CN111812131B - 水合物二次生成或分解过程的可视化试验系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明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。

Description

水合物二次生成或分解过程的可视化试验系统及方法

技术领域

本发明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。

背景技术

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(Natural Gas Hydrates)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。

发明内容

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，本发明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。

本发明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。

本发明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，通过控流装置控制管路内部的分解生成的气液混合物的流速；通过控压装置中的回收装置收集固态水合物分解生成的气液混合物；

步骤700，基于CT成像装置的检测，重复步骤S500、步骤S600，直至管路内壁上的固态水合物全部分解，记录对应参数。

本发明的有益效果为：

1)通过本发明提供的水合物二次生成或分解过程的可视化试验系统可以在管道内水合物不同温度、压力、流量、管道壁厚条件下，使平直段管路高精度旋转，配合CT成像装置的扫描检测，可以动态定量检测对应管道内部二次水合物生成过程；在逐步生成或者分解过程中，可实时检测出水合物产生范围和水合物逐渐发展的动态过程，定量研究应力、不同温度、流速、管道截面对水合物生成或分解过程的影响，获得对应参数规律，为实际水合物开采过程中水合物的二次变化过程提供可靠实验数据。

2)本发明可通过控制管道横截面参数、管道空间位置、升温或降温的阶梯性控制、水合物的流动性，充分考虑了实际工程参数的复杂性，可进一步揭示水合物二次生成或分解过程的变化机理；同时，本发明是基于相似原理进行试验设计，为总结水合物二次变化特性提供了有效试验依据和研究方法，为水合物的开采以及管路的安全防护提供可靠技术支持。

3)通过本发明中平直段管路与弯曲段管路形成的环形管路结构，可实现水合物二次生成或分解、生成和分解试验的动态反应，通过环形设置，进一步有效加快反应速率。

4)本发明中的可视化系统结构简单、新颖，成本低，便于推广。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明中的水合物二次生成或分解过程的可视化试验系统的一种实施例的立体结构示意图；

图2是本发明中的水合物二次生成或分解过程的可视化试验系统的另一种实施例的立体结构示意图；

图3是图1中的环形密封装置的剖视结构示意图。

附图标记说明：110、平直段管路；111、第一平直段管路，112、第二平直段管路，113、第三平直段管路，114、第四平直段管路；120、弯曲段管路，121、第一弯曲段管路，122、第二弯曲段管路，123、第三弯曲段管路，124、第四弯曲段管路；130、环形密封装置，131、滑环旋转部，132、滑环静止部，133、旋转密封滑环，134、同轴旋转电机；

210、转台装置，211、第一转台装置，212、第二转台装置，213、第三转台装置，214、第四转台装置；

220、射线源装置，221、第一射线源装置，222、第二射线源装置，223、第三射线源装置，224、第四射线源装置；230、探测器装置；231、第一探测器装置，232、第二探测器装置，233、第三探测器装置，234、第四探测器装置；

310、温度控制器，320、第二控温浴液管路，330、第一控温浴液管路，340、保温层，350、温度传感器；

410、增压装置，420、存储装置，430、回收装置，440、压力传感器，450、第一管路，460、第二管路，470、第三管路；510、恒流泵。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式，本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

本发明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，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，其中，水合物流动装置包括多个平直段管路和多个弯曲段管路，弯曲段管路、平直段管路依次连接设置并构成一个环形管路结构，用于容纳注入的气液混合物，以进行水合物二次生成和/或分解模拟试验；多个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，在本发明中，平直段管路灵活设置，不同于传统的固定管路检测，可进一步提高整体系统的柔性。在本发明中采用CT成像装置进行水合物二次生成或分解过程的可视化检测，通过可旋转的平直段管路的旋转配合可实现水合物二次生成或分解过程的全面检测，得到不同温度、压力等其它参数对应的管路内壁的变化状态；CT成像装置包括转台装置、射线源装置和探测器装置，射线源装置固定设置于转台装置上方，转台装置设置于环形管路结构的内侧，用于承载射线源装置，并可在转台驱动装置的驱动下带动射线源装置旋转以实现对不同方向角度的环形管路结构中管路内壁变化情况的探测；探测器装置设置于环形管路结构的外侧，用于与射线源装置配合使用进行对应平直段管路内部的三维检测，由于本发明主要侧重模拟平直管路段的检测，故仅在平直段管路设置探测器装置；控温装置用于控制水合物流动装置中的气液混合物温度，通过控制设置在水合物流动装置周侧的控温浴液管路中的浴液温度保证气液混合物的高低温调控，进而模拟水合物的生成或分解过程；控压装置用于控制环形管路结构中的气液混合物的压力，用于调压、保压；控流装置包括流量传感器和恒流泵，流量传感器、恒流泵均设置于环形管路结构并用于控制环形管路结构中的气液混合物的流速，更加真实地模拟气液混合物在开采管路中流动时发生水合物二次生成或分解的过程。

进一步地，还可在弯曲段管路外侧设置对应的探测器装置，以检测弯曲段管路内壁的水合物二次生成或分解过程的可视化检测，实现对实际水合物开采过程中遇到的平直段、弯曲段水合物的变化模拟。

以下参照附图结合具体实施例进一步说明本发明。

参照附图1，图示为本发明中的水合物二次生成或分解过程的可视化试验系统的一种具体实施例的立体结构示意图，该可视化试验系统包括用于容纳气液混合物进行反应的水合物流动装置、用于对管路内壁变化状态进行三维检测的CT成像装置、用于控制水合物流动装置内部气液混合物温度的控温装置、用于控制水合物流动装置内部气液混合物压力的控压装置和控制水合物流动装置内部气液混合物流速的控流装置。

其中，水合物流动装置包括多个平直段管路110和多个弯曲段管路120，弯曲段管路110、平直段管路120依次连接设置并构成一个环形管路结构；多个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，以配合CT成像装置进行对应管路的全面检测，精准获得对应参数及对应时间段管路内壁水合物在其上的实时反应状态，进一步获得水合物反应状态与压力、温度、流速、实验时间一一对应的参数以及三维图像。

进一步地，CT成像装置包括转台装置210、射线源装置220和探测器装置230，其中，转台装置210设置于环形管路结构的内侧，在本实施例中，优选设置于该环形管路结构的中心位置；射线源装置220设置于转台装置210上方，并可在转台驱动装置的驱动下实现周向的旋转，以实现对环形管路结构的管路的三维检测；探测器装置230设置于环形管路结构的外侧，用于与射线源装置配合使用进行对应平直段管路内部的三维检测，在本实施例中，包括四个探测器装置，并分别设置于对应平直段管路的外侧，由于本实施例中的弯曲段管路120的设置仅用于相邻平直段管路的过渡连接，过未在对应弯曲段管路的外侧设置探测器装置，着重进行平直段管路的连接。

进一步地，控温装置用于控制水合物流动装置中的气液混合物温度；控温装置包括温度控制器310、第一控温浴液管路330、第二控温浴液管路320、保温层340和温度传感器350，其中，温度控制器310设置于环形管路结构的外侧，用于进行整个控温装置的运行；第一控温浴液管路330设置于环形管路结构的周侧，第二控温浴液管路320设置于第一控温浴液管路330与温度控制器310之间且第二控温浴液管路320与第一控温浴液管路330的连接段设置于弯曲段管路，不影响平直段管路的旋转；温度控制器通过第一控温浴液管路、第二控温浴液管路控制水合物流动装置中的浴液温度。

进一步地，第二控温浴液管路320包括进液管路和出液管路，温度控制器310通过进液管路、环形管路结构、出液管路进行循环浴液的温度控制，通过设置在环形管路结构上的温度传感器350进行循环浴液的温度检测，温度控制器310与温度传感器350通信连接，并基于温度传感器350的温度检测实时进行循环浴液的温度调节，以保证环形管路结构内部的水合物的温控；进一步地，在控温浴液管路的外侧还设置有保温层340，用于对浴液温度的保温。

进一步地，控压装置用于控制水合物流动装置中的气液混合物(即水合物)压力；控压装置包括设置于环形管路结构外侧的增压装置410、存储装置420、回收装置430和压力传感器440，不影响对应平直段管路的旋转；其中，存储装置420通过第一管路450与增压装置410连接，用于进行气液混合物的注入；增压装置410通过第二管路460与环形管路结构连接，通过注入的气液混合物进行环形管路结构内部的压力调整，以及水合物反应过程中的气液混合物的补充；回收装置430通过第三管路470与环形管路结构连接，可用于回收水合物分解反应过程中产生的气液混合物；压力传感器440设置于第三管路470，以检测环形管路结构内部与回收装置内部的压力差，进以判断关闭或开启该回收装置的时限。

进一步地，第一管路450、第二管路460和第三管路470上分别设置有第一高压阀、第二高压阀、第三高压阀，用于对应管路的开启或者关闭；此外，第二管路460、第三管路470上还设置有第四高压阀、第五高压阀，以进行不同特定时段的管路内残余气液混合物的排出。

进一步地，增压装置为增压器；存储装置为储存罐；回收装置为回收罐。

进一步地，控流装置包括流量传感器和恒流泵510，流量传感器、恒流泵510均设置于环形管路结构并用于控制水合物流动装置中的气液混合物流速，在本实施例中，采用恒流泵模拟环形管路结构中的水合物的稳定循环流动，以进一步地模拟现实中水合物开采在管路中的流动状态。

进一步地，探测器装置的两端与射线源连线的夹角大于平直段管路的两端与射线源连线的夹角；探测器装置的长度大于平直段管路的长度；当射线源装置旋转至对应平直段管路的设定位置时，无需转台装置的微调旋转，通过射线源装置的大幅射面积即可实现对平直段管路整体的检测；转台装置仅需要在射线源装置进行不同方位的平直段管路的检测才进行旋转控制。

进一步地，转台装置包括旋转部和支撑部，旋转部与支撑部可相对转动连接；旋转部的上侧设置有一个或多个凹槽；射线源装置的底部设置有一个或多个凸起；射线源装置通过设置的凸起与旋转部设置的凹槽固定装设于旋转部；无需额外的连接件进行固定，仅需要通过射线源装置的重力作用下与转台装置的旋转部上侧的卡合连接，便于拆卸。

进一步地，相邻平直段管路与弯曲段管路之间设置有环形密封装置130，即每个平直段管路的两端均设置有该环形密封装置，通过对应设置的同轴旋转电机驱动对应位置设置的环形密封装置以实现对应平直段管路的旋转；环形密封装置、旋转电机以及可旋转的平直段管路均设置于控温浴液管路内侧。

参照附图2，图2是本发明中的水合物二次生成或分解过程的可视化试验系统的另一种实施例的立体结构示意图，该可视化试验系统包括多个转台装置；多个转台装置、多个射线源装置与多个平直段管路对应设置；进一步地，该可视化试验系统包括第一平直段管路111、第二平直段管路112、第三平直段管路113、第四平直段管路114、第一弯曲段管路121、第二弯曲段管路122、第三弯曲段管路123、第四弯曲段管路124、第一转台装置211、第二转台装置212、第三转台装置213、第四转台装置214、第一射线源装置221、第二射线源装置222、第三射线源装置223、第四射线源装置224、第一探测器装置231、第二探测器装置232、第三探测器装置233、第四探测器装置234，其中，第一转台装置211、第一射线源装置221、第一平直段管路111、第一探测器装置231对应设置；第二转台装置212、第二射线源装置222、第二平直段管路112、第二探测器装置232对应设置；第三转台装置213、第三射线源装置223、第三平直段管路113、第三探测器装置233对应设置；第四转台装置214、第四射线源装置224、第四平直段管路114、第四探测器装置234对应设置；通过本实施例中多个射线源装置与多个探测器装置的一一对应设置，可同时进行多个平直段管路内部水合物二次生成或分解全过程的可视化检测，提取出不同位置精确的固态水合物的三维CT数字图像，并获得各个时段、对应参数下水合物生成或分解速率、状态与管路截面、试验时间、温度控制、压力控制以及流速控制的对应关系，可得到全面的与水合物生成或分解相关的可靠数据。

进一步地，参照附图3，图3是图1中的环形密封装置的剖视结构示意图，进一步地为图1中左下角位置的环形密封装置；环形密封装置包括滑环旋转部131、滑环静止部132和旋转密封滑环133，滑环旋转部131设置于平直段管路110端部，滑环静止部132设置于弯曲段管路120的端部；旋转密封滑环133设置于滑环旋转部131与滑环静止部132之间，并可在同轴旋转电机134的驱动下绕自身轴线旋转以实现对应平直段管路的旋转；同轴旋转电机设置于对应平直段管路外侧；在该环形密封装置的外侧设置的控温浴液装置、保温装置对应设置，保证对该区域的温度控制及保温。

需要说明的是，对于图1中其它位置设置的环形密封装置，其中的滑环旋转部、滑环静止部和旋转密封滑环在对应的平直段管路、弯曲段管路对应设置，以实现对应位置平直段管路的旋转。

一种水合物二次生成或分解过程的可视化试验方法，该方法基于上面所描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，通过控温装置中的温度控制器通过第二控温浴液管路、第一控温浴液管路进行环形管路结构外侧的循环浴液的温度调节，通过温度传感器的检测调控环形管路结构中的水合物温度至预设的第一温度，同时开启第三管路中的第五高压阀，进行环形管路结构中的空气排出；在本发明中，预设的第一温度为2℃-5℃；

步骤S200，关闭第五高压阀，开启第一管路中的第一高压阀、第二管路中的第二高压阀，通过控压装置中的存储装置进行气液混合物向环形管路结构内部的注入，直至充满；关闭第一管路中的第一高压阀，通过控压装置中的增压装置进行环形管路结构内部的气液混合物的压力控制，结合压力传感器的检测控制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，得到环形管路结构内部的初始三维形状；

步骤S300，通过控流装置中的恒流泵控制管路内部的气液混合物循环流动；通过控温装置中的温度控制器控制第一控温浴液管路、第二控温浴液管路中的浴液温度进一步控制循环流动的气液混合物的温度，并控制其按照预设阶梯温度进行温度降低，在管路内部逐渐形成附着于管路内壁的水合物；基于CT成像装置的检测，得到对应不同温度条件下的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，结合转台装置与探测器装置的配合使用，进行对应平直段管路的全面三维检测；

其中，由于固态水合物不断生成，环形管路结构内部的气液混合物会持续消耗，可通过增压装置向管路内补充气液混合物；补充操作方法为：首先关闭第二高压阀，使管路内部保压，打开第一高压阀，增压装置中的活塞后退到最后，使增压装置注液腔充满气液混合物，然后关闭第一高压阀，打开第二高压阀，将增压装置注液腔内的气液混合物补充到环形管路结构内部。

步骤S400，基于步骤S300中获得的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；对应参数包括但不限于固态水合物在管路内壁的生成速率、体积与时间、管路横截面积、压力、温度、流速的对应关系；

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，即完成水合物二次生成过程的可视化试验模拟；通过控温装置中的温度控制器控制循环流动的浴液温度按照预设阶梯温度进行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环形管路结构内部的三维形状；

步骤600，通过控流装置中的恒流泵控制管路内部的分解生成的气液混合物的流速；通过控压装置中的回收装置收集固态水合物分解生成的气液混合物；

步骤700，基于CT成像装置的检测，重复步骤S500、步骤S600，直至管路内壁上的固态水合物全部分解，记录对应参数；对应参数包括但不限于固态水合物在管路内壁的分解速率、体积与时间、管路横截面积、压力、温度、流速的对应关系。

当管路内无固态水合物时，试验结束，但需要对管路内的气液回收；操作方式如下：关闭第一高压阀和第二高压阀，打开第三高压阀，利用管路和回收装置的压力差，使气液混合物流到回收装置内，通过压力传感器的检测到环形管路结构内部的压力与回收装置内的压力一致时，关闭第三高压阀，打开第五高压阀，将环形管路结构内部残余的气液混合物排放到大气中。

通过本发明可实现水合物开采管道内二次生成或分解全过程的定量检测，将水合物流动管路分为静止段和旋转段，通过旋转段的设置实现水合物二次生成或分解全过程的旋转检测，大大提高可视化检测效果，实现更加精准的检测；水合物流动装置外设置有控温浴液管路，通过控制控温浴液管路内的浴液温度以控制环形管路结构内部的水合物温度；控温浴液管路外侧还设置有保温层，用于保证环形管路结构内部的水合物温度的温度恒定以达到预设温度；通过设置在外侧的增压器控制液态水合物的压力，恒流泵控制水合物管路内的流量，温度控制器控制浴液温度，分别保证对应参数的稳定；通过储存罐内储存的液态水合物可进行试验中压力控制以及气液混合物的补充。

进一步地，同轴旋转电机是环形结构，安装在旋转密封滑环的旋转端外侧，可以驱动对应平直段管路的旋转转动。

进一步地，射线源装置中的射线源发出高能射线，依次穿透保温层、控温浴液管路、平直段管路、附着在管路内侧的固态水合物以及流动的液态水合物，探测器装置接收衰减后的高能射线，成像系统根据探测器的信号，便可以提取出精确的固态水合物三维CT数字图像；在固态水合物形成的过程中，不断用CT进行扫描，可以定量获得开采管道内二次固态水合物形成的全过程。

通过本发明可得到对应参数条件下的水合物二次生成或分解速度等其它拜年话情况，并可对其实时检测，实现更精确的三维检测，为实际开采中控制水合物的二次生成以及控制二次生成的水合物的分解提供可靠参数。

进一步地，该可视化试验系统还设置有中央处理器，CT成像装置、控温装置、控压装置、控流装置、平直段管路的驱动装置均与中央处理器信号连接，中央处理器基于实时检测的环形管路结构内部的气液混合物运移、以及水合物二次生成的情况，可通过控制控温装置、控压装置和控流装置以进行对应的温度、压力、流速的调整，并实时记录对应设置参数得到的水合物二次生成或分解情况，获得对应模拟参数值。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件，尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来；本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

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与所述探测器装置对应的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与所述探测器装置对应的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。

8.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。

9.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。

10.一种水合物二次生成或分解过程的可视化试验方法，其特征在于，该方法基于权利要求1-9中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，通过控温装置控制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，通过控压装置控制存储装置注入气液混合物至环形管路结构内部，直至充满；通过控压装置控制增压装置进行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平直段管路的旋转控制，结合转台装置与探测器装置的配合使用，进行对应平直段管路的全面三维检测；

步骤S400，基于步骤S300中获得的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环形管路结构内部的三维形状；

步骤600，通过控流装置控制管路内部的分解生成的气液混合物的流速；

通过控压装置中的回收装置收集固态水合物分解生成的气液混合物；

步骤700，基于CT成像装置的检测，重复步骤S500、步骤S600，直至管路内壁上的固态水合物全部分解，记录对应参数。

Images