CN105866144B - 一种利用ct扫描分辨水合物与水两相的方法 - Google Patents

一种利用ct扫描分辨水合物与水两相的方法 Download PDF

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Abstract

一种利用CT技术实现水合物与水两相分辨的方法，属于化学工程和石油工程技术领域。这种CT技术实现水合物与水两相分辨的方法，首先利用成像技术获得容器中水合物生成前的灰度分布，然后获得容器中水合物生成后的灰度分布，再次获得水合物生成后所在区域从而实现水合物与水的两相分辨，最后利用公式定量获得水合物的分解过程。该方法可以较准确的确定水合物生成后所在区域，从而直观判断出水合物相与水相各自位置，因此分辨效果非常好，且计算出水合物分解过程中的饱和度变化，从而实现定量分析水合物的分解过程。

Description

一种利用CT扫描分辨水合物与水两相的方法
技术领域
本发明属于化学工程和石油工程技术领域，涉及一种利用CT技术实现水合物与水两相分辨的方法。
背景技术
水合物作为一种具有商业开发前景的新型能源，实现水合物的有效开采是一个重要的研究课题。然而由于水合物与水的密度非常接近，在利用CT扫描的可视化技术获取水合物的生成过程时，水合物与水两相边界模糊，在灰度图像中无法将两项准确区分开。造影剂的出现可以改变各相的成像效果，但是不同种类造影剂的最佳分辨浓度有很大争议。因此利用可视化技术CT扫描水合物的过程中，仍旧无法将水合物与水两相分辨开。
发明内容
为了克服上述现有技术所存在的问题，本发明提供了一种利用CT技术实现水合物与水两相分辨的方法。该方法利用CT技术对水合物相与水相在加入碘化钾的容器中的存在位置进行准确的把握，通过CT扫描成像获取水合物生成前后各相物质的灰度分布情况判断出水合物所在区域，从而将水合物与水两相分辨开。通过成像技术对水合物相的饱和度进行计算，可以定量分析得出水合物的分解过程。
本发明提供了一种利用CT技术实现水合物与水两相分辨的方法，该方法可以较准确的确定水合物生成后所在区域，从而直观判断出水合物相与水相各自位置，分辨效果好，而且计算出水合物分解过程中的饱和度变化，从而实现定量分析水合物的分解过程。
本发明的一种利用CT扫描分辨水合物与水两相的方法，采用CT技术实现水合物与水两相分辨，方法首先利用成像技术获得容器中水合物生成前的灰度分布，然后获得容器中水合物生成后的灰度分布，再次获得水合物生成后所在区域从而实现水合物与水的两相分辨，最后利用公式定量获得水合物的分解过程。
具体步骤如下：
步骤一：获得生成前状态的水合物灰度分布
将玻璃砂作为多孔介质填入容器中，配制碘化钾的质量分数为5.5-6.5％的水合物溶液，将该水溶液置于容器中得到水合物生成前的状态；通过CT扫描获取水合物生成前的灰度分布。
步骤二：获得生成后状态的水合物灰度分布
将有水溶液的容器置于合适的工况下，使得温度、压力满足水合物的生成条件，进行水合物的生成过程。当水合物生成结束时，通过CT扫描获取水合物生成后的灰度分布。
步骤三：获得水合物生成后所在区域
对比步骤一和步骤二的水合物生成前后的灰度分布情况，根据CT扫描成像结果，判断水合物生成后所在区域；水合物相密度越小灰度值越小，从而将容器中水合物和水两相分辨开。
将容器置于合适工况下进行水合物的分解过程，通过CT扫描获取不同分解时刻下容器的灰度分布，用公式(1)至(3)计算相应时刻下水合物的饱和度：
其中，Vh为灰度分布中水合物相的像素个数，Vslice为所有相物质的像素个数，Vpore为孔隙部分的像素个数。通过计算各个时刻水合物相的饱和度，可以定量获得水合物的分解过程。
本发明的利用CT扫描分辨水合物与水两相的方法，首先利用成像技术获得容器中水合物生成前的灰度分布，然后获得容器中水合物生成后的灰度分布，再次获得水合物生成后所在区域从而实现水合物与水的两相分辨，最后利用公式定量获得水合物的分解过程。该方法可以较准确的确定水合物生成后所在区域，从而直观判断出水合物相与水相各自位置，因此分辨效果非常好，且计算出水合物分解过程中的饱和度变化，从而实现定量分析水合物的分解过程。
附图说明
图1(a)是容器中水合物生成前的灰度分布图。
图1(b)是容器中水合物生成后的灰度分布图。
图2(a)是分解时刻为0分钟时水合物的灰度分布图。
图2(b)是分解时刻为22分钟时水合物的灰度分布图。
图2(c)是分解时刻为57分钟时水合物的灰度分布图。
图2(d)是分解时刻为100分钟时水合物的灰度分布图。
图2(e)是分解时刻为139分钟时水合物的灰度分布图。
图2(f)是分解时刻为199分钟时水合物的灰度分布图。
图3是水合物饱和度随分解时间的变化图。
具体实施方式
下面结合技术方案和附图详细叙述本发明的实施例。
实施例1
(1)获得容器中水合物生成前的灰度分布
以四氢呋喃水合物与水溶液的两相分辨为例，首先将玻璃砂作为多孔介质填入试管中，然后按照四氢呋喃和去离子水的质量比为3：2配制四氢呋喃水溶液，加入碘化钾的质量分数为6％，再次将四氢呋喃水溶液倒入试管中，得到四氢呋喃水合物生成前的状态。通过CT扫描获取四氢呋喃水合物生成前的灰度分布，如图1(a)所示；
(2)获得容器中水合物生成后的灰度分布
将盛装有四氢呋喃水溶液的试管置于水浴中，设置温度为-6℃，压力为常压，进行四氢呋喃水合物的生成过程。静置24小时，保证四氢呋喃水合物生成后，通过CT扫描技术获取水合物生成后的灰度分布，如图1(b)所示；
(3)获得水合物生成后所在区域
对比图1(a)和(b)所示的四氢呋喃水合物生成前后的灰度分布情况，根据CT技术成像原理，相密度越小灰度值越小，判断出灰度值最小的黑色区域即为四氢呋喃水合物生成后所在区域，而灰度值居中的灰色区域即为四氢呋喃水溶液所在区域，灰度值最大的白色区域即为玻璃砂，从而将试管中四氢呋喃水合物和水溶液两相分辨开；
(4)获得水合物的分解过程
将试管置于10℃、常压下进行四氢呋喃水合物的分解过程，通过CT扫描获取不同分解时刻下试管内的灰度分布，图2(a)为分解0分钟，图2(b)为分解22分钟，图2(c)为分解57分钟，图2(d)为分解100分钟，图2(e)为分解139分钟，图2(f)为分解199分钟，使用公式(1)至(3)计算相应时刻下四氢呋喃水合物的饱和度：
其中，Vh为灰度分布中水合物相的像素个数，Vslice为所有相物质的像素个数，Vpore为孔隙部分的像素个数。通过计算各个分解时刻四氢呋喃水合物的饱和度，如图3所示，可以定量获得水合物的分解过程。

Claims (3)

1.一种利用CT扫描分辨水合物与水两相的方法，其特征在于以下步骤：
步骤一：获得生成前状态的水合物灰度分布
将玻璃砂作为多孔介质填入容器中，配制碘化钾的质量分数为5.5-6.5％的水合物溶液，将该水合物溶液置于容器中得到水合物生成前的状态，通过CT扫描获取水合物生成前的灰度分布；
步骤二：获得生成后状态的水合物灰度分布
将有水合物溶液的容器置于合适的工况下，使得温度、压力满足水合物的生成条件，进行水合物的生成过程；当水合物生成结束时，通过CT扫描获取水合物生成后的灰度分布；
步骤三：获得水合物生成后所在区域
对比步骤一和步骤二的水合物生成前后的灰度分布情况，根据CT扫描成像结果，判断水合物生成后所在区域；水合物相密度越小灰度值越小，从而将容器中水合物和水两相分辨开；
将容器置于合适工况下进行水合物的分解过程，通过CT扫描获取不同分解时刻下容器的灰度分布，用公式(1)至(3)计算相应时刻下水合物的饱和度：
其中，Vh为灰度分布中水合物相的像素个数，Vslice为所有相物质的像素个数，Vpore为孔隙部分的像素个数，通过计算各个时刻水合物相的饱和度，可以定量获得水合物的分解过程。
2.根据权利要求1所述的一种利用CT扫描分辨水合物与水两相的方法，其特征还在于：配制碘化钾的质量分数为6％的水合物溶液。
3.根据权利要求1或2所述的一种利用CT扫描分辨水合物与水两相的方法，其特征还在于：所述的水合物为四氢呋喃水合物。
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