CN101393103A - 水合物微观渗流实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水合物微观渗流实验装置，包括CCD观测处理系统、玻璃硅片模型、数据采集系统和气液注入装置，其中玻璃硅片模型包括用于水合物合成的孔穴和用于水合物微观渗流的微通道，气液注入装置用于提供水合物的形成和微观渗流的条件，CCD观测处理系统用于观测并记录水合物的形成和微观渗流的过程，数据采集系统用于采集实验整个过程中的相关数据。本发明通过在玻璃硅片模型上设置于水合物合成的孔穴和用于水合物微观渗流的微通道，模拟了海底地层孔穴－喉道结构，并可通过高强透明玻璃封盖进行观测流型、计算平均流速等目的，达到微观流动的定量化描述，为水合物分解后微观流动研究提供了十分必要的工具。

Description

水合物微观渗流实验装置
技术领域
本发明涉及水合物研究领域，尤其是一种水合物微观渗流实验装置。
背景技术
随着油气可开采量的逐渐减少和消耗量的逐渐增加，水合物开采的迫切性日益显著。为了研究深海海域含不同沉积物的天然气水合物的物理和力学特性，为我国海洋天然气水合物的开采提供准确参数，必须弄清楚天然气水合物的分解条件、热力学参数、力学参数、分解前后的地层的材料参数变化等等，为开采可行性分析、开采方法、开采后地层稳定性提供基础数据。通过研究得知，水合物开采时，通过降压或者升温，固体水合物在海底孔隙内分解为气、水、水蒸气，产生很大的孔隙压力，多相渗流将在孔穴-喉道结构的海底孔隙内发生，其过程中含有相变，较常规的油气水渗流有显著区别。因此，为弄清水合物分解后的宏观渗流特性，必须首先弄清楚其微观渗流特性，所以，建立一套水合物分解后微观渗流实验装置十分必要。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种准确模拟水合物的开采前后的真实环境，以保证实验过程中数据的准确性的水合物微观渗流实验装置。
为实现上述目的，本发明水合物微观渗流实验装置，包括CCD观测处理系统、玻璃硅片模型、数据采集系统和气液注入装置，其中玻璃硅片模型包括用于水合物合成的孔穴和用于水合物微观渗流的微通道，气液注入装置用于提供水合物的形成和微观渗流的条件，CCD观测处理系统用于观测并记录水合物的形成和微观渗流的过程，数据采集系统用于采集实验整个过程中的相关数据。
进一步，所述孔穴为毫米到微米量级，所述微通道为微米到纳米量级。
进一步，所述玻璃硅片模型上用PDMS膜进行封装。
进一步，所述CCD观测处理系统采用PIV技术，通过在流场中散播示踪粒子，从而得到所述微通道内多相流动流体的速度场。
本发明通过在玻璃硅片模型上设置于水合物合成的孔穴和用于水合物微观渗流的微通道，模拟了海底地层孔穴-喉道结构，并可通过高强透明玻璃封盖进行观测流型、计算平均流速等目的，达到微观流动的定量化描述，为水合物分解后微观流动研究提供了十分必要的工具。
附图说明
图1为本实用新型装置结构示意图；
图2为玻璃硅片模型结构示意图。
具体实施方式
如图1、图2所示，本发明水合物微观渗流实验装置，包括CCD观测处理系统、玻璃硅片模型9、数据采集系统5和气液注入装置，其中CCD观测处理系统包括观测系统2和图像处理系统1，其用于观测并记录水合物的形成和微观渗流的过程；数据采集系统5用于采集压力传感器4、温度传感器10、压力传感器6等实验整个过程中的相关数据；气液注入装置包括高压气瓶3和微型注水压力泵8，其用于提供水合物的形成和微观渗流的条件；玻璃硅片模型9包括用于水合物合成的孔穴11和用于水合物微观渗流的微通道12，玻璃硅片模型9上用PDMS膜进行封装；实验中玻璃硅片模型9放置在围压及温控系统平台7上，以使其处于高压低温环境中。
玻璃硅片模型9中，孔穴11为实现水合物的合成部分，这部分模拟海底大孔穴，孔穴11为毫米到微米量级，气体与水饱和后注入孔穴11，然后孔穴11入口与气体连通保持压力，微通道12出口处与水连接，保持压力，控制温度(水浴)，合成固体水合物。微通道12为实现水合物的观渗流观测部分，这部分模拟微通道内多相流(主要两相流)，微通道12为微米到纳米量级，合成部分实现后，关闭孔穴11入口，开通微通道12出口，通过对孔穴11处降压或者升温使固体水合物分解为气体和液体，产生孔隙压力，形成气液两相流动或者多相流。
多相微流动观测利用PIV技术，通过在流场中散播示踪粒子，激光片光源照射所测流场区域，使用CCD等摄像设备采集图像：
1.获取微通道内多相流动的流型；
2.获取示踪粒子的运动图像并记录相邻两帧图像序列之间的时间间
隔，并对拍摄到的连续两幅PIV图像进行互相关分析，识别示踪粒
子图像的位移，从而得到流体的速度场，进行多相流动分析。
本发明水合物微观渗流实验装置一方面模拟海底地层孔穴-喉道结构，一方面利用半导体硅片光刻技术，将微通道尺度刻蚀到微米纳米量级，并可通过高强透明玻璃封盖进行观测流型计算平均流速等目的，达到微观流动的定量化描述，为水合物分解后微观流动研究提供了十分必要的工具。

Claims (4)

1、水合物微观渗流实验装置，其特征在于，该装置包括CCD观测处理系统、玻璃硅片模型、数据采集系统和气液注入装置，其中玻璃硅片模型包括用于水合物合成的孔穴和用于水合物微观渗流的微通道，气液注入装置用于提供水合物的形成和微观渗流的条件，CCD观测处理系统用于观测并记录水合物的形成和微观渗流的过程，数据采集系统用于采集实验整个过程中的相关数据。
2、如权利要求1所述的水合物微观渗流实验装置，其特征在于，所述孔穴为毫米到微米量级，所述微通道为微米到纳米量级。
3、如权利要求1所述的水合物微观渗流实验装置，其特征在于，所述玻璃硅片模型上用PDMS膜进行封装。
4、如权利要求1所述的水合物微观渗流实验装置，其特征在于，所述CCD观测处理系统采用PIV技术，通过在流场中散播示踪粒子，从而得到所述微通道内多相流动流体的速度场。
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