重力条件下粗糙裂隙溶蚀过程的可视化试验研究

岩体裂隙的溶蚀现象广泛存在于自然过程和工程实践,重力对溶蚀过程具有重要作用.可视化观测技术是研究粗糙裂隙溶蚀机理的关键手段,然而传统的可视化技术存在裂隙粗糙壁面难以复制、溶蚀过程难以实时观测等问题.通过自主研发的粗糙裂隙溶蚀过程可视化试验平台,开展了垂直裂隙和水平裂隙在4种流量条件(0.05,0.1,0.3,1 mL/min)下的溶蚀可视化实验,研究了重力效应对溶蚀模式和溶蚀形态的影响,采用分形维数量化了不同溶蚀模式的形态学特征,最终确定了不同佩克莱数(Pe)条件下的突破时注液量.试验结果表明:在Pe≤62.1范围内,重力效应对溶蚀模式具有重要影响,垂直裂隙中的溶蚀发育为浮力主导模式和通道模式,重力效应将诱发单一、集中的溶蚀通道;而水平裂隙则统一发育为开度演变均匀、宽度较大的通道,即经典的虫洞溶蚀模式;在Pe数较大时(Pe=207.0)时,垂直裂隙和水平裂隙中的溶蚀均发育为均匀溶蚀.试验结果还证实了垂直裂隙更易发育为贯通的溶蚀通道,从而加速溶蚀突破;Pe=20.7时为最优注入条件,垂直裂隙的突破时注液量最小.在此条件下,垂直裂隙的突破时注液量仅为水平裂隙的1/4.建议重点关注重力效应对溶蚀过程的影响,研究结果对CO2地质封存等工程实践具有重要意义.