一种可视化地下资源运移实验模拟系统及方法

摘要

本申请公开了一种可视化地下资源运移实验模拟系统及方法，可应用于可视化实验技术领域，该系统包括：地层模型模拟系统和地下资源运移系统；所述地层模型模拟系统包括四周及底板为透明材料的模拟仓，用于铺设地层模型；所述地下资源运移系统与所述地层模型模拟系统连接，用于通过改变抽注状态实现从所述地层模型模拟系统内抽出地下资源或向所述地层模型模拟系统内注入地下资源。如此，利用四周及底板为透明材料的模拟仓构建地层模型，通过改变地下资源运移系统的抽注状态从而实现地层模型模拟系统中地下资源的移动和富集，提高了实验的说服力以及直观性。

说明书

技术领域

本申请涉及可视化实验技术领域，特别是涉及一种可视化地下资源运移实验模拟系统及方法。

背景技术

地下资源指赋存于地表以下的各种自然资源，包括固体的矿产资源、液态的地下水资源和气态的瓦斯气等。

一般地下资源不是固定不变的，它会随着地形或者其他因素而发生移动，存在于不同的地质构造位置。为了对地下资源的运移以及赋存情况进行模拟观察，现有技术大多是使用计算机进行模拟实验，从而出现无法直观的观察到流体运移以及富集区域的问题，使得模拟结果与实际情况的匹配度无法得到证实。

因此，如何提高实验的说服力以及直观性，是本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

基于上述问题，本申请提供了一种可视化地下资源运移实验模拟系统及方法，利用四周及底板为透明材料的模拟仓构建地层模型，通过改变地下资源运移系统的抽注状态从而实现地层模型模拟系统中地下资源的移动和富集，解决了现有技术无法直观的观察到流体运移、富集区域的问题。

第一方面，本申请提供了一种可视化地下资源运移实验模拟系统，包括：地层模型模拟系统和地下资源运移系统；

所述地层模型模拟系统包括四周及底板为透明材料的模拟仓，用于铺设地层模型；

所述地下资源运移系统与所述地层模型模拟系统连接，用于通过改变抽注状态实现从所述地层模型模拟系统内抽出地下资源或向所述地层模型模拟系统内注入地下资源。

可选的，所述地下资源运移系统包括：第一输送管、第二输送管、注入系统、抽提系统以及抽注管；

所述抽注管置于所述模拟仓内部；

所述第一输送管的一端与所述注入系统连接，另一端与所述抽注管连接，用于向所述模拟仓内注入地下资源；

所述第二输送管的一端与所述抽提系统连接，另一端与所述抽注管连接，用于从所述模拟仓内抽出地下资源。

可选的，所述注入系统包括：注入泵和注入罐；

所述注入罐与所述第一输送管的一端连接，用于存放地下资源；

所述注入泵置于所述第一输送管上，用于调节地下资源从所述注入罐注入所述地层模型模拟系统时的流速。

可选的，所述抽提系统包括：抽提泵和临时存储罐；

所述临时存储罐与所述第二输送管的一端连接，用于存放地下资源；

所述抽提泵置于所述第二输送管上，用于调节地下资源从所述地层模型模拟系统抽出至所述临时存储罐时的流速。

可选的，所述地层模型模拟系统还包括：分隔板以及第一卡扣；

所述分隔板置于所述模拟仓内部，用于根据位置需求对所述模拟仓的内部空间进行分隔；

所述第一卡扣用于控制所述模拟仓顶板的打开与关闭。

可选的，所述系统还包括：固定系统；

所述固定系统与所述模拟仓连接，为钢铁制材料，用于为所述模拟仓提供重量，保证所述模拟仓的稳定。

可选的，所述固定系统包括：固定圈、支撑杆以及底座；

所述固定圈安装于所述模拟仓的两侧；

所述支撑杆一端与所述固定圈连接，另一端与所述底座连接。

可选的，所述系统还包括：移动系统；

所述移动系统包括：滚轮和第二卡扣；

所述滚轮安装在所述底座的底部，用于实现所述可视化地下资源运移实验模拟系统的移动；

所述第二卡扣设置于所述滚轮上，用于限制所述滚轮的滚动。

可选的，所述系统还包括：气体浓度检测器；

所述气体浓度检测器安装于所述模拟仓的内壁，用于检测所述模拟仓内的实验气体的浓度。

第二方面，本申请提供了一种可视化地下资源运移实验模拟方法，包括：

根据研究区域的面积确定地层模型模拟系统中模拟仓的使用位置；

根据研究区域的地质参数在所述模拟仓中构建地层模型；

结合地下资源运移系统，通过改变抽注状态从所述地层模型模拟系统内抽出地下资源或向所述地层模型模拟系统内注入地下资源，同时记录地下资源在所述模拟仓的地层中的运移和富集情况。

从以上技术方案可以看出，相较于现有技术，本申请具有以下优点：

本申请提供的一种可视化地下资源运移实验模拟系统包括：地层模型模拟系统和地下资源运移系统；所述地层模型模拟系统包括四周及底板为透明材料的模拟仓，用于铺设地层模型；所述地下资源运移系统与所述地层模型模拟系统连接，用于通过改变抽注状态实现从所述地层模型模拟系统内抽出地下资源或向所述地层模型模拟系统内注入地下资源。如此，利用四周及底板为透明材料的模拟仓构建地层模型，通过改变地下资源运移系统的抽注状态从而实现地层模型模拟系统中地下资源的移动和富集，提高了实验的说服力以及直观性。

附图说明

图1为本申请提供的一种可视化地下资源运移实验模拟系统的结构示意图；

图2为本申请提供的一种地下资源运移系统的结构示意图；

图3为本申请提供的一种注入系统的结构示意图；

图4为本申请提供的一种抽提系统的结构示意图；

图5为本申请提供的一种地层模型模拟系统的结构示意图；

图6为本申请提供的一种具有固定系统的可视化地下资源运移实验模拟系统的结构示意图；

图7为本申请提供的一种固定系统的结构示意图；

图8为本申请提供的一种具有移动系统的可视化地下资源运移实验模拟系统的结构示意图；

图9为本申请提供的一种可视化地下资源运移实验模拟方法的流程图。

具体实施方式

正如前文所述，现有的模拟实验大多采用计算机进行，从而缺乏一定的说服力和直观性。具体来说，现有地下资源模拟大多是计算机模拟，无法直观的观察到流体运移以及富集区域，另外计算机的模拟结果与实际情况的匹配度也无法得到证实，因此现有的模拟系统存在说服力低以及直观性差的问题。

为解决上述问题，本申请提供了一种可视化地下资源运移实验模拟系统，包括：地层模型模拟系统和地下资源运移系统；所述地层模型模拟系统包括四周及底板为透明材料的模拟仓，用于铺设地层模型；所述地下资源运移系统与所述地层模型模拟系统连接，用于通过改变抽注状态实现从所述地层模型模拟系统内抽出地下资源或向所述地层模型模拟系统内注入地下资源。

如此，利用四周及底板为透明材料的模拟仓构建地层模型，通过改变地下资源运移系统的抽注状态从而实现地层模型模拟系统中地下资源的移动和富集，提高了实验的说服力以及直观性。

需要说明的是，本申请提供的一种可视化地下资源运移实验模拟系统及方法可应用于可视化实验技术领域。上述仅为示例，并不对本申请提供的一种可视化地下资源运移实验模拟系统及方法的应用领域进行限定。

为了使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图1为本申请提供的一种可视化地下资源运移实验模拟系统的结构示意图。结合图1所示，本申请提供的一种可视化地下资源运移实验模拟系统100，包括：地层模型模拟系统101和地下资源运移系统102；

所述地层模型模拟系统101包括四周及底板为透明材料的模拟仓201，用于铺设地层模型；

所述地下资源运移系统102与所述地层模型模拟系统101连接，用于通过改变抽注状态实现从所述地层模型模拟系统101内抽出地下资源或向所述地层模型模拟系统101内注入地下资源。

本申请通过地层模型模拟系统101和地下资源运移系统102配合从而实现地下资源运移实验模拟。具体的，地层模型模拟系统101首先按照研究面积选择装置实验区，然后根据所设渗透率孔隙度、地层厚度、研究层位厚度等地质参数铺设地层模型。地下资源运移系统102与地层模型模拟系统101通过管道连接，通过改变抽注状态实现从地层模型模拟系统101内抽出地下资源或向地层模型模拟系统101内注入地下资源。为了使模拟实验可视化，地层模型模拟系统101中的模拟仓201的四周及底板为透明材料，同时因为实验用的地下资源可能具有一定腐蚀性，所以用到的透明材料还需要耐二氧化碳、甲烷气体以及弱酸弱碱性水腐蚀。另外模拟仓201配有可打开的顶板，其材质为硬橡胶，也可耐二氧化碳、甲烷气体以及弱酸弱碱性水腐蚀，顶板的四个角开有小孔，可允许地下资源运移系统102的管道通过。

图2为本申请提供的一种地下资源运移系统的结构示意图，结合图2所示，本申请提供的一种地下资源运移系统102包括：第一输送管202、第二输送管203、注入系统204、抽提系统205以及抽注管206；

所述抽注管206置于所述模拟仓201内部；

所述第一输送管202的一端与所述注入系统204连接，另一端与所述抽注管206连接，用于向所述模拟仓201内注入地下资源；

所述第二输送管203的一端与所述抽提系统205连接，另一端与所述抽注管206连接，用于从所述模拟仓201内抽出地下资源。

本申请提供的地下资源运移系统102包括第一输送管202、第二输送管203、注入系统204、抽提系统205以及抽注管206，其中第一输送管202和第二输送管203为橡胶、塑料或钢铁制材质，需要具有耐二氧化碳、甲烷等气体以及弱酸弱碱性水腐蚀，如有其他实验要求也可以进行对应的更换。抽注管206置于模拟仓201的内部，位置不固定，可以随实验需求进行放置，有备用管且需要耐二氧化碳、甲烷等气体以及弱酸弱碱性水腐蚀。注入系统204通过第一输送管202与抽注管206连接，用于向模拟仓201内注入地下资源。抽提系统205通过第二输送管203与抽注管206连接，用于从模拟仓201内抽出地下资源。

图3为本申请提供的一种注入系统的结构示意图，结合图3所示，本申请提供的一种注入系统204包括：注入泵301和注入罐302；

所述注入罐302与所述第一输送管202的一端连接，用于存放地下资源；

所述注入泵301置于所述第一输送管202上，用于调节地下资源从所述注入罐302注入所述地层模型模拟系统101时的流速。

本申请提供的注入系统204包括注入泵301和注入罐302，其中注入罐302与第一输送管202连接，耐二氧化碳和甲烷等气体以及弱酸弱碱性水腐蚀，耐高温。实验时可以根据具体需求更换注入罐302中的实验用抽注气体和液体等用于模拟地下资源。除此之外，注入罐302中还有染色剂，可以将气体或液体染上颜色并不改变其性状，从而起到便于实验时观察记录的作用。注入泵301置于第一输送管202上，可连接计算机，通过计算机检测并调节地下资源输入注入罐302时的流量和流速，也可通过泵面板直接操作。

图4为本申请提供的一种抽提系统的结构示意图。结合图4所示，本申请提供的一种抽提系统205包括：抽提泵303和临时存储罐304；

所述临时存储罐304与所述第二输送管203的一端连接，用于存放地下资源；

所述抽提泵303置于所述第二输送管203上，用于调节地下资源从所述地层模型模拟系统101抽出至所述临时存储罐304时的流速。

本申请提供的抽提系统205包括抽提泵303和临时存储罐304，其中临时存储罐304与第二输送管203连接，耐二氧化碳和甲烷等气体以及弱酸弱碱性水腐蚀，耐高温，由气体导出出口，试验后可释放气体。抽提泵303置于第二输送管203上，可连接计算机，通过计算机检测并调节地下资源抽出注入罐302时的流量和流速，也可通过泵面板直接操作。

图5为本申请提供的一种地层模型模拟系统的结构示意图。结合图5所示，本申请提供的一种地层模型模拟系统101还包括：分隔板207以及第一卡扣208；

所述分隔板207置于所述模拟仓201内部，用于根据位置需求对所述模拟仓201的内部空间进行分隔；

所述第一卡扣208用于控制所述模拟仓201顶板的打开与关闭。

分隔板207与模拟仓201的四周相同，均为透明材料，耐二氧化碳和甲烷等气体以及弱酸弱碱性水腐蚀。模拟仓201的内部设有凹槽，分隔板207可沿凹槽实现放入和取出。在进行实验时，可以按照研究区域面积，选择装置试验区，并根据位置需求插入分隔板207，从而实现地层模型建设的初步规划。另外，模拟仓201的侧板上设有第一卡扣208，用于控制模拟仓201顶板的打开和关闭。

图6为本申请提供的一种具有固定系统的可视化地下资源运移实验模拟系统的结构示意图。结合图6所示，本申请所提供的系统还包括：固定系统103；

所述固定系统103与所述模拟仓201连接，为钢铁制材料，用于为所述模拟仓201提供重量，保证所述模拟仓201的稳定。

为了是模拟仓201的结构更加稳定，使实验更顺利的进行，本申请还提供了一种固定系统103。该固定系统103与模拟仓201连接，材料由坚硬且具有一定重量的钢铁制成，保证了实验过程中设备的稳定。

图7为本申请提供的一种固定系统的结构示意图。结合图7所示，本申请提供的固定系统103包括：固定圈209、支撑杆210以及底座211；

所述固定圈209安装于所述模拟仓201的两侧；

所述支撑杆210一端与所述固定圈209连接，另一端与所述底座211连接。

本申请提供的固定系统103包括固定圈209、支撑杆210以及底座211。其中固定圈209置于模拟仓201两次，与模拟仓201固定连接，具有带动模拟仓201旋转的功能，实验结束后可以打开该功能配合清洁使用，实验时关闭该功能。每一个固定圈209配合两根支撑杆210，支撑杆210的一端与固定圈209连接，另一端与底座211连接。利用如此结构并配合坚硬且具有一定重量的钢铁制材料，保证了实验过程中设备的稳定性。

图8为本申请提供的一种具有移动系统的可视化地下资源运移实验模拟系统的结构示意图。结合图8所示，所述系统还包括：移动系统104；

所述移动系统104包括：滚轮和第二卡扣；

所述滚轮安装在所述底座211的底部，用于实现所述可视化地下资源运移实验模拟系统的移动；

所述第二卡扣设置于所述滚轮上，用于限制所述滚轮的滚动。

本申请还提供了一种移动系统104，该系统包括滚轮和第二卡扣。其中四个滚轮均为橡胶或铁质材料，安装于底座211底部的四个角，用于实现可视化地下资源运移实验模拟系统的移动。第二卡扣设置于滚轮上，用于限制滚轮的滚动，当第二卡扣打开时，滚轮可以自由滚动，当第二卡扣关闭时，滚轮被固定无法实现滚动。

作为一种实施方式，针对如何保证实验顺利进行。相应的，结合图8所示，所述系统还包括：气体浓度检测器105；

所述气体浓度检测器105安装于所述模拟仓201的内壁，用于检测所述模拟仓201内的实验气体的浓度。

本申请还提供了一种气体浓度检测器105，安装于模拟仓201内壁，用于检测模拟仓201内的实验气体的浓度。需要注意的是，气体浓度检测器105可以根据测试需求选择不同的气体检测器。

综上所述，本申请提供的一种可视化地下资源运移实验模拟系统包括：地层模型模拟系统101和地下资源运移系统102；地层模型模拟系统101包括四周及底板为透明材料的模拟仓201，用于铺设地层模型；地下资源运移系统102与地层模型模拟系统101连接，用于通过改变抽注状态实现从地层模型模拟系统101内抽出地下资源或向地层模型模拟系统101内注入地下资源。如此，利用四周及底板为透明材料的模拟仓201构建地层模型，通过改变地下资源运移系统102的抽注状态从而实现地层模型模拟系统101中地下资源的移动和富集，提高了实验的说服力以及直观性。

图9为本申请提供的一种可视化地下资源运移实验模拟方法的流程图。

结合图9所示，本申请提供了一种可视化地下资源运移实验模拟方法，包括：

S101：根据研究区域的面积确定地层模型模拟系统中模拟仓的使用位置。

在实际应用中，按照研究区域面积，选择装置试验区，即在模拟仓中根据研究区域的面积确定地层模型模拟系统中模拟仓的使用位置。因为模拟仓中设有凹槽，可供分隔板进行放入或取出，因此当研究区域面积偏小时可以将分隔板放入适合的凹槽中实现对模拟仓的分割，确定模拟仓的合理使用位置。

S102：根据研究区域的地质参数在所述模拟仓中构建地层模型。

在实际应用中，当确定了模拟仓的合理使用位置后，需要在确定的模拟仓中构建地层模型。具体的，先获取研究区域的地质参数，然后根据所涉渗透率孔隙度、地层厚度、研究层位厚度等地质参数在模拟仓中一层层的铺设地层模型。需要注意的时，铺设地层模型一般采用的材料为半透明白砂，当研究区域为含水层时也可向模拟仓中注入实验用水，待水位基本稳定且地层模型铺设完毕后，在砂子顶部涂抹一层泥质或石膏质材料，从而达到减缓实验时气体溢散出地层模型的目的。

S103：结合地下资源运移系统，通过改变抽注状态从所述地层模型模拟系统内抽出地下资源或向所述地层模型模拟系统内注入地下资源，同时记录地下资源在所述模拟仓的地层中的运移和富集情况。

在实际应用中，地层模型建立完毕后还需要进行一些设置才可开始进行可视化地下资源运移实验模拟。具体的，向地层模型中插入抽注管，保证抽注管顶部低于模拟仓的顶板，然后连接抽注管和输送管并打开气体浓度检测器，最后盖上模拟仓的顶板并用第一卡扣封闭。接下来便可进行可视化地下资源运移实验模拟，结合地下资源运移系统，打开注入罐，将罐中被染色的气体或弱酸弱碱性水通过第一输送管、注入泵以及抽注管导入地层模型的地下，然后通过改变抽注状态从地层模型模拟系统内抽出地下资源或向地层模型模拟系统内注入地下资源，同时观察并记录地下资源在模拟仓的地层中的运移和富集情况。需要注意的是，实验结束后关闭注入泵和抽提泵，打开第一卡扣和模拟仓顶板，分离抽注管和输送管并取出分隔板。开启固定圈的旋转功能，将白砂及其顶部的泥质或石膏质材料取出，配合清理模拟仓。

综上所述，本申请提供了一种可视化地下资源运移实验模拟方法，利用四周及底板为透明材料的模拟仓构建地层模型，通过改变地下资源运移系统的抽注状态从而实现地层模型模拟系统中地下资源的移动和富集，提高了实验的说服力以及直观性。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。