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本发明公开了一种测试水封洞库回注水对洞库影响的装置及实验方法，该装置包括实验平台、地下水封洞库三维模型和平流泵，地下水封洞库三维模型包括装置箱体，装置箱体内填充有人造岩石，装置箱体与人造岩石之间预留有水幕巷道和主洞室，水幕巷道的顶部设置有进水管，水幕巷道的底部设置有注水管，注水管通过输送管与平流泵相连接；该实验方法包括(1)：模型建立和安装；(2)试运行；(3)具体实验操作。本发明能够模拟大型原油水封石洞库的水幕系统三维大型模拟装置，通过采出水回注渗流实验，测试出采出水回注后对洞库岩石渗透性的影响，以及对洞库补水稳定系统的影响，得出水质指标参数对补水系统的空间渗透性能以及补水稳定系统的影响。