【技术实现步骤摘要】
本申请涉及岩土工程，尤其涉及一种盐岩-泥岩界面模型试样的制备方法及装置。
技术介绍
1、目前，地下盐穴作为一种关键的储能设施，广泛应用于压缩空气储能、氢气储能及原油储存等领域。盐穴建设于以氯化钠为主要成分的盐岩层中，具备优越密封性和长期稳定性。然而，中国境内的盐岩多为湖相沉积的层状盐岩，这些盐岩层中夹杂了泥岩层，导致盐穴的围岩中存在大量的盐岩-泥岩界面，这类界面本身的抗拉、抗剪强度较弱，在两种岩石之间出现不协调位移时极易出现滑脱破坏。如此，夹层用于抑制围岩蠕变的锚固效应将失效，造成盐穴可用体积减小，同时还将影响盐穴的力学稳定性。此外，两种岩石的界面发生破损甚至滑脱之后，其间会生成裂隙，当层间裂隙网络充分发育后，将成为所储介质的漏失通道，影响盐穴的储能经济性，所泄露的储能介质还有可能会引发地下水污染、地表火灾等事故。
2、由此，对于盐岩-泥岩的界面开展力学、渗透等实验对于评估盐穴的储能可靠性十分关键。然而，由于界面的力学性能较差，在钻井取岩心的过程中，界面往往会受到钻井机械力、应力释放等原因而破坏，难以获得完整的、足量的界面岩石试样，为解决这一问题，学界最常采用的方法是人工制备盐岩-泥岩界面模型试样的，以水泥浆或水泥砂浆作为替代材料。将水泥浆或水泥砂浆分层浇制成型后，利用正向应力进行压合，以实现界面间的结合。此方法利用了水泥浆和水泥砂浆的可塑性，具有制备便捷与成品均质的优点，能实现对于模型试样的批量制备，然而该方法存在诸多缺陷：
3、1.材料性能差异：水泥固化后形成的模拟材料与真实的盐岩、泥岩中的晶体结构、
4、2.成岩机制不同：制样过程中的压合作用与真实的盐岩-泥岩的层状岩石结构天然形成过程存在显著不同，特别是在层状盐岩的沉积成岩过程中，界面一侧的盐岩将在应力、温度作用下发生复杂的熔融、溶解、结晶过程，使得界面的胶结效果更加复杂，难以通过简单压合的方式模拟，导致界面模型的实验结果无法准确反映实际情况。
5、通过以上分析可以看到，现有层状岩石制备技术在模拟层状盐岩-泥岩界面的力学和渗透特性方面存在许多不足，本申请提供一种盐岩-泥岩界面模型试样的制备方法及装置，旨在解决上述现有技术的缺陷。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本申请提供一种盐岩-泥岩界面模型试样的制备方法及装置，通过熔融和缓冷结晶的方式，在泥岩表面生长出与天然层状盐岩结构相近的盐岩晶体，确保模型试样在盐岩-泥岩界面处的力学和渗透特性接近真实条件，所述技术方案如下：
2、本申请第一方面提供一种盐岩-泥岩界面模型试样的制备方法，包括以下步骤：在模具内装载泥岩层和盐粉层，其中，盐粉层位于泥岩层上部；将装载有泥岩和盐粉的模具加热，至盐粉达到熔融状态；再对模具进行降温，使得熔融盐缓冷生长再结晶，通过控制熔融盐缓冷生长的温度曲线，控制熔融盐在泥岩层与盐粉层的界面位置的结晶过程，制备出匹配实际岩石结构的盐岩-泥岩界面模型试样。
3、例如，在一个实施例提供的所述盐岩-泥岩界面模型试样的制备方法中，在对装载有泥岩和盐粉的模具加热时，控制升温速率为5-10℃/min。
4、例如，在一个实施例提供的所述盐岩-泥岩界面模型试样的制备方法中，在对装载有泥岩和盐粉的模具加热至盐粉熔点后，进行保温，使盐粉层充分熔融并发生充分的离子扩散，保温时间根据盐粉量确定。
5、例如，在一个实施例提供的所述盐岩-泥岩界面模型试样的制备方法中，在对模具降温时采取缓慢降温，控制温度逐渐下降至600-650℃，以调节过冷度，从而控制晶体生长速率。
6、例如，在一个实施例提供的所述盐岩-泥岩界面模型试样的制备方法中，在对模具降温时采取缓慢降温，控制温度逐渐下降至638℃，以形成具有稳定晶相的晶核。
7、例如，在一个实施例提供的所述盐岩-泥岩界面模型试样的制备方法中，当模具温度下降至600℃以下后，控制降温速度为1-3℃/min，以确保晶粒结构均匀。
8、例如，在一个实施例提供的所述盐岩-泥岩界面模型试样的制备方法中，所述泥岩层的上表面为平整表面且具有一定粗糙度，以作为熔融盐的结晶床，所述盐粉层铺设于所述泥岩层上表面上并覆盖所述泥岩层的上表面。
9、例如，在一个实施例提供的所述盐岩-泥岩界面模型试样的制备方法中，所述盐粉层为高纯度氯化钠盐粉，盐粉粒度为200目以上。
10、例如，在一个实施例提供的所述盐岩-泥岩界面模型试样的制备方法中，在所述盐粉层中添加石英砂耐高温颗粒材料作为晶种，以提高泥岩层与盐粉层的界面位置的成核效率与胶结强度。
11、本申请第二方面提供一种盐岩-泥岩界面模型试样的制备装置，包括模具及高温熔融炉，所述模具用于装载泥岩层与盐粉层，且盐粉层位于泥岩层上部；所述高温熔融炉用于对装载有泥岩层与盐粉层的模具加热及降温，在所述高温熔融炉内设有温度传感器，用于监测炉内温度，在所述高温熔融炉上设有与所述温度传感器电连接的温度程序控制系统，以调节变温速率与时刻，并设定加热、保温和降温阶段的温度曲线，确保盐粉在熔融和结晶过程中的温度精度。
12、本申请一些实施例提供的一种盐岩-泥岩界面模型试样的制备方法及装置带来的有益效果为：与传统的水泥压合制样方法相比，本申请通过熔融制盐岩法，通过熔融和缓冷结晶的方式，在泥岩表面生长出与天然层状盐岩结构相近的盐岩晶体，确保模型试样在盐岩-泥岩界面处的力学和渗透特性接近真实条件，具有下列明显优势：
13、(1)提高模型主体材料性能匹配度：本申请将真实的泥岩以及氯化钠盐作为制备的原料，所制备成的泥岩-盐岩复合结构，在岩石主体上更加接近天然盐岩与泥岩，从而提高岩石模型的力学与渗流性能的相似性。
14、(2)还原真实的成岩过程：本申请运用熔融法，通过调整温度曲线，模拟自然界层状盐岩的沉积和相变成岩机制，通过对结晶过程的过冷度和晶粒密度的调整，使岩石模型的晶体结构与真实盐岩相匹配，从晶体学层面复现盐岩与泥岩界面处的晶体生长、胶结等过程，确保岩石模型的界面与天然界面的力学、渗流等性能的相似性。
15、(3)确保实验样本的稳定性与可重复性：通过可控的熔融-结晶过程，制备出稳定、均一的岩石模型，提供可重复、可靠的实验结果，为开展盐穴储能系统的长期稳定性、密闭性研究提供试验基础。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种盐岩-泥岩界面模型试样的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述盐岩-泥岩界面模型试样的制备方法，其特征在于，在对装载有泥岩和盐粉的模具加热时，控制升温速率为5-10℃/min。
3.根据权利要求2所述盐岩-泥岩界面模型试样的制备方法，其特征在于，在对装载有泥岩和盐粉的模具加热至盐粉熔点后，进行保温，使盐粉层充分熔融并发生充分的离子扩散，保温时间根据盐粉量确定。
4.根据权利要求3所述盐岩-泥岩界面模型试样的制备方法，其特征在于，在对模具降温时采取缓慢降温，控制温度逐渐下降至600-650℃，以调节过冷度，从而控制晶体生长速率。
5.根据权利要求4所述盐岩-泥岩界面模型试样的制备方法，其特征在于，在对模具降温时采取缓慢降温，控制温度逐渐下降至638℃，以形成具有稳定晶相的晶核。
6.根据权利要求5所述盐岩-泥岩界面模型试样的制备方法，其特征在于，当模具温度下降至600℃以下后，控制降温速度为1-3℃/min，以确保晶粒结构均匀。
7.根据权利要求1所述盐岩-泥岩界面模型试样的制备方
8.根据权利要求1所述盐岩-泥岩界面模型试样的制备方法，其特征在于，所述盐粉层为高纯度氯化钠盐粉，盐粉粒度为200目以上。
9.根据权利要求1所述盐岩-泥岩界面模型试样的制备方法，其特征在于，在所述盐粉层中添加石英砂耐高温颗粒材料作为晶种，以提高泥岩层与盐粉层的界面位置的成核效率与胶结强度。
10.一种盐岩-泥岩界面模型试样的制备装置，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种盐岩-泥岩界面模型试样的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述盐岩-泥岩界面模型试样的制备方法，其特征在于，在对装载有泥岩和盐粉的模具加热时，控制升温速率为5-10℃/min。
3.根据权利要求2所述盐岩-泥岩界面模型试样的制备方法，其特征在于，在对装载有泥岩和盐粉的模具加热至盐粉熔点后，进行保温，使盐粉层充分熔融并发生充分的离子扩散，保温时间根据盐粉量确定。
4.根据权利要求3所述盐岩-泥岩界面模型试样的制备方法，其特征在于，在对模具降温时采取缓慢降温，控制温度逐渐下降至600-650℃，以调节过冷度，从而控制晶体生长速率。
5.根据权利要求4所述盐岩-泥岩界面模型试样的制备方法，其特征在于，在对模具降温时采取缓慢降温，控制温度逐渐下降至638℃，以形成具有稳定晶相的晶核。
【专利技术属性】
技术研发人员：曾真，马洪岭，李银平，施锡林，赵凯，柳信，张君岳，虞海兵，郑铸颜，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。