CN110082273A CN201910416272.2A CN201910416272A CN110082273A CN 110082273 A CN110082273 A CN 110082273A CN 201910416272 A CN201910416272 A CN 201910416272A CN 110082273 A CN110082273 A CN 110082273A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- oil pocket
- rock
- visualization
- oil
- single fracture
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 239000011435 rock Substances 0.000 title claims abstract description 145
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 126
- 238000012800 visualization Methods 0.000 claims abstract description 82
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 41
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000013480 data collection Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 7
- 230000005012 migration Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000013508 migration Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000003204 osmotic effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 23
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 18
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims description 14
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 13
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 9
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 9
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 claims description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 4
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 4
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 claims description 4
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229960001866 silicon dioxide Drugs 0.000 claims description 4
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims description 4
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims description 3
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 claims description 3
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 claims 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 abstract description 13
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 abstract description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000005325 percolation Methods 0.000 description 3
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 2
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 238000010147 laser engraving Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/08—Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
- G01N15/082—Investigating permeability by forcing a fluid through a sample
- G01N15/0826—Investigating permeability by forcing a fluid through a sample and measuring fluid flow rate, i.e. permeation rate or pressure change
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/08—Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
- G01N15/088—Investigating volume, surface area, size or distribution of pores; Porosimetry
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/24—Earth materials
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Pathology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Geology (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于灰度图像的岩石裂隙开度分布测定试验***及方法，包括主体框架和设于主体框架内的以下设备：用于对岩体裂隙渗流运移进行可视化测试的测试室；在测试室内放置有用于测试的试样，所述试样为可视化岩石单裂隙模型；用于对测试室内的试样进行施加不同大小的均布法向应力以及控制整个试验***的温度的液压加热***；用于根据试验要求不同向测试室输入不同流体的渗流***；用于采集可视化岩石单裂隙模型的实时图像，然后记录数据的数据采集***。本发明能够在不同温度和法向应力条件下，探究不同粗糙度和开度对岩石裂隙内渗流机理和物质运移的影响问题。
Description
技术领域
本发明属于岩石力学的技术领域，涉及一种岩石裂隙可视化开度分布测定试验***，尤其是一种基于灰度图像的岩石裂隙开度分布测定试验***及方法。
背景技术
裂隙岩体的渗透性受其中的裂隙控制，裂隙的几何形态和空间展布特征决定了裂隙的水力特性。岩体中渗透能力较强、***分布规律比较明显的岩体裂隙面及其组合为优势渗透带。开度(裂隙面张开度)作为裂隙岩体的一个重要参数，影响着岩体的不完整性，进而改变岩体的渗透特性。
在实际工程中，当岩体受到地应力和人类工程干扰及其他外部荷载作用时，岩体中的应力场将发生改变，从而改变岩体裂隙的开度，进而影响岩体渗流场。因此，有必要测定法向应力与开度变化的关系，探究开度变化对裂隙岩体渗透性的影响。同时，在地热开采等工程中还遇到不同温度的岩体，其中的流体和物质将受温度的影响，展现多样的渗流与物质运移特性。本发明在裂隙岩体的可视化试验中，对裂隙图像进行灰度分析，根据不同的灰度值数据获取开度分布，从而能更深入地理解裂隙内的渗流与物质运移特性对应力和温度的响应规律。
2011年11月23日公开号为CN 102253183A的中国专利《一种围压作用下岩石裂隙剪切渗流耦合试验***》提出一种可以实现复杂剪切应力条件下岩石裂隙渗透性试验，做到了整个试验***的可视化，但是没有考虑法向应力场和温度场的作用，且没有对裂隙开度的分布进行定量的分析。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术的不足而提供基于灰度图像的岩石裂隙开度分布测定试验***及方法。
为了实现上述目的，本发明所设计的基于灰度图像的岩石裂隙开度分布测定试验***，包括用于稳定整体结构的主体框架，其特征在于：还包括均设于主体框架内的以下设备：
设于主体框架中间位置，并用于对岩体裂隙渗流运移进行可视化测试的测试室；在测试室内放置有用于测试的试样，所述试样为可视化岩石单裂隙模型；
用于对测试室内的试样进行施加不同大小的均布法向应力以及控制整个试验***温度的液压加热***；
与测试室连接，并用于根据试验要求不同向测试室输入不同流体的渗流***；所述渗流***内的输入的流体为恒流流体；
对准测试室内的可视化岩石单裂隙模型位置，并用于采集可视化岩石单裂隙模型的实时图像，然后进行记录数据的数据采集***。
所述测试室包括由四块透明平板围成的空腔，四块透明平板为一个整体，能够将一定尺寸的可视化岩石单裂隙模型***空腔内。
所述渗流***包括柱塞泵、转换活塞、前集水室和后集水室，所述前集水室以及后集水室的开口分别与测试室的两个左右开口相互拼接设置构成一个岩石单裂隙模型可视化渗流试验装置，且在测试室对应空腔的左右侧壁设有一条第一长条形凸起，在前集水室以及后集水室与测试室拼接的开口处设有尺寸大于第一长条形凸起的第一长条形凹槽，在前集水室的左侧设有注水孔，注水孔通过输水管与转换活塞连接，转换活塞与柱塞泵连接，在后集水室的右侧设置有与外部废液池连通的出水孔；转换活塞放置于高低温环境箱中，用于控制流体的温度。
所述液压加热***包括顶部油腔、底部油腔和压油泵，所述的顶部油腔与底部油腔均分为前中后三部分，顶部油腔的前部油腔位于前集水室的上方，底部油腔的前部油腔位于前集水室的下方，顶部油腔的后部油腔位于后集水室的上方，底部油腔的后部油腔位于后集水室的下方，顶部油腔与底部油腔的中部油腔分别位于测试室内并对应设置在可视化岩石单裂隙模型的上方和下方上，且底部油腔以及顶部油腔的中部油腔的前后均设有一条第二长条形凸起，在底部油腔以及顶部油腔的前部油腔右侧及后部油腔左侧设有尺寸大于第二长条形凸起的第二长条形凹槽，在底部油腔以及顶部油腔的前部油腔的左侧设有通过输油管与压油泵连接的注油孔，所述注油孔包括位于顶部油腔前部油腔的左侧的顶部油腔注油孔以及位于底部油腔前部油腔的左侧的底部油腔注油孔；在底部油腔以及顶部油腔的后部油腔的右侧设置上方连接有阀门的出油孔，所述出油孔包括位于顶部油腔后部油腔的右侧的顶部油腔出油孔以及位于顶部油腔后部油腔的右侧的底部油腔出油孔；在油腔中注满油后关闭阀门，通过改变油压的大小，对可视化岩石单裂隙模型加不同的应力，同时可以改变压油泵中的油温来对整个测试***进行加热控制。
为了提高密封性，最终提高检测效果，在岩石单裂隙模型可视化渗流试验装置的前部与中部、中部与后部之间的长条形凸起与凹槽配合的位置均设置一个“目”字形硅胶垫，并通过固定钢架夹紧。
为了进行实时记录数据，方便操作，所述数据采集***包括高速摄像机、面光源、差压计和计算机，所述高速摄像机对准可视化岩石单裂隙模型的位置，并通过数据线与计算机连接，将拍摄到的图像实时传输给计算机，所述的面光源的亮度朝向可视化岩石单裂隙模型的位置以此提供均匀高亮光源，差压计通过导管与左右两侧前集水室和后集水室上对应的测压孔相连，用于测量测试室前后流体的压差，用数据线将差压计与计算机相连，进行实时记录压力数据。
进一步，所述的可视化岩石单裂隙模型可以根据试验需求制作、模拟不同真实岩石裂隙。
本发明还公开了一种基于灰度图像的岩石裂隙开度分布测定方法，包括以下步骤：
(1)向测试室中放入楔形平面裂隙模型，安装好装置，同时保证测试***的密封性；
(2)由于转换活塞被中间的隔断分为上下两个腔室：下腔室与柱塞泵相连，此腔室注水；上空腔与岩石单裂隙模型可视化渗流试验装置相连，此腔室注有色流体，并将柱塞泵、转换活塞、压油泵、岩石单裂隙模型可视化渗流试验装置通过导管连接；根据实验要求设定高低温环境箱的温度，控制转换活塞内流体的温度；
(3)在岩石单裂隙模型可视化渗流试验装置的后面放置面光源，架设高速摄像机，对相机进行调焦和相关参数的设置，包含：帧率、曝光和拍摄时长；并保持高速摄像机、岩石单裂隙模型可视化渗流试验装置、面光源，三者在一直线上；
(4)启动压油泵，设置油压，对可视化岩石单裂隙模型施加一定的应力；
(5)启动柱塞泵，使岩石单裂隙模型可视化渗流试验装置内部注满有色流体；
(6)使用摄像机记录下可视化岩石单裂隙模型的图像，获得灰度H的分布；
(7)根据楔形平面裂隙模型已知的开度b分布和试验所得的灰度H分布，根据以下公式
ln(H)＝-εb (1)
H—灰度值
ε—比例系数
b—裂隙开度
可得比例系数ε的值，并记录；
(8)根据实验需要，扫描获得真实岩体裂隙的数据；
(9)将楔形平面裂隙模型更换为可视化岩石单裂隙模型，安装好装置，同时保证测试***的密封性；
(10)启动压油泵，设置油压，对可视化岩石单裂隙模型施加一定的应力；
(11)启动柱塞泵，通过转换活塞，向单裂隙岩石模型可视化渗流试验装置注入有色流体；
(12)在启动柱塞泵的同时，启动高速摄像机和差压计，拍摄并记录流体通过裂隙的渗流全过程图像和压力；
(13)选取单裂隙岩石模型可视化渗流试验装置注满有色流体的图像，作为现应力状态下模型的图像，获得灰度H的分布；
(14)根据公式(1)及灰度H分布和步骤所得比例系数ε的值，即可计算出试验模型该应力状态下开度b的分布规律；
(15)改变油压或油温，重复步骤11至14，即可得出可视化岩石单裂隙模型在不同应力或温度作用下开度的变化规律。
本发明得到的基于灰度图像的岩石裂隙开度分布测定试验***及方法，具有以下技术优点：
1、可视化渗流试验装置的使用，实现了岩石裂隙由黑箱到可见的转变，能够直观地观测到岩石裂隙的开度和渗流图像。通过更换不同的岩石单裂隙模型，可以探究不同粗糙度和开度对裂隙物质运移和渗流机理的影响；
2、在实际工程中，岩体中的应力场可能发生改变，进而造成裂隙开度的变化。本方法能够自由地改变施加在裂隙上的应力，从而实现对不同应力条件下开度变化的定量描述。同时，还可以获得不同法向应力作用下裂隙内部的渗流图像，以探究法向应力对岩石裂隙渗流规律的影响；
3、岩石上所施加应力的改变会影响内部结构，但以往所用的LVDT只能测量外部的位移，无法实现对裂隙内部空腔细微变化的描述，本方法通过灰度与开度的关系能够实现对岩石内部结构变化的精细化描述；
4、不改变其他条件，可以更改转化活塞内的流体(液体、气体)种类，模拟不同粘度不同密度的流体(液体、气体)在岩石裂隙中的渗流情况，探究不同流体(液体、气体)通过岩体裂隙的渗流规律；
5、通过控制油温，可以改变裂隙的温度；通过高低温环境箱可以控制流体的温度，从而使通过裂隙的流体的温度与裂隙本身温度之间产生不同的温度差，考察不同温度差异条件下裂隙内的渗流和物质运移规律。
附图说明
图1为岩石裂隙可视化试验***结构示意图；
图2为岩石单裂隙模型可视化渗流试验装置正视图；
图3为岩石单裂隙模型可视化渗流试验装置测视图；
图4为岩石单裂隙模型可视化渗流试验装置俯视图；
图5为岩石单裂隙模型可视化渗流试验装置前部三维视图；
图6为岩石单裂隙模型可视化渗流试验装置中部三维视图；
图7为岩石单裂隙模型可视化渗流试验装置后部三维视图；
图8为岩石单裂隙模型可视化渗流试验装置的立体图。
其中：1—柱塞泵；2—导管；3—转换活塞；4—高低温环境箱；5—高速摄像机；6—岩石单裂隙模型可视化渗流试验装置；7—固定钢架；8—差压计；9—面光源；10—压油泵；11—计算机；12—底部油腔注油孔；13—可视化岩石单裂隙模型；14—注水孔；15—前集水室；16—顶部油腔注油孔；17—测试室；18—顶部油腔；19—顶部油腔出油孔；20—后集水室；21—出水孔；22—底部油腔出油孔；23—测压孔；24—底部油腔；25—第一长条形凹槽；26—第一长条形凸起、27—第二长条形凸起；28—第二长条形凹槽；1-1—主体框架；17-1—透明平板；17-2—空腔；29—“目”字形硅胶垫。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1：
如图1-图8所示，本实施例提供的基于灰度图像的岩石裂隙开度分布测定试验***包括用于稳定整体结构的主体框架1-1，还包括均设于主体框架1-1内的以下设备：
设于主体框架1-1中间位置，并用于对岩体裂隙渗流和物质运移进行可视化测试的测试室17；在测试室17内放置有用于测试的试样，所述试样为可视化岩石单裂隙模型13；
用于对测试室17内的试样进行施加不同大小的均布法向应力以及控制整个试验***温度的液压加热***；
与测试室17连接，并用于根据试验要求不同向测试室17输入不同流体的渗流***；
对准测试室17内的可视化岩石单裂隙模型13位置，并用于采集可视化岩石单裂隙模型13的实时图像，然后记录数据的数据采集***。、
为了提高安装稳定性，所述测试室17包括由四块透明平板17-1围成的空腔17-2，四块透明平板17-1为一个整体，能够将一定尺寸的可视化岩石单裂隙模型13***空腔17-2内。
进一步，所述渗流***包括柱塞泵1、转换活塞3、前集水室15和后集水室20，所述前集水室15以及后集水室20的开口分别与测试室17的两个左右开口相互拼接设置构成一个岩石单裂隙模型可视化渗流试验装置6，且在测试室17对应空腔17-2的左右侧壁设有一条第一长条形凸起26，在前集水室15以及后集水室20与测试室17拼接的开口处设有尺寸大于第一长条形凸起26的第一长条形凹槽25，在前集水室15的左侧设有注水孔14，注水孔14通过输水管与转换活塞3连接，转换活塞3与柱塞泵1连接，在后集水室20的右侧设置有与外部废液池连通的出水孔21；转换活塞3放置于高低温环境箱4中，用于控制流体的温度。
进一步，所述液压加热***包括顶部油腔18、底部油腔24和压油泵10，所述的顶部油腔18与底部油腔24均分为前中后三部分，顶部油腔18的前部油腔位于前集水室15的上方，底部油腔24的前部油腔位于前集水室15的下方，顶部油腔18的后部油腔位于后集水室20的上方，底部油腔24的后部油腔位于后集水室20的下方，顶部油腔18与底部油腔24的中部油腔分别位于测试室17内并对应设置在可视化岩石单裂隙模型13的上方和下方上，且底部油腔24以及顶部油腔18的中部油腔的前后均设有一条第二长条形凸起27，在底部油腔24以及顶部油腔18的前部油腔右侧及后部油腔左侧设有尺寸大于第二长条形凸起27的第二长条形凹槽28，在底部油腔24以及顶部油腔18的前部油腔的左侧设有通过输油管与压油泵10连接的注油孔，所述注油孔包括位于顶部油腔18前部油腔的左侧的顶部油腔注油孔16以及位于底部油腔前部油腔的左侧的底部油腔注油孔12；在底部油腔24以及顶部油腔18的后部油腔的右侧设置上方连接有阀门的出油孔，所述出油孔包括位于顶部油腔18后部油腔的右侧的顶部油腔出油孔19以及位于顶部油腔18后部油腔的右侧的底部油腔出油孔22；在油腔中注满油后关闭阀门，通过改变油压的大小，对可视化岩石单裂隙模型13加不同的应力，同时可以改变压油泵10中的油温来对整个测试***进行加热控制。
进一步，提高密封效果，在岩石单裂隙模型可视化渗流试验装置6的前部与中部、中部与后部之间的长条形凸起与凹槽配合的位置均设置有一个“目”字形硅胶垫29，并通过固定钢架7夹紧。
为了进行实时记录数据，方便操作，所述数据采集***包括高速摄像机5、面光源9、差压计8和计算机11，所述高速摄像机5对准可视化岩石单裂隙模型13的位置，并通过数据线与计算机11连接，将拍摄到的图像实时传输给计算机11，所述的面光源9的亮度朝向可视化岩石单裂隙模型11的位置以此提供均匀高亮光源，差压计8通过导管2与左右两侧前集水室15和后集水室20上对应的测压孔23相连，用于测量测试室17前后流体的压差，用数据线将差压计8与计算机11相连，进行实时记录压力数据，所述面光源9提供均匀高亮光源，以解决高帧率低曝光要求下成像灰暗的问题。差压计8通过导管2与前后测压孔23相连，用于测量测试室17前后流体液体、气体的压差。
进一步，所述的可视化岩石单裂隙模型13可以根据试验需求制作、模拟不同真实岩石裂隙。
在本实施例中所述的可视化岩石单裂隙模型13是利用现有技术制成的，此类技术，如3D打印技术、拓模技术、激光雕刻技术等，可扫描自然岩石表面，使用透明材料，制成可视化模型。所述的主体框架1-1是由高强耐高温透明材料制成的。
在本实施例中所述的计算机11、差压计8和高速摄像机5可以购买得到的，同时计算机11与高速摄像机5、差压计8连接后如何实现数据的传输以及分析是本领域的常规技术手段，故此不做具体描述。
进一步，所述的可视化岩石单裂隙模型13可以根据试验需求制作、模拟不同真实岩石裂隙。
本实施例还公开了一种基于灰度图像的岩石裂隙开度分布测定方法，包括以下步骤：
(1)向测试室17中放入楔形平面裂隙模型，安装好装置，同时保证测试***的密封性；
(2)由于转换活塞3被中间的隔断分为上下两个腔室：下腔室与柱塞泵1相连，此腔室注水；上空腔与岩石单裂隙模型可视化渗流试验装置6相连，此腔室注有色流体，并将柱塞泵1、转换活塞3、压油泵10、岩石单裂隙模型可视化渗流试验装置6通过导管2连接；根据实验要求设定高低温环境箱4的温度，控制转换活塞3内流体的温度；
(3)在岩石单裂隙模型可视化渗流试验装置6的后面放置面光源9，架设高速摄像机5，对相机进行调焦和相关参数的设置，包含：帧率、曝光和拍摄时长；并保持高速摄像机5、岩石单裂隙模型可视化渗流试验装置6、面光源9，三者在一直线上；
(4)启动压油泵10，设置油压，对可视化岩石单裂隙模型13施加一定的应力；
(5)启动柱塞泵1，使岩石单裂隙模型可视化渗流试验装置6内部注满有色流体；
(6)使用摄像机记录下可视化岩石单裂隙模型13的图像，获得灰度H的分布；
(7)根据楔形平面裂隙模型已知的开度b分布和试验所得的灰度H分布，根据以下公式
ln(H)＝-εb (1)
H—灰度值
ε—比例系数
b—裂隙开度
可得比例系数ε的值，并记录。
(8)根据实验需要，扫描获得真实岩体裂隙的数据；
(9)将楔形平面裂隙模型更换为可视化岩石单裂隙模型13，安装好装置，同时保证测试***的密封性；
(10)启动压油泵10，设置油压，对可视化岩石单裂隙模型13施加一定的应力；
(11)启动柱塞泵1，通过转换活塞3，向单裂隙岩石模型可视化渗流试验装置注入有色流体；
(12)在启动柱塞泵1的同时，启动高速摄像机5和差压计8，拍摄并记录流体通过裂隙的渗流全过程图像和压力；
(13)选取单裂隙岩石模型可视化渗流试验装置注满有色流体的图像，作为现应力状态下模型的图像，获得灰度H的分布；
(14)根据公式(1)及灰度H分布和步骤8所得比例系数ε的值，即可计算出试验模型该应力状态下开度b的分布规律；
(15)改变油压或油温，重复步骤11至14，即可得出可视化岩石单裂隙模型13在不同应力或温度作用下开度的变化规律。
在本实施例中上面提到的导管2为普通的导管用于传输流体，且各个对应部件之间采用的导管2并不是同一根导管，而是将所有导管的名称均用导管2表示，即其实每一次不同设备之间连接的导管均不是同一根导管结构。
本***及方法的具体应用：
本实施例中：根据本方法的步骤1-9完成准备工作(由于楔形平面裂隙模型上下面是光滑的，开度是已知且均匀变化的，通过步骤1-7能得到开度与灰度的对应关系，然后根据此对应关系，并利用下面的步骤就可以根据试验所得的灰度图像计算岩石单裂隙模型的开度，实现后期方便操作)，其中高低温环境箱4处于关闭状态，开启油压泵，使测试室17处于5MPa的均布法向应力状态，设定温度为30℃。设定柱塞泵1，使有色液体以10ml/min的速度在裂隙中渗流，同时开启高速摄像机5和差压计8，选取岩石单裂隙模型可视化渗流试验装置6注满有色流体的图像，作为30℃时5MPa下模型的图像，获得灰度分布。根据步骤即可得到30℃，5MPa下模型的开度分布规律，高速摄像机5帧数为100，相邻照片的时间间隔为1/100秒，高速摄像机5拍摄的图像和差压计8记录的压差数据即可用于该岩石单裂隙模型在30℃，5MPa，10ml/min下的渗流研究。通过改变温度(控制温度在液体沸点以下)、油压、流量，就可研究该岩石单裂隙模型在各种条件变化时的开度变化规律，同时高速摄像机5拍摄的图像均可用在该岩石单裂隙模型在拍摄状态下的渗流研究。
在本实施例中所述的计算机如何获取数据信号后进行计算的过程，并最终获得图像信息属于本领域常规技术手段，故此不做具体说明。
实施例2：
根据本方法的步骤1-9完成准备工作，其中高低温环境箱4处于关闭状态，开启油压泵，使测试室17处于0.10MPa的均布法向应力状态，设定温度为130℃，设定柱塞泵1，使有色气体以15ml/min的速度在裂隙中渗流，同时开启高速摄像机5和差压计8，选取岩石单裂隙模型可视化渗流试验装置6注满有色气体的图像，作为130℃时0.10MPa下模型的图像，获得灰度分布，根据步骤14即可得到130℃，0.10MPa下模型的开度分布规律。高速摄像机5帧数为200，相邻照片的时间间隔为1/200秒，高速摄像机5拍摄的图像和差压计8记录的压差数据即可用于该岩石单裂隙模型在130℃，0.10MPa，15ml/min下的渗流研究，通过改变温度、油压、流量，就可研究该岩石单裂隙模型在各种条件变化时的开度变化规律，同时高速摄像机5拍摄的图像均可用在该岩石单裂隙模型在拍摄状态下的渗流研究。
实施例3：
根据本方法的步骤1-9完成准备工作，其中高低温环境箱4处于关闭状态，开启油压泵，使测试室17处于1.5MPa的均布法向应力状态，设定温度为40℃。设定柱塞泵1，使有色液体以20ml/min的速度在裂隙中渗流，同时开启高速摄影机，选取岩石单裂隙模型可视化渗流试验装置6注满有色气体的图像A，获得灰度分布，提高油压泵中的温度至180℃，使得测试室17中有色液体逐渐汽化至气体，用高速摄像机5按时间顺序记录三组汽化过程中的图像，分别为B组：液体较多，气体较少；C组：液体较少，气体较多；D组：完全为气体。根据三组图像，获得灰度分布。通过公式计算对比，得到A、B、C、D四种状态下，裂隙开度的变化情况。研究得到在恒定法向应力、恒定流体流速下，温度对裂隙开度的影响。
实施例4：
根据本方法的步骤1-9完成准备工作，设定高低温环境箱4温度为5℃，开启油压泵，使测试室17处于5MPa的均布法向应力状态，设定温度为90℃。设定柱塞泵1，使有色液体以10ml/min的速度在裂隙中渗流，同时开启高速摄像机5和差压计8，记录岩石单裂隙模型可视化渗流试验装置6的渗流灰度图像和差压变化。所记录的实验数据用于研究在法向应力为5MPa下，5℃低温流体进入90℃高温模型的渗流情况。再者，可实时改变高低温环境箱4与油泵的温度，以研究高温流体进入低温裂隙模型中的渗流规律。
以上所述，仅为本发明专利较佳的具体实施方法，但本发明专利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发明专利揭露的技术范围内可轻易想到的变化和替换，都应涵盖在本发明专利的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于灰度图像的岩石裂隙开度分布测定试验***，包括用于稳定整体结构的主体框架(1-1)，其特征在于：还包括均设于主体框架(1-1)内的以下设备：
设于主体框架(1-1)中间位置，并用于对岩体裂隙渗流和物质运移进行可视化测试的测试室(17)；在测试室(17)内放置有用于测试的试样，所述试样为可视化岩石单裂隙模型(13)；
用于对测试室(17)内的试样进行施加不同大小的均布法向应力以及控制整个试验***温度的液压加热***；
与测试室(17)连接，并用于根据试验要求不同向测试室(17)输入不同流体的渗流***；
对准测试室(17)内的可视化岩石单裂隙模型(13)位置，并用于采集可视化岩石单裂隙模型(13)的实时图像，然后记录数据的数据采集***。
2.根据权利要求1所述的基于灰度图像的岩石裂隙开度分布测定试验***，其特征在于，所述测试室(17)包括由四块透明平板(17-1)围成的空腔(17-2)，四块透明平板(17-1)为一个整体，能够将一定尺寸的可视化岩石单裂隙模型(13)***空腔(17-2)内。
3.根据权利要求2所述的基于灰度图像的岩石裂隙开度分布测定试验***，其特征在于，所述渗流***包括柱塞泵(1)、转换活塞(3)、前集水室(15)和后集水室(20)，所述前集水室(15)以及后集水室(20)的开口分别与测试室(17)的两个左右开口相互拼接设置构成一个岩石单裂隙模型可视化渗流试验装置(6)，且在测试室(17)对应空腔(17-2)的左右侧壁设有一条第一长条形凸起(26)，在前集水室(15)以及后集水室(20)与测试室(17)拼接的开口处设有尺寸大于第一长条形凸起(26)的第一长条形凹槽(25)，在前集水室(15)的左侧设有注水孔(14)，注水孔(14)通过输水管与转换活塞(3)连接，转换活塞(3)与柱塞泵(1)连接，在后集水室(20)的右侧设置有与外部废液池连通的出水孔(21)；转换活塞(3)放置于高低温环境箱(4)中，用于控制流体的温度。
4.根据权利要求3所述的基于灰度图像的岩石裂隙开度分布测定试验***，其特征在于，所述液压加热***包括顶部油腔(18)、底部油腔(24)和压油泵(10)，所述的顶部油腔(18)与底部油腔(24)均分为前中后三部分，顶部油腔(18)的前部油腔位于前集水室(15)的上方，底部油腔(24)的前部油腔位于前集水室(15)的下方，顶部油腔(18)的后部油腔位于后集水室(20)的上方，底部油腔(24)的后部油腔位于后集水室(20)的下方，顶部油腔(18)与底部油腔(24)的中部油腔分别位于测试室(17)内并对应设置在可视化岩石单裂隙模型(13)的上方和下方上，且底部油腔(24)以及顶部油腔(18)的中部油腔的前后均设有一条第二长条形凸起(27)，在底部油腔(24)以及顶部油腔(18)的前部油腔右侧及后部油腔左侧设有尺寸大于第二长条形凸起(27)的第二长条形凹槽(28)，在底部油腔(24)以及顶部油腔(18)的前部油腔的左侧设有通过输油管与压油泵(10)连接的注油孔，所述注油孔包括位于顶部油腔(18)前部油腔的左侧的顶部油腔注油孔(16)以及位于底部油腔前部油腔的左侧的底部油腔注油孔(12)；在底部油腔(24)以及顶部油腔(18)的后部油腔的右侧设置上方连接有阀门的出油孔，所述出油孔包括位于顶部油腔(18)后部油腔的右侧的顶部油腔出油孔(19)以及位于顶部油腔(18)后部油腔的右侧的底部油腔出油孔(22)；在油腔中注满油后关闭阀门，通过改变油压的大小，对可视化岩石单裂隙模型(13)加不同的应力，同时可以改变压油泵(10)中的油温来对整个测试***进行加热控制。
5.根据权利要求4所述的基于灰度图像的岩石裂隙开度分布测定试验***，其特征在于，在岩石单裂隙模型可视化渗流试验装置(6)的前部与中部、中部与后部之间的长条形凸起与凹槽配合的位置均设置有一个“目”字形硅胶垫(29)，并通过固定钢架(7)夹紧。
6.根据权利要求5所述的基于灰度图像的岩石裂隙开度分布测定试验***，其特征在于，所述数据采集***包括高速摄像机(5)、面光源(9)、差压计(8)和计算机(11)，所述高速摄像机(5)对准可视化岩石单裂隙模型(13)的位置，并通过数据线与计算机(11)连接，将拍摄到的图像实时传输给计算机(11)，所述的面光源(9)的亮度朝向可视化岩石单裂隙模型(13)的位置，差压计(8)通过导管与左右两侧前集水室(15)和后集水室(20)上对应的测压孔(23)相连，用于测量测试室(17)前后流体的压差，用数据线将差压计(8)与计算机(11)相连，进行实时记录压力数据。
7.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的基于灰度图像的岩石裂隙开度分布测定试验***，其特征在于，所述的可视化岩石单裂隙模型(13)可以根据试验需求制作、模拟不同真实岩石裂隙。
8.一种基于灰度图像的岩石裂隙开度分布测定方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)向测试室(17)中放入楔形平面裂隙模型，安装好装置，同时保证测试***的密封性；
(2)由于转换活塞(3)被中间的隔断分为上下两个腔室：下腔室与柱塞泵(1)相连，此腔室注水；上空腔与岩石单裂隙模型可视化渗流试验装置(6)相连，此腔室注有色流体，并将柱塞泵(1)、转换活塞(3)、压油泵(9)、岩石单裂隙模型可视化渗流试验装置(6)通过导管连接；根据实验要求设定高低温环境箱(4)的温度，控制转换活塞(3)内流体的温度；
(3)在岩石单裂隙模型可视化渗流试验装置(6)的后面放置面光源(9)，架设高速摄像机(5)，对相机进行调焦和相关参数的设置，包含：帧率、曝光和拍摄时长；并保持高速摄像机(5)、岩石单裂隙模型可视化渗流试验装置(6)、面光源(9)，三者在一直线上；
(4)启动压油泵(10)，设置油压，对可视化岩石单裂隙模型(13)施加一定的应力；
(5)启动柱塞泵(1)，使岩石单裂隙模型可视化渗流试验装置(6)内部注满有色流体；
(6)使用摄像机记录下可视化岩石单裂隙模型(13)的图像，获得灰度H的分布；
(7)根据楔形平面裂隙模型已知的开度b分布和试验所得的灰度H分布，根据以下公式
ln(H)＝-εb (1)
H—灰度值
ε—比例系数
b—裂隙开度
可得比例系数ε的值，并记录；
(8)根据实验需要，扫描获得真实岩体裂隙的数据；
(9)将楔形平面裂隙模型更换为可视化岩石单裂隙模型(13)，安装好装置，同时保证测试***的密封性；
(10)启动压油泵(10)，设置油压，对可视化岩石单裂隙模型(13)施加一定的应力；
(11)启动柱塞泵(1)，通过转换活塞(3)，向单裂隙岩石模型可视化渗流试验装置注入有色流体；
(12)在启动柱塞泵(1)的同时，启动高速摄像机(5)和差压计(8)，拍摄并记录流体通过裂隙的渗流全过程图像和压力；
(13)选取单裂隙岩石模型可视化渗流试验装置注满有色流体的图像，作为现应力状态下模型的图像，获得灰度H的分布；
(14)根据公式(1)及灰度H分布和步骤7所得比例系数ε的值，即可计算出试验模型该应力状态下开度b的分布规律；
(15)改变油压或油温，重复步骤11至14，即可得出可视化岩石单裂隙模型(13)在不同应力或温度作用下开度的变化规律。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910416272.2A CN110082273A (zh) | 2019-05-20 | 2019-05-20 | 基于灰度图像的岩石裂隙开度分布测定试验***及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910416272.2A CN110082273A (zh) | 2019-05-20 | 2019-05-20 | 基于灰度图像的岩石裂隙开度分布测定试验***及方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110082273A true CN110082273A (zh) | 2019-08-02 |
Family
ID=67420745
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910416272.2A Withdrawn CN110082273A (zh) | 2019-05-20 | 2019-05-20 | 基于灰度图像的岩石裂隙开度分布测定试验***及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110082273A (zh) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110579427A (zh) * | 2019-10-22 | 2019-12-17 | 桂林理工大学 | 一种裂隙-孔隙双渗透介质优势流模拟装置及实验方法 |
| CN111175213A (zh) * | 2020-01-17 | 2020-05-19 | 三峡大学 | 岩石裂隙可视化渗流开度测试的图像数值化实验装置及使用方法 |
| CN111443022A (zh) * | 2020-03-06 | 2020-07-24 | 三峡大学 | 一种利用气泡示踪技术测量岩石裂隙开度与流速矢量的可视化装置及方法 |
| CN111693441A (zh) * | 2020-07-22 | 2020-09-22 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 一种模拟岩石渗流的试验装置及其试验方法 |
| CN112098274A (zh) * | 2020-08-21 | 2020-12-18 | 山东科技大学 | 一种可视化煤层注水两相渗流实验***及方法 |
| CN112903557A (zh) * | 2021-01-20 | 2021-06-04 | 东南大学 | 岩石裂隙渗流过程中流速和流场的可视化测量装置及方法 |
| CN113188958A (zh) * | 2021-04-19 | 2021-07-30 | 中国地质大学（武汉） | 一种裂隙过流装置及裂隙渗流可视化试验*** |
| CN113358523A (zh) * | 2021-01-28 | 2021-09-07 | 绍兴文理学院 | 黏度和凝固特性可控的注浆可视化测试方法 |
| CN113376057A (zh) * | 2021-01-28 | 2021-09-10 | 绍兴文理学院 | 黏度和凝固特性可控的注浆可视化测试*** |
| CN113406306A (zh) * | 2021-07-02 | 2021-09-17 | 长沙理工大学 | 一种岩土湿、热、力耦合作用的裂隙模拟装置及其试验方法 |
| CN114112840A (zh) * | 2021-11-17 | 2022-03-01 | 中国地质大学（武汉） | 一种研究孔隙-裂隙双重介质渗流特性的试验装置及方法 |
-
2019
- 2019-05-20 CN CN201910416272.2A patent/CN110082273A/zh not_active Withdrawn
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110579427A (zh) * | 2019-10-22 | 2019-12-17 | 桂林理工大学 | 一种裂隙-孔隙双渗透介质优势流模拟装置及实验方法 |
| CN111175213A (zh) * | 2020-01-17 | 2020-05-19 | 三峡大学 | 岩石裂隙可视化渗流开度测试的图像数值化实验装置及使用方法 |
| CN111443022A (zh) * | 2020-03-06 | 2020-07-24 | 三峡大学 | 一种利用气泡示踪技术测量岩石裂隙开度与流速矢量的可视化装置及方法 |
| CN111693441A (zh) * | 2020-07-22 | 2020-09-22 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 一种模拟岩石渗流的试验装置及其试验方法 |
| CN112098274A (zh) * | 2020-08-21 | 2020-12-18 | 山东科技大学 | 一种可视化煤层注水两相渗流实验***及方法 |
| CN112903557B (zh) * | 2021-01-20 | 2022-04-15 | 东南大学 | 岩石裂隙渗流过程中流速和流场的可视化测量装置及方法 |
| CN112903557A (zh) * | 2021-01-20 | 2021-06-04 | 东南大学 | 岩石裂隙渗流过程中流速和流场的可视化测量装置及方法 |
| CN113358523A (zh) * | 2021-01-28 | 2021-09-07 | 绍兴文理学院 | 黏度和凝固特性可控的注浆可视化测试方法 |
| CN113376057A (zh) * | 2021-01-28 | 2021-09-10 | 绍兴文理学院 | 黏度和凝固特性可控的注浆可视化测试*** |
| CN113188958A (zh) * | 2021-04-19 | 2021-07-30 | 中国地质大学（武汉） | 一种裂隙过流装置及裂隙渗流可视化试验*** |
| CN113406306A (zh) * | 2021-07-02 | 2021-09-17 | 长沙理工大学 | 一种岩土湿、热、力耦合作用的裂隙模拟装置及其试验方法 |
| CN113406306B (zh) * | 2021-07-02 | 2023-12-22 | 长沙理工大学 | 一种岩土湿、热、力耦合作用的裂隙模拟装置及其试验方法 |
| CN114112840A (zh) * | 2021-11-17 | 2022-03-01 | 中国地质大学（武汉） | 一种研究孔隙-裂隙双重介质渗流特性的试验装置及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110082273A (zh) | 基于灰度图像的岩石裂隙开度分布测定试验***及方法 | |
| CN106437644B (zh) | 大底水砂岩油藏开发物理模拟实验装置及其工作方法 | |
| CN103452547B (zh) | 试井资料中续流数据的分析处理方法和*** | |
| CN103556994A (zh) | 缝洞型储层剩余油分布的实验检测***及检测方法 | |
| CN107179396A (zh) | 多功能拼装式岩土工程物理相似试验*** | |
| CN106153856B (zh) | 一种含裂缝泥页岩稳定性评价装置及方法 | |
| CN107884326A (zh) | 一种模拟土体管涌破坏发展过程的试验装置和试验方法 | |
| Peters et al. | Characterization of transparent soil for unsaturated applications | |
| CN113376057B (zh) | 黏度和凝固特性可控的注浆可视化测试*** | |
| CN108593515A (zh) | 一种岩石三向膨胀及渗透系数的测量仪及测量方法 | |
| CN110297076A (zh) | 一种三维可视渗透注浆模型试验装置及方法 | |
| CN103792333A (zh) | 模拟多环境岩石崩解过程实时测定仪 | |
| Corapcioglu et al. | Micromodel visualization and quantification of solute transport in porous media | |
| CN111308048B (zh) | 基于piv技术三维观测管涌装置及方法 | |
| CN109827848A (zh) | 一种油气储层压裂缝扩展模拟动态监测***与方法 | |
| CN104975828B (zh) | 可实现混相添加剂筛选和岩心混相驱的装置以及制作方法 | |
| CN109064864A (zh) | 一种模拟地热尾水回灌路径的装置及其使用方法 | |
| CN106353357A (zh) | 一种渗流作用下砂土介质细观结构变化的监测装置及方法 | |
| CN103983551A (zh) | 模拟层内均质性的二维可视渗流实验装置及其实验方法 | |
| Arques et al. | Cost effective measuring technique to simultaneously quantify 2D velocity fields and depth-averaged solute concentrations in shallow water flows | |
| CN109442226A (zh) | 模拟液烃管道泄漏的装置及利用该装置测算泄漏量的方法 | |
| Liu et al. | A simplified and efficient method for water flooding production index calculations in low permeable fractured reservoir | |
| Kabachi et al. | Concurrent characterization of through-thickness permeability and compaction of fiber reinforcements | |
| CN109765109A (zh) | 软土层中桩基类帕斯卡效应试验装置 | |
| CN105929461A (zh) | 一种动静态岩石力学参数校正*** |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20190802 |