水合物二次生成或分解过程的可视化试验系统及方法技术方案

本发明专利技术属于水合物开采技术领域，具体涉及一种水合物二次生成或分解过程的可视化试验系统及方法，旨在实现水合物二次生成或分解过程的可视化；其中系统包括水合物流动装置、CT成像装置、控温装置、控压装置和控流装置，水合物流动装置包括多个平直段管路及多个弯曲段管路构成的环形管路结构；平直段管路可在管路驱动装置的驱动下绕自身轴线旋转；CT成像装置用于进行管路内部的三维检测，包括转台装置、射线源装置和探测器装置，射线源装置可在转台驱动装置的驱动下旋转；控温装置、控压装置、控流装置分别用于控制气液混合物的温度、压力、流速。通过本发明专利技术可实现对水合物二次生成或分解过程的可视化，获得生成或分解过程中的可靠数据参数。

【技术实现步骤摘要】
水合物二次生成或分解过程的可视化试验系统及方法
本专利技术属于水合物开采
，具体涉及一种水合物二次生成或分解过程的可视化试验系统及方法。
技术介绍
天然气水合物矿藏资源作为一种未来的替代能源，具有很大研究价值，其中，水合物(NaturalGasHydrates)又称水化物,是天然气中某些组分与水分在一定的温度、压力条件下形成的半稳态的固体化合物，外观类似于致密湿雪；水合物是一种笼形晶格包络物，水分子(主体分子)借氢键结合形成笼形结晶,气体分子(客体分子)在范德华力作用下被包围在晶格之中；水合物在天然气管道输送中因地貌、气候及管道自身条件而生成,从而导致管线堵塞，甚至会造成设备分离和仪表失灵。在天然气水合物开采过程中，由于现有气液分离技术限制，产水管道中不可能完全不含甲烷；若水合物试开采长时间进行，产水管道中未分离的甲烷和海水有可能再次生成水合物，待水合物含量增加至一定程度时就会堵塞管道，引起开采井的井底压力降低失效，进而会引起水合物试开采的被迫停止，尤其对产水管道直角转弯的流动死区，堵塞风险更大，水合物在流动状态下，不同温度、压力、流量、管路壁厚时的水合物的二次生成，与静态生成不同；目前对水合物生成与分解特性的研究，大多是在大容积反应釜中进行的，其中绝大部分为非可视化，即暗箱实验；后期，研究者为了进一步探索水合物的生成与分解特性，在反应釜上加可视化视窗，但并没有完全达到实时观测监控。随着进一步的发展，核磁成像、拉曼光谱等也被引入到这一领域，但是这些设备均无法对水合物动态形成演进过程进行可视化三维检测。<br>
技术实现思路
为了解决现有技术中的上述问题，即为了实现水合物二次生成或分解过程的可视化，获得生成过程中的可靠数据参数，本专利技术提供了一种水合物二次生成或分解过程的可视化试验系统及方法。本专利技术第一方面提供了一种水合物二次生成或分解过程的可视化试验系统，水合物流动装置、CT成像装置、控温装置、控压装置和控流装置，所述水合物流动装置包括多个平直段管路和多个弯曲段管路，所述弯曲段管路、所述平直段管路依次连接设置并构成环形管路结构；多个所述平直段管路可分别在对应管路驱动装置的驱动下绕自身轴线旋转；所述CT成像装置包括转台装置、射线源装置和探测器装置，所述转台装置设置于所述环形管路结构的内侧；所述射线源装置设置于所述转台装置上方，并可在转台驱动装置的驱动下旋转；所述探测器装置设置于所述环形管路结构的外侧，用于与所述射线源装置配合使用进行对应所述平直段管路内部的三维检测；所述控温装置用于控制所述水合物流动装置中的气液混合物温度；所述控压装置用于控制所述水合物流动装置中的气液混合物压力；所述控流装置包括流量传感器和恒流泵，所述流量传感器、所述恒流泵均设置于所述环形管路结构并用于控制所述水合物流动装置中的气液混合物流速。在一些优选实施例中，该可视化试验系统包括多个所述探测器装置；多个所述探测器装置分别对应设置于多个所述平直段管路的外侧。在一些优选实施例中，该可视化试验系统包括一个所述转台装置；所述转台装置设置于所述环形管路结构的中心。在一些优选实施例中，该可视化试验系统包括多个所述转台装置；多个所述转台装置与多个所述平直段管路对应设置。在一些优选实施例中，所述探测器装置的两端与所述射线源连线的夹角大于所述平直段管路的两端与所述射线源连线的夹角；所述探测器装置的长度大于所述平直段管路的长度。在一些优选实施例中，相邻所述平直段管路与所述弯曲段管路之间设置有环形密封装置，所述环形密封装置包括滑环旋转部、滑环静止部和旋转密封滑环，所述滑环旋转部设置于所述平直段管路端部，所述滑环静止部设置于所述弯曲段管路的端部；所述旋转密封滑环设置于所述滑环旋转部与所述滑环静止部之间，并可在管路驱动装置的驱动下绕自身轴线旋转以实现对应所述平直段管路的旋转；所述管路驱动装置为同轴旋转电机，所述同轴旋转电机设置于对应所述平直段管路外侧。在一些优选实施例中，所述控温装置包括控温浴液管路、保温层、温度传感器和温度控制器；所述控温浴液管路包括第一控温浴液管路和第二控温浴液管路，所述第一控温浴液管路设置于所述水合物流动装置的周侧，所述第二控温浴液管路设置于所述第一控温浴液管路与所述温度控制器之间且所述第二控温浴液管路与所述第一控温浴液管路的连接段设置于所述弯曲段管路；所述温度控制器通过所述第一控温浴液管路、所述第二控温浴液管路控制所述水合物流动装置中的浴液温度。在一些优选实施例中，所述转台装置包括旋转部和支撑部，所述旋转部与所述支撑部可相对转动连接；所述旋转部的上侧设置有一个或多个凹槽；所述射线源装置的底部设置有一个或多个凸起；所述射线源装置通过设置的所述凸起与所述旋转部设置的凹槽固定装设于所述旋转部。在一些优选实施例中，所述控压装置包括增压装置、存储装置、回收装置和压力传感器，所述存储装置通过第一管路与所述增压装置连接，所述增压装置通过第二管路与所述环形管路结构连接；所述回收装置通过第三管路与所述环形管路结构连接，所述压力传感器设置于所述第三管路，以检测所述环形管路结构内部与所述回收装置内部的压力差；所述第一管路、所述第二管路和所述第三管路上均设置有高压阀。本专利技术第二方面提供了一种水合物二次生成或分解过程的可视化试验方法，该方法基于上面任一项所述的水合物二次生成或分解过程的可视化试验系统，包括以下步骤：步骤S100，通过所述控温装置控制所述环形管路结构外侧的环形控温浴液管路中浴液至预设的第一温度；步骤S200，通过所述控压装置控制存储装置注入气液混合物至所述环形管路结构内部，直至充满；通过所述控压装置控制增压装置进行所述环形管路结构内部的压力控制，结合压力传感器的检测控制所述环形管路结构内部的气液混合物压力至预设的压力值；基于CT成像装置的检测，得到所述环形管路结构内部的初始三维形状；步骤S300，通过控流装置控制管路内部的气液混合物循环流动；通过控温装置控制循环流动的气液混合物的温度按照预设阶梯温度进行所述环形管路结构内部的温度降低，基于CT成像装置的检测，得到对应不同温度条件下的所述环形管路结构内部的三维形状，以获取管路内部的固态水合物的动态生成过程；其中，CT成像装置的检测为通过管路驱动装置对对应的所述平直段管路的旋转控制，结合所述转台装置与所述探测器装置的配合使用，进行对应所述平直段管路的全面三维检测；步骤S400，基于步骤S300中获得的所述环形管路结构内部的三维形状的，重复步骤S100、步骤S200、步骤S300，直至管路内部流动的气液混合物形成附着在管路侧壁的水合物，记录对应参数；步骤S500，当管路内生成的水合物堵塞管路或者按照预设阶梯温度完成温度控制时，通过控温装置控制循环流动的气液混合物的温度按照预设阶梯温度进行所述环形管路结构内部的温度升高，基于CT成像装置的检测，得到对应不同温度条件下的所述环形管路结构内部的三维形状；步骤600，通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水合物二次生成或分解过程的可视化试验系统，其特征在于，该可视化试验系统包括水合物流动装置、CT成像装置、控温装置、控压装置和控流装置，所述水合物流动装置包括多个平直段管路和多个弯曲段管路，所述弯曲段管路、所述平直段管路依次连接设置并构成环形管路结构；多个所述平直段管路可分别在对应管路驱动装置的驱动下绕自身轴线旋转；/n所述CT成像装置包括转台装置、射线源装置和探测器装置，所述转台装置设置于所述环形管路结构的内侧；所述射线源装置设置于所述转台装置上方，并可在转台驱动装置的驱动下旋转；所述探测器装置设置于所述环形管路结构的外侧，用于与所述射线源装置配合使用进行对应所述平直段管路内部的三维检测；/n所述控温装置用于控制所述水合物流动装置中的气液混合物温度；/n所述控压装置用于控制所述水合物流动装置中的气液混合物压力；/n所述控流装置包括流量传感器和恒流泵，所述流量传感器、所述恒流泵均设置于所述环形管路结构并用于控制所述水合物流动装置中的气液混合物流速。/n

【技术特征摘要】
1.一种水合物二次生成或分解过程的可视化试验系统，其特征在于，该可视化试验系统包括水合物流动装置、CT成像装置、控温装置、控压装置和控流装置，所述水合物流动装置包括多个平直段管路和多个弯曲段管路，所述弯曲段管路、所述平直段管路依次连接设置并构成环形管路结构；多个所述平直段管路可分别在对应管路驱动装置的驱动下绕自身轴线旋转；
所述CT成像装置包括转台装置、射线源装置和探测器装置，所述转台装置设置于所述环形管路结构的内侧；所述射线源装置设置于所述转台装置上方，并可在转台驱动装置的驱动下旋转；所述探测器装置设置于所述环形管路结构的外侧，用于与所述射线源装置配合使用进行对应所述平直段管路内部的三维检测；
所述控温装置用于控制所述水合物流动装置中的气液混合物温度；
所述控压装置用于控制所述水合物流动装置中的气液混合物压力；
所述控流装置包括流量传感器和恒流泵，所述流量传感器、所述恒流泵均设置于所述环形管路结构并用于控制所述水合物流动装置中的气液混合物流速。


2.根据权利要求1所述的水合物二次生成或分解过程的可视化试验系统，其特征在于，该可视化试验系统包括多个所述探测器装置；
多个所述探测器装置分别对应设置于多个所述平直段管路的外侧。


3.根据权利要求2所述的水合物二次生成或分解过程的可视化试验系统，其特征在于，该可视化试验系统包括一个所述转台装置；
所述转台装置设置于所述环形管路结构的中心。


4.根据权利要求2所述的水合物二次生成或分解过程的可视化试验系统，其特征在于，该可视化试验系统包括多个所述转台装置；
多个所述转台装置与多个所述平直段管路对应设置。


5.根据权利要求4所述的水合物二次生成或分解过程的可视化试验系统，其特征在于，所述探测器装置的两端与所述射线源连线的夹角大于所述平直段管路的两端与所述射线源连线的夹角；所述探测器装置的长度大于所述平直段管路的长度。


6.根据权利要求1所述的水合物二次生成或分解过程的可视化试验系统，其特征在于，相邻所述平直段管路与所述弯曲段管路之间设置有环形密封装置，所述环形密封装置包括滑环旋转部、滑环静止部和旋转密封滑环，所述滑环旋转部设置于所述平直段管路端部，所述滑环静止部设置于所述弯曲段管路的端部；所述旋转密封滑环设置于所述滑环旋转部与所述滑环静止部之间，并可在管路驱动装置的驱动下绕自身轴线旋转以实现对应所述平直段管路的旋转；
所述管路驱动装置为同轴旋转电机，所述同轴旋转电机设置于对应所述平直段管路外侧。


7.根据权利要求1所述的水合物二次生成或分解过程的可视化试验系统，其特征在于，所述控温装置包括控温浴液管路、保温层、温度传感器和温度控制器；所述控温浴液管路包括第一控温浴液管路和第二控温浴液管路，所述第一控温浴液管路设置于所述水合物流动装置的周侧，所述第二控温浴液管路设置于所述第一控温浴液管路与所述温度控制器之间且所述第二控温浴液管路与所述第一控温浴液管路的连接段设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑博，李晓，李守定，赫建明，张召彬，毛天桥，李关访，何鹏飞，武艳芳，
申请(专利权)人：中国科学院地质与地球物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11