本發明涉(she)及(ji)模(mo)型(xing)試(shi)驗，特別是涉(she)及(ji)一種低溫(wen)能源地下儲庫凍結圈(quan)演化模(mo)型(xing)試(shi)驗方法(fa)。

背景技術：

1、液(ye)化天然氣(qi)(lng)和(he)液(ye)氨、液(ye)氫(qing)等低溫能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)具(ju)有很高的能(neng)(neng)(neng)量密度，是(shi)我國能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)轉型發展過程中(zhong)的重(zhong)要優質能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)。修建低溫能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)地下儲(chu)(chu)庫(ku)(ku)(ku)是(shi)調節能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)供(gong)需峰谷，保障(zhang)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)安(an)全(quan)的重(zhong)要手段，且(qie)儲(chu)(chu)運更加安(an)全(quan)便利(li)，是(shi)大(da)規模(mo)(mo)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)儲(chu)(chu)存的發展方向。然而低溫能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)會造成(cheng)臨近(jin)儲(chu)(chu)庫(ku)(ku)(ku)的圍(wei)巖內部地下水凍(dong)結(jie)，在(zai)(zai)儲(chu)(chu)庫(ku)(ku)(ku)周邊(bian)形(xing)成(cheng)一定厚度的凍(dong)結(jie)圈(quan)，凍(dong)結(jie)圈(quan)客觀上為儲(chu)(chu)庫(ku)(ku)(ku)提供(gong)了外層(ceng)屏(ping)障(zhang)，但是(shi)大(da)規模(mo)(mo)的凍(dong)結(jie)圈(quan)需要消耗(hao)大(da)量能(neng)(neng)(neng)量，深層(ceng)圍(wei)巖凍(dong)結(jie)開裂也會威脅儲(chu)(chu)庫(ku)(ku)(ku)安(an)全(quan)，因(yin)此必(bi)須探明凍(dong)結(jie)圈(quan)的規模(mo)(mo)，將凍(dong)結(jie)圈(quan)控制在(zai)(zai)合適的范圍(wei)內。

2、由于凍結圈(quan)(quan)內包含(han)巖(yan)體、冰、水和空氣(qi)等多相(xiang)(xiang)物(wu)質(zhi)，并處于圍巖(yan)內部的(de)隱蔽環境，難以直(zhi)接獲取凍結圈(quan)(quan)的(de)規模(mo)演(yan)化(hua)過(guo)程(cheng)(cheng)。并且凍結圈(quan)(quan)的(de)形成(cheng)和消退涉及溫(wen)(wen)(wen)度、應(ying)力、物(wu)質(zhi)相(xiang)(xiang)變(bian)等多場(chang)、多相(xiang)(xiang)耦合(he)問題，也難以通過(guo)理論分(fen)析和數值模(mo)擬方(fang)法進行研究(jiu)。利用相(xiang)(xiang)似模(mo)型(xing)試驗(yan)方(fang)法可以較為直(zhi)接地(di)獲取工程(cheng)(cheng)原型(xing)的(de)演(yan)變(bian)過(guo)程(cheng)(cheng)，同時可以通過(guo)溫(wen)(wen)(wen)度場(chang)監(jian)測(ce)和電阻(zu)率(lv)監(jian)測(ce)感知地(di)下(xia)(xia)儲(chu)庫(ku)模(mo)型(xing)內部凍結圈(quan)(quan)的(de)演(yan)化(hua)過(guo)程(cheng)(cheng)，但目前尚未有類(lei)似裝置可進行低溫(wen)(wen)(wen)能源(yuan)地(di)下(xia)(xia)儲(chu)庫(ku)模(mo)型(xing)試驗(yan)研究(jiu)。因(yin)此(ci)有必要研發一種低溫(wen)(wen)(wen)地(di)下(xia)(xia)儲(chu)庫(ku)凍結圈(quan)(quan)演(yan)化(hua)模(mo)型(xing)試驗(yan)方(fang)法，驗(yan)證溫(wen)(wen)(wen)度場(chang)監(jian)測(ce)與電阻(zu)率(lv)監(jian)測(ce)在低溫(wen)(wen)(wen)地(di)下(xia)(xia)儲(chu)庫(ku)工程(cheng)(cheng)應(ying)用的(de)可靠(kao)性，并為控制凍結圈(quan)(quan)規模(mo)，增(zeng)強儲(chu)庫(ku)安全性提供技(ji)術支(zhi)持(chi)。

技術實現思路

1、本發(fa)明(ming)的(de)(de)目的(de)(de)是(shi)提供一種(zhong)低溫能源地下儲庫(ku)凍(dong)(dong)(dong)結圈(quan)演(yan)化模(mo)型試(shi)驗(yan)方法，能精準獲取(qu)凍(dong)(dong)(dong)結圈(quan)演(yan)化信息的(de)(de)電(dian)學監測方法，可精準監測試(shi)驗(yan)模(mo)型或工程原型巖(yan)體(ti)內部(bu)凍(dong)(dong)(dong)結圈(quan)演(yan)化過程。

2、為實現(xian)上(shang)述目的，本發明提供了如(ru)下方案：

3、一(yi)種低溫(wen)能源地(di)下儲庫凍結(jie)圈演化模型試驗(yan)方法，包括：

4、根據地下儲庫(ku)工程原型，獲取低溫能源地下儲庫(ku)試(shi)驗(yan)模(mo)型；

5、獲取(qu)所述低溫(wen)能源地(di)下儲庫(ku)試(shi)驗模型(xing)相(xiang)似(si)(si)材(cai)(cai)料(liao)，基于(yu)所述相(xiang)似(si)(si)材(cai)(cai)料(liao)凍結前后電阻(zu)率和(he)溫(wen)度(du)測量值(zhi)，獲取(qu)臨界(jie)電阻(zu)率和(he)臨界(jie)溫(wen)度(du)；

6、對(dui)所(suo)述低溫能源(yuan)地下儲庫試驗模型內部儲庫空間注入低溫材料，獲(huo)取(qu)監(jian)(jian)測數據(ju)，其中(zhong)所(suo)述監(jian)(jian)測數據(ju)包(bao)括(kuo)溫度監(jian)(jian)測數據(ju)和電(dian)阻(zu)率(lv)監(jian)(jian)測數據(ju)；

7、基(ji)于所(suo)述臨(lin)界電阻率和所(suo)述臨(lin)界溫度對所(suo)述監測數據(ju)進行(xing)分析(xi)，獲取所(suo)述低溫能源地(di)下(xia)儲庫試驗模型內凍(dong)結圈演化過程。

8、可選的，所述低溫能源地下儲庫試驗模型由3d打印制作。

9、可選的，由3d打(da)印制作(zuo)所述低溫能源地下(xia)儲(chu)庫試(shi)驗模型包(bao)括(kuo)：

10、基(ji)于低(di)下(xia)(xia)儲(chu)(chu)庫工程設計(ji)圖紙，建立地(di)下(xia)(xia)儲(chu)(chu)庫三維數(shu)字化模型(xing)；

11、基于所述(shu)三維數字化模型(xing)，生成模型(xing)3d打印運行路(lu)徑；

12、基于所(suo)述(shu)相似材料和所(suo)述(shu)模(mo)型3d打印運行(xing)路徑，制作所(suo)述(shu)低溫能源(yuan)地下儲庫試驗(yan)模(mo)型。

13、可選的(de)，制作所(suo)述(shu)低(di)溫能源地下儲庫試驗(yan)模型的(de)過程(cheng)中包(bao)括(kuo)：埋(mai)設(she)(she)傳感器(qi)(qi)和儲庫注采管道，其中所(suo)述(shu)傳感器(qi)(qi)包(bao)括(kuo)溫度傳感器(qi)(qi)和電阻率傳感器(qi)(qi)，傳感器(qi)(qi)埋(mai)設(she)(she)點在(zai)所(suo)述(shu)三維數字化模型中標(biao)注，所(suo)述(shu)電阻率傳感器(qi)(qi)布設(she)(she)為環形或輻射(she)形。

14、可選的，獲取(qu)臨界電阻率包(bao)括(kuo)：

15、將(jiang)(jiang)基于(yu)所述相似材料制備的(de)(de)試(shi)塊(kuai)浸入(ru)水中養(yang)護，將(jiang)(jiang)養(yang)護好的(de)(de)試(shi)塊(kuai)放入(ru)低溫(wen)箱中降溫(wen)凍結，利用電(dian)阻(zu)測(ce)試(shi)儀監(jian)測(ce)所述試(shi)塊(kuai)的(de)(de)電(dian)阻(zu)率變化(hua)數(shu)據；

16、基于(yu)所述電(dian)阻率(lv)變化數據對電(dian)阻突變區間(jian)進行分析，獲取(qu)所述臨界電(dian)阻率(lv)。

17、可選的(de)，對所述低溫能源地(di)下儲(chu)(chu)庫(ku)試驗模型內(nei)部(bu)儲(chu)(chu)庫(ku)空間注入低溫材料包括：

18、根據所述(shu)低溫(wen)能(neng)源(yuan)地下(xia)儲庫試驗(yan)模型內(nei)部溫(wen)度(du)傳感器(qi)控(kong)制所述(shu)低溫(wen)材料的注入，使內(nei)部空間保持目標溫(wen)度(du)，其中(zhong)所述(shu)低溫(wen)材料為液氮。

19、可選的(de)，其(qi)特征在(zai)于(yu)，基于(yu)所(suo)述(shu)臨界(jie)電阻率和所(suo)述(shu)臨界(jie)溫度(du)對所(suo)述(shu)監測數據進(jin)行分析包括：

20、基于所述溫度監(jian)測數(shu)據，利用加權插(cha)值(zhi)方法繪制(zhi)所述低(di)溫能源地(di)下儲庫試驗(yan)模型圍(wei)巖等溫線分布圖，并根據所述臨界(jie)溫度等溫線位置獲取溫度監(jian)測結果，其中所述溫度監(jian)測結果為凍結圈范圍(wei)；

21、根據(ju)電(dian)(dian)阻率監(jian)測點所(suo)在平(ping)面劃分(fen)網(wang)格，輸入所(suo)述電(dian)(dian)阻率監(jian)測數據(ju)，在所(suo)述網(wang)格中電(dian)(dian)阻率場反演計算(suan)，獲取所(suo)述低(di)溫(wen)能(neng)源(yuan)地下(xia)儲(chu)庫(ku)試驗模(mo)型(xing)內電(dian)(dian)阻率監(jian)測結果，其中所(suo)述電(dian)(dian)阻率監(jian)測結果為凍結圈范(fan)圍和形狀；

22、結合所(suo)(suo)述溫(wen)度監測結果和所(suo)(suo)述電阻率監測結果，獲取所(suo)(suo)述低溫(wen)能源(yuan)地(di)下儲庫試驗模型內(nei)凍結圈(quan)演化過程。

23、可選的，在所述網(wang)格中進行溫度場和電阻率場反演計算包括：

24、將電阻(zu)率(lv)監(jian)測數據(ju)(ju)分配至對應的網(wang)格節點，并(bing)加權獲(huo)得(de)其(qi)余(yu)網(wang)格節點的電阻(zu)率(lv)信息，獲(huo)得(de)電阻(zu)率(lv)分布(bu)圖，并(bing)根據(ju)(ju)所(suo)述(shu)臨界電阻(zu)率(lv)獲(huo)取所(suo)述(shu)低溫能源地下儲庫試(shi)驗模型內(nei)電阻(zu)率(lv)監(jian)測結果。

25、本(ben)發(fa)明的(de)(de)(de)有(you)益效果為(wei)：本(ben)發(fa)明可通過(guo)(guo)3d打印技術(shu)建(jian)造地(di)下(xia)(xia)儲(chu)庫試(shi)驗模(mo)型，解(jie)決(jue)空間(jian)結(jie)(jie)構復雜的(de)(de)(de)儲(chu)庫模(mo)型難(nan)以(yi)(yi)制(zhi)作，密閉性難(nan)以(yi)(yi)保障的(de)(de)(de)難(nan)題(ti)；可根據凍(dong)結(jie)(jie)巖體和(he)未凍(dong)結(jie)(jie)巖體間(jian)溫度(du)(du)和(he)電阻(zu)率差異(yi)，建(jian)立(li)低溫能源地(di)下(xia)(xia)儲(chu)庫凍(dong)結(jie)(jie)圈演化(hua)溫度(du)(du)-電阻(zu)率協同新型監測方法，解(jie)決(jue)圍(wei)巖凍(dong)結(jie)(jie)圈形態范圍(wei)難(nan)以(yi)(yi)精(jing)準表征的(de)(de)(de)問題(ti)；可模(mo)擬(ni)低溫能源地(di)下(xia)(xia)儲(chu)庫運行過(guo)(guo)程中凍(dong)結(jie)(jie)圈演化(hua)過(guo)(guo)程，解(jie)決(jue)儲(chu)庫凍(dong)結(jie)(jie)圈規模(mo)演化(hua)過(guo)(guo)程難(nan)以(yi)(yi)正確分析的(de)(de)(de)問題(ti)，為(wei)低溫能源地(di)下(xia)(xia)儲(chu)庫安(an)全運行提供試(shi)驗支撐。

技術特征：

1.一種低(di)溫能源地下(xia)儲庫凍結圈演化模型(xing)試(shi)驗方法，其(qi)特(te)征在于(yu)，包括：

2.根(gen)據(ju)權利要求(qiu)1所(suo)述的(de)低溫(wen)能源地下(xia)儲庫凍結圈演(yan)化模型試驗方法，其特征在(zai)于，所(suo)述低溫(wen)能源地下(xia)儲庫試驗模型由(you)3d打印制作。

3.根據權利(li)要求2所述的低溫能源(yuan)地下儲庫凍結圈(quan)演化模(mo)型試驗方法，其特(te)征在于，由(you)3d打印制作所述低溫能源(yuan)地下儲庫試驗模(mo)型包括：

4.根據權(quan)利要求3所(suo)述的低(di)溫(wen)能源(yuan)地(di)下(xia)儲(chu)(chu)庫凍結(jie)圈演化模型試驗(yan)方法(fa)，其特征在于，制作所(suo)述低(di)溫(wen)能源(yuan)地(di)下(xia)儲(chu)(chu)庫試驗(yan)模型的過(guo)程中包(bao)括(kuo)：埋設(she)(she)(she)傳(chuan)(chuan)感器(qi)和(he)儲(chu)(chu)庫注采管道，其中所(suo)述傳(chuan)(chuan)感器(qi)包(bao)括(kuo)溫(wen)度傳(chuan)(chuan)感器(qi)和(he)電(dian)阻率(lv)傳(chuan)(chuan)感器(qi)，傳(chuan)(chuan)感器(qi)埋設(she)(she)(she)點(dian)在所(suo)述三維(wei)數字(zi)化模型中標注，所(suo)述電(dian)阻率(lv)傳(chuan)(chuan)感器(qi)布設(she)(she)(she)為環形或輻射(she)形。

5.根據(ju)權(quan)利要求1所(suo)述的低(di)溫能源地下儲庫凍結圈演(yan)化模型試驗方法，其特征在于，獲取臨(lin)界(jie)電阻率包括：

6.根據(ju)權利(li)要(yao)求(qiu)1所(suo)述(shu)的低(di)溫能源地(di)下(xia)儲(chu)(chu)庫凍結圈演化模(mo)型試驗方法，其特(te)征(zheng)在于(yu)，對(dui)所(suo)述(shu)低(di)溫能源地(di)下(xia)儲(chu)(chu)庫試驗模(mo)型內部儲(chu)(chu)庫空間(jian)注入低(di)溫材料(liao)包括(kuo)：

7.根據權利要求4所述(shu)的低溫能源地下儲庫凍結圈演化模型試驗(yan)方法(fa)，其特征在于(yu)(yu)，基于(yu)(yu)所述(shu)臨界電阻率和所述(shu)臨界溫度對(dui)所述(shu)監測數(shu)據進(jin)行分析包(bao)括(kuo)：

8.根據權利要求7所(suo)述(shu)(shu)的低(di)溫(wen)能源地下儲庫凍結(jie)圈演(yan)化(hua)模型(xing)試驗方法(fa)，其特(te)征在(zai)于，在(zai)所(suo)述(shu)(shu)網格中進行溫(wen)度場和電阻率場反演(yan)計算包括：

技術總結
本發明涉及一種低溫能源地下儲庫凍結圈演化模型試驗方法，包括：根據地下儲庫工程原型，獲取低溫能源地下儲庫試驗模型；獲取所述低溫能源地下儲庫試驗模型相似材料，基于所述相似材料凍結前后電阻率和溫度測量值，獲取臨界電阻率和臨界溫度；對所述低溫能源地下儲庫試驗模型內部儲庫空間注入低溫材料，獲取監測數據，其中所述監測數據包括溫度監測數據和電阻率監測數據；基于所述臨界電阻率和所述臨界溫度對所述監測數據進行分析，獲取所述低溫能源地下儲庫試驗模型內凍結圈演化過程。本發明可精準監測試驗模型或工程原型巖體內部凍結圈演化過程。

技術研發人員：馬國偉,王酉鈺,邵亞建
受保護的技術使用者：河北工業大學
技術研發日：
技術公布日：2024/9/19