一种温敏纳米示踪粒子运移与功能评估试验系统及方法

本发明属于深地资源开发领域，尤其适用于研究温敏纳米在高温多孔介质地层中的功能响应与运移突破过程，尤其涉及一种温敏纳米示踪粒子运移与功能评估试验系统及方法。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、在深部资源能源开发过程中，明确地层流场与温度场特征是实现安全建设与高效生产的先决条件之一。如在深部采矿工程中，掌握过水通道水力特征、水来源区域温度等信息，是进行地层流场与温度场刻画，制定水害防控方案与指标的前提；在地热工程中，获知地下热液温度场演化规律，明确热量补给通道与补给效率，才能准确预测不同增产和运行场景下的长期热力性能，实现地热高效抽采利用。

3、目前，在深部地层流场与温度场表征研究方面，正尝试开发具有温敏特性纳米粒子材料(在高温条件下荧光减弱或发生崩解释放染料物质等)作为示踪剂，通过纳米粒子在地层中的运移突破曲线与功能响应特征来获取地层的流场与温度场信息，已成为国内外研究前沿。然而，基于温敏纳米粒子示踪剂的开发仍处于探索发展阶段，亟需研发适用于温敏纳米示踪粒子运移模拟与功能评估的试验系统，在用于材料工作性能测试的同时，为温敏纳米粒子运移与信息响应特征等问题的研究提供新思路和手段。

技术实现思路

1、为了解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题，本发明提供一种温敏纳米示踪粒子运移与功能评估试验系统及方法，其研究不同温度、裂隙结构条件下的温敏纳米粒子运移突破规律与功能响应特征，进而实现温敏纳米粒子的工作性能评价。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明的第一方面提供一种温敏纳米示踪粒子运移与功能评估试验系统，包括地质模型主体(1)、纳米示踪剂注入装置(5)和纳米粒径实时测量装置(6)；

4、所述地质模型主体(1)包括基础框架(101)，所述基础框架(101)内设置岩石介质模型(103)，所述岩石介质模型(103)包括两块平行的岩石板(1031)，所述基础框架(101)顶面一侧设有贯通至岩石介质模型(103)的示踪剂注入孔(108)，另一侧设有贯通至岩石介质模型(103)的出水取样孔(109)；所述纳米示踪剂注入装置(5)通过示踪剂注入孔(108)和岩石板(1031)之间的裂隙连通，所述纳米粒径实时测量装置(6)和所述出水取样孔(109)相连。

5、进一步地，所述基础框架(101)内设置多个钢块(110)，所述钢块(110)焊接至基础框架(101)的顶面或底面；每个钢块(110)上设有限位卡槽(8)，所述岩石板(131)的四角嵌入限位卡槽(8)处，每个角嵌入螺母(132)，采用螺栓(133)在所述限位卡槽(8)处与螺母132螺纹连接；通过螺栓(133)调节两个岩石板(131)之间的缝隙大小。

6、进一步地，所述基础框架(101)还包括水流缓冲箱(102)，所述水流缓冲箱(102)位于地质模型主体(1)的进水端，内部设有两块稳流板(121)，焊接于岩石介质模型(103)的进水口处，用于稳定水流。

7、进一步地，所述系统还包括加热供水装置(2)，所述加热供水装置(2)包括加热储水箱(201)和恒流水泵(202)，所述基础框架(101)第一侧面设有进水口(105)，所述恒流水泵(202)的一端通过管路连接至加热储水箱(201)，和加热储水箱(201)连通，另一端通过管路连接至进水口(105)；所述加热储水箱(201)包含水箱本体(211)，水箱本体(211)内壁设置加热器(212)，外壁固定搅拌器(213)。

8、进一步地，所述基础框架(101)第二侧面设有废液排放口(106)，所述进水口(105)和废液排放口(106)均设置阀门。

9、进一步地，所述系统还包括恒温控制装置(3)，所述地质模型主体(1)还包括散热器(104)，所述散热器(104)布置于岩石介质模型103的上下两侧，所述恒温控制装置(3)和散热器(104)相连。

10、进一步地，所述系统还包括水压监测装置(4)，所述基础框架(101)的顶面的两侧均设置液位计安装孔(107)，通过液位计安装孔(107)安装水压监测装置(4)。

11、进一步地，所述系统还包括纳米粒径实时测量装置(6)及自动取样装置(7)，所述基础框架(101)的顶面设置出水取样孔(109)，所述出水取样孔(109)和纳米粒径实时测量装置(6)相连，所述纳米粒径实时测量装置(6)的排液口连接至自动取样装置(7)。

12、进一步地，所述基础框架(101)为箱体结构，前面板设置开盖结构。

13、本发明的第二方面提供一种温敏纳米示踪粒子运移与功能评估试验方法，采用第一方面所述的一种温敏纳米示踪粒子运移与功能评估试验系统，包括如下步骤：

14、步骤1：根据试验需求选择岩石板(131)并装配进地质模型主体(1)中；

15、步骤2：通过松紧螺栓(133)调节两块岩石板(131)之间的间隔至试验设定要求，打开进水口(105)和废液排放口(106)阀门，在加热储水箱(201)中加满水，开启恒流水泵(202)，冲洗地质模型主体(1)，当排放出清水后关闭废液排放口(106)阀门；

16、步骤3：确定系统整体无漏水，且各部分装置与管路连接通畅后，依次开启加热储水箱加热器(212)、恒温控制装置(3)，并设定为预定试验温度；

17、步骤4：开启搅拌器(213)，在加热储水箱(201)中调配水体离子浓度、ph、有机物含量至试验预设条件，充分搅拌加热；

18、步骤5：在水体达到设定温度后，开启纳米粒径实时测量装置(6)及自动取样装置(7)，待自动取样装置(7)取样稳定，开启纳米示踪剂注入装置(5)，按试验要求注入量与注入速率，连续、间隔或瞬时注入纳米示踪剂；

19、步骤6：获取纳米示踪剂突破曲线、纳米粒子分布曲线，并对收集的水样进行荧光、红外、光谱测定，分析温敏纳米粒子功能响应情况，评价粒子功能可行性。与现有技术相比，本发明的有益效果是：

20、1、本发明弥补了温敏纳米示踪剂工作性能测试与评估研究设备空白，提供一种可操作性强、自动化程度高、试验数据精准的温敏纳米示踪粒子运移与功能评估试验系统，可用来研究不同温度、裂隙结构条件下的温敏纳米粒子运移突破规律与功能响应特征，进而实现温敏纳米粒子的工作性能评价，有助于推动温敏纳米示踪剂开发与应用，服务与深地资源/能源开发。

21、2、本发明岩石介质模型与模型主体分离，便于拆分更换，并采用螺栓悬挂固定方式，可自由调节裂隙开合度，满足了试验中对不同岩石介质条件(岩石种类、裂隙面粗糙度、曲折度及开合度等)的更换需求，简化了试验操作过程，降低了试验成本。

22、3、恒温控制装置与散热器的设置提高了岩石介质模型周围温度环境的稳定性，保障了试验过程中温度参数的精确性。纳米粒径实时测量装置实现了试验过程粒子运移状态的即时监测，可随时进行试验过程有效性研判，调整试验方案，提高了试验效率。试验系统整体均由管路相连接，便于拆卸收纳。

23、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。