技术摘要：
本发明提供了一种得到岩石裂缝中液体驱替面位置的装置及方法，水箱的顶端连通有用于提供稳定压力的气体加压装置；包括法向应力架，所述法向应力架的之间通过支撑板组件安装有用于模拟实验的岩石裂缝模拟试样，所述岩石裂缝模拟试样的四周设置有用于对实验过程监控的多  全部
背景技术：
驱替过程在工业生产的诸多方面都有应用，如果能提高对驱替过程的认识和了解 程度将会提高工业生产的原料利用率和生产效率等。对于驱替过程，在现实的施工过程中 一般采用的是传统仪器和方法来研究驱替过程。其优点是制作成本较低，运行设备的投资 也较少。但同时缺点是通常只能用入口处和出口处物质（例如出口压力、入口压力、流速等） 来推算物质在岩石裂缝空间中物质驱替的过程和空间内部岩石物质的掉落情况。这一驱替 过程对于研究人员来说就相当于一个黑匣子，不能准确的知道其内部的情况。驱替过程不 可视意味着不能进行数据采集和图像分析及图像处理，也不能快速直观的对实验过程及实 验数据中出现的问题做出准确的判断和处理。 如何更好的观测到驱替过程中介质内液体的流动过程和实时平面位置成为研究 人员的一大难题，本发明研究一种在任何时刻都能得到岩石裂缝中液体驱替过程中驱替面 位置的变化的方法。为了得到液体在驱替过程中的驱替面位置变化，可以将传统的驱替方 法进行改良升级。例如在模拟的岩石板下的凸起物上安置小型摄影机，将传统仪器没有办 法检测出来的内部流动状况通过图像直观地、实时地展现出来，便于更好的了解和观测驱 替效果。
技术实现要素：
针对研究人员无法直接观测驱替过程中液体位置的变化也无法通过采集数据进 行图像分析的问题，本发明提供一种得到岩石裂缝中液体驱替面位置的装置及方法，通过 对实验装置和实验方法进行了创新性升级，能够直接观察得到填充物的运动损失规律，方 便研究人员从平面和立面观测驱替运行的规律，具有观测直观，操作简单，数据采集方便的 特点。 为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种得到岩石裂缝中液 体驱替面位置的装置，它包括水箱，所述水箱的顶端连通有用于提供稳定压力的气体加压 装置； 包括法向应力架，所述法向应力架的之间通过支撑板组件安装有用于模拟实验的岩石 裂缝模拟试样，所述岩石裂缝模拟试样的四周设置有用于对实验过程监控的多个高速摄像 机； 所述水箱的底端出水口通过高压水管与岩石裂缝模拟试样相连通的裂缝相连通； 所述水箱内部盛放有能够改变密度的示踪气泡和多种不同密度、不相容且具有不同颜 色的溶液以清楚的观察到多种不相容液体的运动轨迹，进而区分经过驱替面的驱替液体与 被驱替液体，再通过多个高速摄像机进行清晰拍摄，进而得到驱替面的运动轨迹和驱替面 4 CN 111595550 A 说　明　书 2/6 页 的形状变化，方便观察过程，以直观的得到驱替过程。 所述气体加压装置包括用于储存高压氮气的氮气瓶，所述氮气瓶的出气口连接有 高压气管，所述高压气管上安装有气体控制阀门，所述高压气管的另一端与水箱的顶部进 气口相连通。 所述法向应力架包括底部矩形框架和顶部矩形框架，所述底部矩形框架和顶部矩 形框架之间通过对拉螺栓固定相连，并能够调节两者的间距。 所述支撑板组件包括设置在法向应力架的底部矩形框架上的底部透明支撑板，包 括设置在法向应力架的顶部矩形框架上的顶部透明支撑板。 所述水箱的内部设置有能够升降的加压板，其底部设置有出液口，所述出液口通 过高压水管与岩石裂缝模拟试样的岩石裂缝相连通。 所述岩石裂缝模拟试样由可固化的胶状物质与真实环境中的裂缝岩石表面接触 拓印，待可固化的胶状物质固化后取出，切成需要的大小并与提供稳定受力面的支撑板组 件和法向应力架相结合，由上、下两块已经拓好岩板的可固化的胶状物质固化后组合一起， 模拟岩石裂缝，让驱替液在模拟裂缝中按事先选好的路径运动。 所述可固化的胶状物质采用环氧树脂胶水制作而成。 所述岩石裂缝模拟试样上连接有声波探伤设备，在实验开始前，运用该设备对岩 石裂缝模拟试样的四周进行声波探伤检测，来得到岩石裂缝模拟试样中模拟裂缝各个横截 面的长度和宽度，进而确定模拟裂缝在岩石裂缝模拟试样中的姿态，并在实验前进行调整 以达到最优的实验效果，通过此声波探伤设备确定模拟裂缝的宽度，为后续的分析提供可 靠的数据，所述声波探伤设备与数字化分析设备相连。 所述岩石裂缝模拟试样的模拟裂缝连接有示踪气体实验设备，所述示踪气体实验 设备观察单个示踪气泡的具体流动路径，通过软件PowerDirector9.0对实验过程进行图像 分帧，并截取各个阶段示踪气泡的图像，按照顺序导入CAD中，画出各个阶段的示踪气泡所 在的位置，并与实际岩体的大小进行类比，即可得出示踪气泡所在岩体的具体位置，进而得 到模拟裂缝的宽度，所述踪气体实验设备与数字化分析设备相连。 所述岩石裂缝中液体驱替面位置的装置进行实验的方法，包括以下步骤： S1：通过气体加压装置提供稳定压力，打开氮气瓶的气体控制阀门，氮气瓶中压缩的氮 气被释放，释放的氮气通过高压气管进入到水箱，提供气压； S2：气体压力装换成水箱的水压，从氮气瓶中出来的气体压力给水箱中的驱替液压力， 并推动驱替液向水箱的出口处运动； S3：水箱中的驱替液的运动推动实验区内驱替液的运动来驱替被驱替液； S4：在向岩石裂缝模拟试样注入驱替液的过程中，通过模拟裂缝中的透明土和模拟岩 石表面的突起物来阻拦液体的驱替，以得到真实的现象； S5：通过实验区内高速摄像机的观察和人为的设定得到数据，来得到驱替面各点随时 间的位置变化； S6：成通过数字化分析设备得到的一系列数据，分析出多个图表来用于实地的工作。 本发明有如下有益效果： 1、本发明提出的实验方法及需要的实验装置较为简单，可直观的观测驱替实验的具体 实验过程及任意时刻驱替液体的平面位置，可有效的解决现阶段研究人员无法直接了解驱 5 CN 111595550 A 说　明　书 3/6 页 替过程的问题，本发明研究设计出一种全新的驱替实验的实验方法，在实际工业生产中有 诸多方面的应用，其创新性巨大，思路合理可行，具有广泛应用于实际生产生活的前景。 2、通过用透明土模拟实验过程中掉落岩石替换土做填充物，既可以发挥阻碍液体 流动的作用又可以通过肉眼观察得到填充物的运动损失规律，方便在平面和立面观测岩石 裂缝中液体驱替过程中驱替面位置的变化。 3、通过在岩石裂缝中的驱替液体添加荧光物质的方法，在实验过程中可以制造出 黑暗环境，将实验装置用紫外线照射，通过上述120帧高速摄影机实时显示出驱替过程的连 续图像。 4、将驱替液体与被驱替液体用特殊性质的溶液使他们分层，通过120帧高速摄影 机清晰拍摄多种不同密度不相容具有不同颜色的液体，可以方便的得到驱替面的运动轨迹 和驱替液体的流动规律。 5、通过岩石板的局部可拆装的方法，设置合理的观测孔，将120帧高速摄影机安置 在模拟岩石裂缝的装置四周，通过高速摄影机可以更加方便直接的看到某一时刻在具体的 某一位置溶液的驱替过程，进而得到驱替过程中驱替面的变化。 6.此外，本发明的实验设备可以在局部化和整体化间转变，进行局部观察后可也 以将局部合拢成整体继续实验，实验的效率可以得到大幅提高。 7、本发明创新的在输入驱替液体的同时向驱替液体中输入气泡，通过120帧高速 摄影机来观察气泡的运动规律侧面得到岩石裂缝中液体驱替过程中驱替面的位置变化。 8、通过控制氮气瓶口的阀门进而控制氮气的流速，从而控制输出的气压，使得驱 替液体沿着岩石裂缝向前运动，更加真实的模拟岩石裂缝中驱替时的压力值，实验结果真 实可靠。 9、通过在岩石板平面上施加不同压力，可以用120帧高速摄影机观测在不同压力 改变量下稳定面如何移动，在实验设备上可能会呈现等势或等值图像，综合相关公式可以 将路径上水头损失定值化求出。 10、区域化流量不变单位时间内流出的液体的体积相同，将120帧摄影机拍摄得到 的图像进行分析和位置追踪，进而将厚度用解析法解析出来。 11、可固化的胶状物质由环氧树脂胶水制作得到具有环保无毒，粘接强度高，韧性 好，耐油，耐水，耐酸碱，绝缘性好等众多优点，无需加热，可常温固化。 12、在数字化分析设备中，将高速摄影机采集的数据和研究人员手动输入的数据 结合，具有精度高、劳动强度小、便于保存管理及应用、易于发布等特点。还可以根据需要将 处理后的数据进行再次加工，使得研究的效率得到大幅提高。体现了科学化，数字化和自动 化的科研过程。 13、引用声波探伤设备和示踪气体实验设备可以较准确的得到裂缝宽度，为后续 数字化分析提供数据，使实验的结果更科学更准确。 附图说明 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。 图1为本发明的整体装置图的结构示意图 图2为本发明的氮气瓶结构示意图。 6 CN 111595550 A 说　明　书 4/6 页 图3为本发明的产生压力的底部矩形框架结构示意图。 图4为本发明的产生压力的顶部矩形框架结构示意图。 图5为本发明的气体压力转换成液压的水箱的结构示意图。 图6为本发明的采用高速摄像机观测时的主视图。 图7为本发明的采用高速摄像机观测时的俯视图。 图中：氮气瓶1、高压气管2、法向应力架3、支撑板组件4、透明土5、高压水管6、促进 剂7、高速摄像机8、示踪气泡9、溶液10、气体控制阀门11、岩石裂缝模拟试样12、水箱13、胶 状物质14、数字化分析设备15、声波探伤设备16、示踪气体实验设备17、模拟裂缝18、加压板 19、顶部进气口20、出液口21、驱替面22； 底部矩形框架301、顶部矩形框架302； 底部透明支撑板401、顶部透明支撑板402。