阅读说明：本技术 一种测试岩石土壤中污染物高温长距离迁移特性的装置 (Device for testing high-temperature long-distance migration characteristic of pollutants in rock soil ) 是由 田利军 杨栋 李强 苏铭 高磊 黄旭东 于 2021-09-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种测试岩石土壤中污染物高温长距离迁移特性的装置,属于地下含水层或岩土体中污染物的迁移和控制技术领域；包括多组测试系统,多组测试系统通过设置有保温结构的管路相串联；相串联的多组测试系统的入口端连接有污染物溶液注入系统,测试系统设置有取液口；测试系统包括岩芯夹持器、加热装置、轴压围压加载系统；加热装置包裹在岩芯夹持器外围；轴压围压加载系统分别通过轴压腔进液口和围压腔进液口与岩芯夹持器相连；本发明用于测试不同温压条件下地下水中、土壤中、煤地下气化和油页岩或中低成熟度页岩油的原位开采过程中顶底板岩层中污染物的扩散运移规律,被测样品的长度可调,测试方案更加灵活。(The invention discloses a device for testing the high-temperature long-distance migration characteristic of pollutants in rock soil, belonging to the technical field of migration and control of pollutants in underground aquifers or rock-soil bodies; the test system comprises a plurality of groups of test systems which are connected in series through pipelines provided with heat insulation structures; the inlet ends of the plurality of groups of test systems connected in series are connected with a pollutant solution injection system, and the test systems are provided with liquid taking ports; the test system comprises a core holder, a heating device and an axial pressure confining pressure loading system; the heating device is wrapped on the periphery of the core clamper; the axial pressure confining pressure loading system is connected with the rock core holder through an axial pressure cavity liquid inlet and a confining pressure cavity liquid inlet respectively; the invention is used for testing the diffusion migration rule of pollutants in the rock strata of the top plate and the bottom plate in the processes of underground water, underground coal gasification and in-situ mining of oil shale or shale oil with medium or low maturity under different temperature and pressure conditions, the length of the tested sample is adjustable, and the test scheme is more flexible.)

一种测试岩石土壤中污染物高温长距离迁移特性的装置

技术领域

本发明属于地下含水层或岩土体中污染物的迁移和控制技术领域，具体涉及一种测试岩石土壤中污染物高温长距离迁移特性的装置。

背景技术

地层中温度和压力对岩石和土壤的结构会产生影响，例如，随着温度升高，固体骨架会发生膨胀，但是外部应力的增加又会使骨架发生收缩，这些变化都会使污染物的运移通道发生改变。另外，孔隙压力的不同也会影响污染物的分布。目前，针对污染物运移规律的测试设备，其实验样品的长度固定（一般采用标准试件尺寸），无法对较长距离下岩体中的污染物运移规律进行测试，并且现有装置的实验温度均为常温，无法解决煤地下气化和油页岩或中低成熟度页岩油的原位开采过程中高温顶底板岩层中污染物的扩散运移规律的测试技术问题。综上所述，急待开发一种满足高温高压和长尺寸的用于测试岩石或土壤中污染物迁移特性的装置和对应的方法，实现对地下水中、土壤中、煤地下气化和油页岩或中低成熟度页岩油的原位开采过程中高温顶底板岩层中污染物的扩散运移规律的有效研究。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提出一种测试岩石土壤中污染物高温长距离迁移特性的装置。解决从常温到高温条件下岩芯或土壤在不同轴围压条件下的污染物迁移特性测试问题。

为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：

一种测试岩石土壤中污染物高温长距离迁移特性的装置，包括多组测试系统，所述多组测试系统通过设置有保温结构的管路相串联；相串联的多组测试系统的入口端连接有污染物溶液注入系统，所述测试系统设置有取液口；所述测试系统包括岩芯夹持器、加热装置、轴压围压加载系统；所述加热装置包裹在岩芯夹持器外围；轴压围压加载系统分别通过轴压腔进液口和围压腔进液口与岩芯夹持器相连。

优选的，所述管路设置有取液口，所述取液口用于收集不同位置的污染物溶液。

更优的，岩芯夹持器的侧面布置有不少于3个取液口。

优选的，岩芯夹持器连接有温度传感器用于检测待测试岩芯的温度。

优选的，所述轴压围压加载系统由减压阀、氮气瓶和储能罐组成，储能罐中上部通过减压阀与氮气瓶相连，储能罐中下部为水，水被上部的氮气加压后通过围压腔进液口或轴压腔进液口接入岩芯夹持器，通过液体传压的方式对待测试岩芯施加轴围压。

优选的，所述污染物溶液注入系统由减压阀、储液罐和氮气瓶组成，储液罐上部通过减压阀与氮气瓶连接，储液罐中装有指定浓度的污染物溶液，污染物溶液通过注入端管路连接到岩芯夹持器的入口端。

优选的，岩芯夹持器通过其内的轴压头调节待测试岩芯的长度。

优选的，加热装置对岩芯夹持器进行加热，加热范围25～180±2℃。

本发明相对于现有技术所产生的有益效果为：

本发明由多组岩芯夹持器、多组加热装置、多组轴压围压加载系统和一组污染物溶液注入系统构成用于测试岩石或土壤中污染物迁移特性的装置。通过串联的结构使得被测样品长度在很大范围内可调，被测样品的直径为50mm，长度可根据实验要求调节，可调范围为100～1000mm，加压装置可对被测样品施加最大50MPa的轴围压，可加热的温度范围为25～180±2℃。指定浓度的污染物溶液以设定的压力从注入端管路注入到被测样品中，被测样品的侧面和岩芯夹持器串联管路上都布置有出液口，用于收集至污染物溶液注入端不同距离的液体，基于此获得污染物在样品中的扩散运移规律。

本发明用于测试不同温压条件下地下水中、土壤中、煤地下气化和油页岩或中低成熟度页岩油的原位开采过程中顶底板岩层中污染物的扩散运移规律，被测样品的长度可调，测试方案更加灵活。解决研究地下水中、土壤中、煤地下气化和油页岩或中低成熟度页岩油的原位开采过程中高温顶底板岩层中污染物的扩散运移规律的技术问题。

附图说明

图1为本发明所述测试岩石土壤中污染物高温长距离迁移特性装置的结构示意图。

其中：1－岩芯夹持器、2－加热装置、3－出液口、4－待测试岩芯、5－围压腔进液口、6－温度传感器、7－轴压头、8－轴向位移计、9－轴压腔进液口、10－串联管路出液口、11－轴压围压加载系统、12－减压阀、13－氮气瓶、14－储能罐、15－污染物溶液注入系统、17－储液罐、18－污染物溶液、20－背压阀、21－夹持器末端污染物收集瓶、22－管路、23－注入端管路。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例和附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合实施例及附图详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。

如图1所示，一种用于测试岩石或土壤中污染物迁移特性的装置，包括两组测试系统，每组测试系统包括岩芯夹持器1、加热装置2和轴压围压加载系统11，在第一组测试系统的岩芯夹持器1端部连接有一组污染物溶液注入系统15，两组测试系统的岩芯夹持器1通过管路22串联，加热装置2包裹在岩芯夹持器1外围，轴压围压加载系统11中，轴压加压系统通过轴压腔进液口9与岩芯夹持器1相连，围压加压系统通过围压腔进液口5与岩芯夹持器1相连，污染物溶液注入系统15通过注入端管路23连接到岩芯夹持器1的入口端。

岩芯夹持器1的规格为直径50mm，长度根据具体试验需要可从100mm到300mm不等，多组夹持器通过管路串联，使得实验岩芯长度最大达到1000mm，每个岩芯夹持器1可通过轴压头7调节待测试岩芯4的长度，调节范围为50mm，最小可测岩芯规格为φ50×100mm，岩芯夹持器1承受压力为50MPa，每组岩芯夹持器1的侧面布置有不少于3个出液口3，在管路22处也有出液口，设为串联管路出液口10，用于收集不同位置的污染物溶液，每组岩芯夹持器1都有一个温度传感器6用于检测被测样品的温度。

轴压围压加载系统11由减压阀12、氮气瓶13和储能罐14组成，储能罐14中上部通过减压阀12与氮气瓶13相连，储能罐14中下部为水，水被上部的氮气加压后通过围压腔进液口5或轴压腔进液口9接入岩芯夹持器1，通过液体传压的方式对样品施加轴围压。

污染物溶液注入系统15由减压阀12、储液罐17和氮气瓶13组成，储液罐17上部通过减压阀12与氮气瓶13连接，储液罐17中装有指定浓度的污染物溶液18，污染物溶液18通过注入端管路23连接到岩芯夹持器1的入口端。

加热装置2对岩芯夹持器1进行加热，加热范围25～180±2℃。

采用本发明的一种用于测试岩石或土壤中污染物高温高压下长距离迁移特性的方法，其步骤如下：

1、配制指定物质和指定浓度的污染物溶液18，溶液体积为储液罐17容积的1/2，将配制好的污染物溶液18装入储液罐17中。

2、将待测试岩芯4装入岩芯夹持器1中，根据实验需要，样品的长度范围为100～1000mm，由于难于制取长度较大的岩石或土壤样品，当样品长度需要大于300mm时就建议将多段岩芯分别装入多个串联的岩芯夹持器。

3、用轴压围压加载系统11对待测试岩芯4施加指定的轴围压，加压过程中，轴围压交替增加至指定压力，确保待测试岩芯4的完整性。

4、打开加热装置2，将待测试岩芯4加热到指定温度并保持恒温。

5、待温度加到预定值后，通过污染物溶液注入系统15将污染物溶液从注入端管路23注入到待测试岩芯4中。

6、记录温度传感器6的温度数值和轴向位移计8的变形数据，并通过出液口3采集不同时间不同位置的污染物溶液用于后续的化验分析。

7、待完成预定实验后停止实验，将实验样品取出，分段进行化验。

本发明针对高温高压条件下的长距离多测点的实验技术，提供一种用于测试岩石或土壤中污染物迁移特性的装置，解决研究地下水中、土壤中、煤地下气化和油页岩或中低成熟度页岩油的原位开采过程中高温顶底板岩层中污染物的扩散运移规律的技术问题。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。