JP6824354B2 - Visualization of structural changes in sediments Experimental equipment and simulation methods - Google Patents
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Description
本発明は、地質分野に関し、特に工業用ＣＴを利用して堆積物におけるハイドレートの合成及び分解を定量的に観察して、ハイドレートの減圧／昇温採掘過程における貯留層のマイクロ構造の変化及びマクロ物性への影響を探究するための可視化実験装置及びシミュレーション方法に関する。 The present invention relates to the geological field, in particular, by quantitatively observing the synthesis and decomposition of hydrate in sediments using industrial CT, changes in the microstructure of the reservoir during the decompression / temperature rise mining process of hydrate. And a visualization experimental device and a simulation method for exploring the influence on macrophysical properties.
中国の広大な管轄海域には、ハイドレート資源の埋蔵量が巨大である。天然ガスハイドレートは、エネルギー密度が高く、分布範囲が広く、大規模であり、埋蔵深度が浅く、貯留層の物理化学的条件に優れて、且つ産出された天然ガスがエネルギー、経済、環境、効率のニーズを満たすことができるなどの特徴を有するために、国際的に公認された商業開発の最も有望な新しいクリーンエネルギーであると同時に、石油や天然ガスの代替エネルギーとしての最も理想的なものである。天然ガスハイドレートの試験採掘の実施は、国家のエネルギー安全保障のために戦略的に非常に重要である。 China's vast jurisdiction has huge reserves of hydrate resources. Natural gas hydrate has a high energy density, a wide distribution range, a large scale, a shallow reserve depth, excellent physicochemical conditions of the reservoir, and the natural gas produced is energy, economy, environment, The most promising new clean energy for internationally recognized commercial development, as well as the most ideal alternative energy to oil and natural gas, due to its characteristics such as being able to meet efficiency needs. Is. Conducting test mining of natural gas hydrate is strategically very important for national energy security.
中国の南海では、ハイドレートが未固結泥質シルト岩の貯留層に埋蔵されており、この未固結泥質シルトの貯留層の特性により、圧力低下過程においてハイドレートの分解により堆積層の沈降や変形、さらに剪断破壊を招き、坑井底部の出砂などの一連の工事のトラブルを引き起こしやすい。また、貯留層の構造が変化すると、さらに貯留層の孔隙率及び浸透率の性質に影響を与え、ハイドレートの分解によるガス、水の産出量に直接影響を及ぼす。したがって、ハイドレートの分解過程における堆積物の構造変化を研究することは、ハイドレートの減圧採掘過程における重要な課題となっている。今のところ、ハイドレートの泥質シルト貯留層の構造変化についての研究が少なく、ハイドレートの貯留層の浸透率の研究には、貯留層の有効応力による堆積物の構造変化が無視される場合が多い。貯留層の構造変化を可視化して研究するための実験装置及び実験方法はほとんどなかった。このため、泥質シルト貯留層のハイドレートの分解過程における構造変化を観察できる計測装置の開発は、海域のハイドレート貯留層の構造変化による貯留層の浸透率及び孔隙率の変化に対する計測実験を試み、様々な応力条件でのハイドレートの分解過程における貯留層のマイクロ構造変化の過程及び浸透の変化特徴などの多面的な情報を把握することを可能にする。 In the South Seas of China, hydrates are buried in unconsolidated siltstone reservoirs, and due to the characteristics of these unconsolidated silty siltstone reservoirs, the sedimentary layers are decomposed during the process of pressure reduction. It causes sedimentation, deformation, and shear failure, and easily causes a series of construction troubles such as sand removal at the bottom of the well. Further, when the structure of the reservoir is changed, it further affects the properties of the porosity and the permeability of the reservoir, and directly affects the amount of gas and water produced by the decomposition of hydrate. Therefore, studying the structural changes of sediments during the decomposition process of hydrate has become an important issue in the decompression mining process of hydrate. So far, there are few studies on structural changes in hydrated pelitic silt reservoirs, and studies on the permeability of hydrated reservoirs ignore structural changes in sediments due to effective stress in the reservoirs. There are many. There were few experimental devices and methods for visualizing and studying structural changes in reservoirs. For this reason, the development of a measuring device that can observe structural changes in the hydrate decomposition process of the pelitic silt reservoir is a measurement experiment for changes in the permeability and porosity of the reservoir due to structural changes in the hydrate reservoir in the sea area. Attempts make it possible to grasp multifaceted information such as the process of microstructural changes in reservoirs and the changing characteristics of permeation during the decomposition process of hydrates under various stress conditions.
本発明の目的は、工業用ＣＴを利用して堆積物におけるハイドレートの合成及び分解を定量的に観測し、ハイドレートの減圧／昇温採掘過程における貯留層のマイクロ構造の変化及びマクロ物性への影響を探究するための可視化実験装置及びシミュレーション方法を提供することにある。 An object of the present invention is to quantitatively observe the synthesis and decomposition of hydrate in sediments by using industrial CT, and to change the microstructure of the reservoir and macro-physical properties in the process of decompression / temperature rise mining of hydrate. It is an object of the present invention to provide a visualization experimental device and a simulation method for exploring the influence of.
特に、本発明は、天然ガスハイドレートの分解過程における堆積物の構造変化の可視化実験装置を提供し、前記可視化実験装置は、反応釜、それぞれ前記反応釜に接続された状態調整システム及びＣＴ走査システムを備え、前記反応釜の内部には、データ収集システムが取り付けられ、且つ前記データ収集システムがプロセッサを介して状態調整システムにフィードバック可能に接続され、
前記反応釜は、いずれも非磁性の透明中空のアウターチューブとインナーチューブを含み、前記インナーチューブと前記アウターチューブの間には、間隔が開けられており、前記間隔には、均等に配置されている点状支持ベースが複数設けられ、点状支持ベース間には、制振シリコーンゴムパッドによりインナーチューブの表面の周りに複数の取付溝が設置され、各前記取付溝には、ＣＣＤカメラブラケットが設置され、前記ＣＣＤカメラブラケットには、電動ズームレバーが取り付けられ、
前記ＣＴ走査システムは、外付けしたＣＴイメージング装置とインナーチューブに設置された複数本の磁気校正レバーとを含み、複数本の前記磁気校正レバーは、インナーチューブの初期位置をゼロ点としてインナーチューブの内壁に均等に配置されており、且つ異なる位置における磁気校正レバーには、ゼロ点に対する回動角度に応じた異なる長さ及び異なる磁気強度の磁気識別ストリップが設置されている。
In particular, the present invention provides an experimental device for visualizing structural changes in sediments in the process of decomposing natural gas hydrate, wherein the visualization experimental device is a reaction vessel, a state adjustment system connected to the reaction vessel, and CT scanning, respectively. A system is provided, a data collection system is installed inside the reaction vessel, and the data collection system is connected to the state adjustment system via a processor so as to be feedbackable.
Each of the reaction kettles includes a non-magnetic transparent hollow outer tube and an inner tube, and a space is provided between the inner tube and the outer tube, and the reaction pots are evenly arranged at the space. A plurality of point-shaped support bases are provided, and between the point-shaped support bases, a plurality of mounting grooves are installed around the surface of the inner tube by a vibration-damping silicone rubber pad, and a CCD camera bracket is installed in each of the mounting grooves. An electric zoom lever is attached to the CCD camera bracket.
The CT scanning system includes an external CT imaging device and a plurality of magnetic calibration levers installed on the inner tube, and the plurality of the magnetic calibration levers of the inner tube with the initial position of the inner tube as the zero point. The magnetic calibration levers, which are evenly distributed on the inner wall and at different positions, are provided with magnetic identification strips of different lengths and different magnetic strengths according to the rotation angle with respect to the zero point.
本発明の一実施形態では、前記アウターチューブの両端には、それぞれ接続チャンネルが内部に設置された上部取付ベースと下部取付ベースが設置され、前記インナーチューブの両端には、それぞれ中空チャンネルを有する上部コネクタと下部コネクタが設けられ、前記上部コネクタと下部コネクタは、それぞれ前記上部取付ベースと下部取付ベースに対応して接続され、インナーチューブを前記アウターチューブの内部に固定する。 In one embodiment of the present invention, an upper mounting base and a lower mounting base on which connection channels are internally installed are installed at both ends of the outer tube, and upper portions having hollow channels at both ends of the inner tube. A connector and a lower connector are provided, and the upper connector and the lower connector are connected corresponding to the upper mounting base and the lower mounting base, respectively, and fix the inner tube inside the outer tube.
本発明の一実施形態では、前記上部取付ベースと下部取付ベースには、それぞれ雄ネジ付きプラグが設置され、前記アウターチューブは、両端の雌ネジを介して前記プラグに螺合され、前記プラグには、雌ネジ孔が設置され、前記上部コネクタと下部コネクタの一端は、それぞれ雄ネジを介して前記プラグの雌ネジ孔に螺合され、前記上部コネクタと下部コネクタの他端は、それぞれ前記インナーチューブの両端にシールして挿入され、前記上部コネクタと下部コネクタの間におけるインナーチューブ空間がサンプルの反応空間となる。 In one embodiment of the present invention, a plug with a male screw is installed on each of the upper mounting base and the lower mounting base, and the outer tube is screwed into the plug via female screws at both ends to the plug. Is provided with female screw holes, one ends of the upper connector and the lower connector are screwed into the female screw holes of the plug via male screws, respectively, and the other ends of the upper connector and the lower connector are the inner ones, respectively. Both ends of the tube are sealed and inserted, and the inner tube space between the upper connector and the lower connector becomes the reaction space of the sample.
本発明の一実施形態では、前記状態調整システムは、給気システム、注液システム、円周圧力供給及び冷却システム、並びに背圧システムを含み、前記給気システムが前記反応釜の基端から前記反応釜の内部へ所定圧力のメタンガスを供給し、前記注液システムが前記反応釜の基端から前記反応釜の内部へ液体を注入し、前記円周圧力供給及び冷却システムが前記反応釜に循環冷凍液を注入することで反応サンプルを所定圧力での低温環境に保持することに用いられるとともに、実験に必要なサンプルの円周圧力を提供し、前記背圧システムが前記反応釜の先端に接続され、実験においてシステムの圧力をいずれかの設定圧力に維持することに用いられる。 In one embodiment of the invention, the state adjusting system includes an air supply system, a liquid injection system, a circumferential pressure supply and cooling system, and a back pressure system, the air supply system from the base end of the reaction vessel. A predetermined pressure of methane gas is supplied to the inside of the reaction kettle, the liquid injection system injects liquid from the base end of the reaction kettle into the inside of the reaction kettle, and the circumferential pressure supply and cooling system circulates in the reaction kettle. The reaction sample is used to keep the reaction sample in a low temperature environment at a predetermined pressure by injecting a freezing solution, and the circumferential pressure of the sample required for the experiment is provided, and the back pressure system is connected to the tip of the reaction kettle. It is used in experiments to maintain the system pressure at any set pressure.
本発明の一実施形態では、前記円周圧力供給及び冷却システムの供給管路が前記上部取付ベースの接続チャンネルに接続され、前記アウターチューブの内壁と前記インナーチューブの間の空間に冷凍液を注入し、前記上部取付ベースは、接続チャンネルを介して前記円周圧力供給及び冷却システムの排出管路に接続されて冷凍液を排出する。 In one embodiment of the invention, the circumferential pressure supply and cooling system supply lines are connected to the connection channels of the upper mounting base and the freezing liquid is injected into the space between the inner wall of the outer tube and the inner tube. The upper mounting base is connected to the discharge line of the circumferential pressure supply and cooling system via a connection channel to discharge the frozen liquid.
本発明の一実施形態では、前記アウターチューブの両端の外側には、いずれも支持フレームが設置され、前記支持フレームには、いずれも回転歯車が取り付けられ、前記回転歯車は、支持フレームの内部に設置されたサーボモータにより駆動され、前記回転歯車の側面には、環状回転校正ディスクが取り付けられ、前記アウターチューブの両端の端部には、回転歯車と噛み合う歯付き回転ディスクが固定して取り付けられ、前記回転歯車は、歯付き回転ディスクにおいて０−３６０°回動し、且つ前記回転歯車と歯付き回転ディスクの間には、揺れ止め弾性パッドが設置される。 In one embodiment of the present invention, support frames are installed on the outside of both ends of the outer tube, rotary gears are attached to the support frames, and the rotary gears are inside the support frame. Driven by an installed servomotor, an annular rotary calibration disk is attached to the side surface of the rotary gear, and a toothed rotary disk that meshes with the rotary gear is fixedly attached to both ends of the outer tube. The rotary gear rotates 0-360 ° on the toothed rotary disc, and an anti-sway elastic pad is installed between the rotary gear and the toothed rotary disc.
また、本発明はさらに、天然ガスハイドレートの分解過程における堆積物の構造変化の可視化実験のシミュレーション方法を提供し、前記シミュレーション方法は、
対応した区域からのハイドレート含有泥質シルト層の原料をサンプルとして、乾燥させた後、反応釜のインナーチューブに仕込み、組み立てられた反応釜をＣＴ走査システムの内部にセットし、次に各補助システムを接続し、データ収集システムにより実験過程を制御するステップ１００と、
状態調整システムで反応釜の内部に液体を注入し、インナーチューブとアウターチューブの温度、円周圧力及び置換圧力勾配を調整するステップ２００と、
ゼロ点の位置でＣＴ走査システムを起動させてサンプルに対して走査を開始させ、現在状態でのサンプル画像を得て、それと同時にＣＣＤカメラを起動させてズーム作用によりサンプルの表面の変化している動画像を撮像し、この過程について走査して撮像し、サンプルの反応過程の画像を取得するステップ３００と、
反応釜を回動させ、インナーチューブの各位置調整にして、上記ステップを設定回数まで繰り返し、実験が終了した後、ＣＣＤ動画像と組み合わせて取得したＣＴ画像に対してグレースケール処理及び三次元再構成を行うステップ４００とを含む。
The present invention further provides a simulation method for a visualization experiment of structural changes in sediments during the decomposition process of natural gas hydrate.
The raw material of the hydrate-containing muddy silt layer from the corresponding area is sampled, dried, charged into the inner tube of the reaction kettle, the assembled reaction kettle is set inside the CT scanning system, and then each auxiliary Step 100, where the system is connected and the experimental process is controlled by the data collection system,
Step 200, in which a liquid is injected into the reaction vessel with a state adjustment system to adjust the temperature, circumferential pressure, and replacement pressure gradient of the inner tube and outer tube,
The CT scanning system is started at the zero point to start scanning the sample, the sample image in the current state is obtained, and at the same time, the CCD camera is started and the surface of the sample is changed by the zoom action. Step 300, in which a moving image is imaged, this process is scanned and imaged, and an image of the reaction process of the sample is acquired.
The reaction kettle is rotated to adjust each position of the inner tube, the above steps are repeated up to the set number of times, and after the experiment is completed, the CT image acquired in combination with the CCD moving image is subjected to grayscale processing and three-dimensional regeneration. Includes step 400 for making the configuration.
本発明の一実施形態では、置換ステップは、具体的には、
注液システムを制御して下部取付ベースからインナーチューブへ液体を注入し、円周圧力供給及び冷却システムを制御してアウターチューブに冷凍液を循環的に注入し、インナーチューブに対して降温を行うとともに円周圧力を提供し、その中、インナーチューブにおける液体の置換圧力勾配を３ＭＰａ／ｍとし、アウターチューブにおける円周圧力を置換圧力よりも０．２ＭＰａ大きく保持し、反応釜の出口圧力を大気圧とするステップ２０１と、
インナーチューブにおけるサンプルが水飽和になった後、注液システムを閉じ、ガス注入システムを起動させて下部取付ベースからインナーチューブにガスを注入し、ガスの置換圧力勾配を３ＭＰａ／ｍ未満にし、ガスの流量が安定になると、１．５−２ｐｖでガスを持続的に注入するステップ２０２と、
置換が終了した後、反応釜の出口端と背圧システムを接続し、背圧の圧力を給気圧力と同じに設定するとともに、拘束圧を同期して増大させ、サンプルの孔隙圧力を所定ガス圧力にするステップ２０３と、
背圧の圧力を入口圧力よりも０．０１ＭＰａ低く設定するとともに、拘束圧を設定圧力までに下げ、水和合成過程を持続的に行い、ハイドレートの合成が終了すると、円周圧力の圧力を増大させて地層圧力下でのハイドレートの貯留層状態をシミュレーションするステップ２０４とを含み、
サンプルについて地層圧力をシミュレーションした状態で、背圧の圧力をサンプルの両端の圧力が採掘状態での圧力差となるように設定し、この過程においてサンプルにおけるハイドレートが次第に分解する採掘シミュレーションステップをさらに含む。
In one embodiment of the invention, the replacement step is specifically
The liquid injection system is controlled to inject liquid from the lower mounting base into the inner tube, and the circumferential pressure supply and cooling system are controlled to periodically inject the frozen liquid into the outer tube to lower the temperature of the inner tube. In addition, the circumferential pressure is provided, the replacement pressure gradient of the liquid in the inner tube is set to 3 MPa / m, the circumferential pressure in the outer tube is held 0.2 MPa higher than the replacement pressure, and the outlet pressure of the reaction vessel is increased. Step 201 to set the pressure and
After the sample in the inner tube is saturated with water, the injection system is closed, the gas injection system is activated to inject gas into the inner tube from the lower mounting base, and the gas replacement pressure gradient is set to less than 3 MPa / m. When the flow rate of the gas becomes stable, step 202 of continuously injecting gas at 1.5-2 pv and
After the replacement is completed, the outlet end of the reaction vessel is connected to the back pressure system, the back pressure is set to be the same as the supply air pressure, the confining pressure is increased synchronously, and the pore pressure of the sample is set to the specified gas. Step 203 to make pressure
The back pressure is set 0.01 MPa lower than the inlet pressure, the restraint pressure is lowered to the set pressure, the hydrate synthesis process is continuously performed, and when the hydrate synthesis is completed, the circumferential pressure is reduced. Including step 204 and step 204 to increase and simulate hydrate reservoir conditions under geological pressure.
With the geological pressure simulated for the sample, the back pressure is set so that the pressure at both ends of the sample is the pressure difference in the mining state, and in this process, the hydration in the sample gradually decomposes in the mining simulation step. Including.
本発明の一実施形態では、前記注液システムが注入した単相液体は、蒸留水であり、前記サンプルが水飽和になった後に注入されたガスは、メタンであり、前記冷凍液は、温度２℃の不凍液である。 In one embodiment of the invention, the single-phase liquid injected by the liquid injection system is distilled water, the gas injected after the sample is saturated with water is methane, and the antifreeze is temperature. It is an antifreeze solution at 2 ° C.
本発明の一実施形態では、実験前に、前記ガス注入システムによりヘリウムガスを利用して気密性試験を行う必要がある。 In one embodiment of the present invention, it is necessary to perform an airtightness test using helium gas by the gas injection system before the experiment.
従来技術に比べて、本発明の有益な効果は、以下のとおりである。
（１）本発明に係る可視化実験装置は、非磁性透明のアウターチューブとインナーチューブを利用してＣＴ走査を行うとともに実験過程を観察することを可能にし、このように、ハイドレートの反応過程をリアルタイムで監視して調整し、貯留層の有効応力の作用でのハイドレートの分解過程における貯留層の孔隙率低下、浸透率低下の変化過程を正確に取得することができ、地層のハイドレートを実際に採掘するために確実で信頼できるデータを提供する。
（２）本発明では、ＣＴ走査によってシミュレーション過程におけるサンプルの内部変化を観察でき、それによって貯留層の応力作用での変化過程を正確に取得することができる一方、ＣＣＤカメラによる動的な撮像・録画と組み合わせることでサンプルの表面の視覚的な変化過程を同時に取得することができ、両方の画像データの組み合わせによりサンプルの変化過程をより正確に把握できる。
（３）本発明では、ＣＴ走査により処理したシミュレーション画像を利用する一方、直接撮像・録画した動的画像を利用でき、このように２種の異なるタイプの画像の組み合わせからより正確な変化過程を観察できる。
Compared with the prior art, the beneficial effects of the present invention are as follows.
(1) The visualization experimental apparatus according to the present invention makes it possible to perform CT scanning and observe the experimental process using the non-magnetic transparent outer tube and inner tube, and thus the reaction process of hydrate can be observed. By monitoring and adjusting in real time, it is possible to accurately acquire the change process of the decrease in porosity and decrease in permeability of the reservoir in the process of decomposition of hydrate under the action of effective stress of the reservoir, and the hydrate of the formation can be obtained. Providing reliable and reliable data for actual mining.
(2) In the present invention, the internal change of the sample in the simulation process can be observed by CT scanning, whereby the change process due to the stress action of the reservoir can be accurately acquired, while the dynamic imaging by the CCD camera is performed. By combining with recording, the visual change process of the surface of the sample can be acquired at the same time, and by combining both image data, the change process of the sample can be grasped more accurately.
(3) In the present invention, while a simulation image processed by CT scanning can be used, a dynamic image directly captured and recorded can be used, and a more accurate change process can be obtained from a combination of two different types of images in this way. Can be observed.
図１に示されるように、本発明の一実施形態は、ハイドレートの所定条件での分解状態をシミュレーションして、実際に地層からハイドレートを採掘するために参照を提供する天然ガスハイドレートの分解過程の可視化実験装置を提供する。該実験装置は、反応釜１、それぞれ前記反応釜１に接続された状態調整システム及びＣＴ走査システム３を備え、前記反応釜１の内部には、データ収集システム２が取り付けられ、且つ前記データ収集システム２がプロセッサを介して状態調整システムにフィードバック可能に接続される。前記状態調整システムは、給気システム５、注液システム６、円周圧力供給及び冷却システム４並びに背圧システム９を含み、上記各システムの作動過程はデータ収集システム２によって制御される。
図２に示されるように、該反応釜１は、サンプルを収納するとともに反応場所として機能し、主に中空アウターチューブ１１とインナーチューブ１２を含み、両方には、套設構造が利用されており、アウターチューブ１１とインナーチューブ１２はそれぞれ、サンプルの反応過程の観察及びＣＴ走査の便宜のため、非磁性透明材料で製造されるものとされ、具体的には、透明材料としてポリイミドが使用され得る。その中でも、アウターチューブ１１の両端には、それぞれ下接続チャンネル１３１と上接続チャンネル１４１を備える上部取付ベース１４と下部取付ベース１３が取り付けられ、下接続チャンネル１３１と上接続チャンネル１４１は、各システムから供給されたガス及び液体の供給又は排出に用いられ、インナーチューブ１２の両端は、それぞれ中空チャンネル付きの上部コネクタ１５と下部コネクタ１６によって上部取付ベース１４と下部取付ベース１３に接続された後に、アウターチューブ１１の内部に固定され、固定されたインナーチューブ１２とアウターチューブ１１の内壁との間には、間隔がある。
As shown in FIG. 1, one embodiment of the present invention simulates the decomposition state of hydrate under predetermined conditions and provides a reference for actually mining hydrate from the formation of natural gas hydrate. A visualization experimental device for the decomposition process is provided. The experimental apparatus includes a reaction vessel 1, a state adjustment system connected to the reaction vessel 1, and a CT scanning system 3, respectively, and a data collection system 2 is attached to the inside of the reaction vessel 1 and the data collection is performed. The system 2 is connected to the state adjustment system via a processor so as to be feedbackable. The state adjustment system includes an air supply system 5, a liquid injection system 6, a circumferential pressure supply and cooling system 4, and a back pressure system 9, and the operation process of each of the systems is controlled by the data acquisition system 2.
As shown in FIG. 2, the reaction vessel 1 stores a sample and functions as a reaction place, and mainly includes a hollow outer tube 11 and an inner tube 12, both of which utilize a slab structure. The outer tube 11 and the inner tube 12 are each made of a non-magnetic transparent material for the convenience of observing the reaction process of the sample and CT scanning. Specifically, polyimide can be used as the transparent material. .. Among them, an upper mounting base 14 and a lower mounting base 13 having a lower connecting channel 131 and an upper connecting channel 141 are attached to both ends of the outer tube 11, respectively, and the lower connecting channel 131 and the upper connecting channel 141 are provided from each system. Used for supplying or discharging the supplied gas and liquid, both ends of the inner tube 12 are connected to the upper mounting base 14 and the lower mounting base 13 by the upper connector 15 and the lower connector 16 with hollow channels, respectively, and then the outer. There is a gap between the inner tube 12 fixed inside the tube 11 and the inner wall of the outer tube 11.
上部取付ベース１４と下部取付ベース１３には、それぞれ雄ネジ付きプラグが設置され、アウターチューブ１１は、両端における雌ネジを介してそれぞれ上部取付ベース１４と下部取付ベース１３のプラグに螺合され、プラグの中心には、雌ネジ付き凹孔が設置され、上部コネクタ１５と下部コネクタ１６の一端は、それぞれ雄ネジを介してプラグの凹孔に螺合され、上部コネクタ１５と下部コネクタ１６の他端は、それぞれインナーチューブ１２の両端にシールして挿入され、且つ挿入された上部コネクタ１５と下部コネクタ１６の両方の間の間隔は、サンプルの載置空間及び反応場所となり、該反応場所は、ＣＴ走査システムの走査範囲にあるべきである。 Plugs with male screws are installed on the upper mounting base 14 and the lower mounting base 13, respectively, and the outer tube 11 is screwed into the plugs of the upper mounting base 14 and the lower mounting base 13 via female screws at both ends, respectively. A concave hole with a female screw is installed in the center of the plug, and one end of the upper connector 15 and the lower connector 16 is screwed into the concave hole of the plug via a male screw, respectively, and other than the upper connector 15 and the lower connector 16. The ends are sealed and inserted at both ends of the inner tube 12, respectively, and the distance between both the inserted upper connector 15 and the lower connector 16 is the sample placement space and the reaction location. It should be within the scanning range of the CT scanning system.
シール性を高めるために、上部コネクタ１５と下部コネクタ１６のインナーチューブ１２に挿入された一端には、インナーチューブ１２の内壁とシールするシールリングが套設され、他端には、同様に上部取付ベース１４と下部取付ベース１３の雌ネジ孔とシールして接触するシールリングが套設される。同様に、上部取付ベース１４と下部取付ベース１３のプラグにも、アウターチューブ１１の内壁とシールするシールリングが設置される。 In order to improve the sealing property, a seal ring that seals with the inner wall of the inner tube 12 is installed at one end inserted into the inner tube 12 of the upper connector 15 and the lower connector 16, and similarly attached to the upper end at the other end. A seal ring that seals and contacts the female screw holes of the base 14 and the lower mounting base 13 is installed. Similarly, the plugs of the upper mounting base 14 and the lower mounting base 13 are also provided with a seal ring that seals with the inner wall of the outer tube 11.
上部取付ベース１４と下部取付ベース１３における上接続チャンネル１４１、及び下接続チャンネル１３１は、それぞれアウターチューブ１１とインナーチューブ１２の間の空隙に連通する外接続チャンネル、及びインナーチューブの内部に連通する内接続チャンネルを含み、たとえば、円周圧力供給及び冷却システム４の供給端と排出端は、それぞれ上部取付ベース１４、下部取付ベース１３における外接続チャンネルに連通し、注液システム６及び給気システム５は、内接続チャンネルに連通し、両方は、対応した制御弁を介してそれぞれ作動する。 The upper connection channel 141 and the lower connection channel 131 in the upper mounting base 14 and the lower mounting base 13 communicate with the outer connection channel communicating with the gap between the outer tube 11 and the inner tube 12, and inside communicating with the inside of the inner tube, respectively. A connection channel is included, for example, the supply end and the discharge end of the circumferential pressure supply and cooling system 4 communicate with the external connection channels in the upper mounting base 14 and the lower mounting base 13, respectively, and the liquid injection system 6 and the air supply system 5 are provided. Communicates with the internal connection channel, and both operate via the corresponding control valves.
図１０に示されるように、前記インナーチューブ１１と前記アウターチューブ１２の間には、間隔７が開けられており、前記間隔には、均等に配置されている点状支持ベース７１が複数設けられ、点状支持ベース７１の間には、制振シリコーンゴムパッド７２によりインナーチューブ１１の表面の周りに複数の取付溝７３が設置される。前述したように、該間隔は、ＣＴ走査システムの走査範囲にあり、該間隔７に設置された点状支持ベース７１は、支持作用を果たし、且つ装置全体の作動に影響を及ぼさずに、ほかの構造を支持することができ、均等に配置されている複数の点状支持ベース７１によって透かし彫り状の支持構造が形成されている。このように、インナーチューブ１１のＣＴ走査へ影響を及ぼさない一方、ズームのための空間を与える。また、設置された制振シリコーンゴムパッド７２は、走査過程における外力作用による振動が撮像装置に悪影響を与えることを防止し、また、環状で設置されるため、遮光作用を有し、撮像装置のフォーカス及び撮像・録画時の解像度に寄与する。 As shown in FIG. 10, a gap 7 is provided between the inner tube 11 and the outer tube 12, and a plurality of evenly arranged point support bases 71 are provided at the gap. A plurality of mounting grooves 73 are installed around the surface of the inner tube 11 by the vibration damping silicone rubber pad 72 between the point-shaped support bases 71. As described above, the interval is within the scanning range of the CT scanning system, and the point support base 71 installed at the interval 7 acts as a support and does not affect the operation of the entire device. The structure can be supported, and a watermark-shaped support structure is formed by a plurality of evenly arranged point-shaped support bases 71. In this way, while not affecting the CT scanning of the inner tube 11, it provides space for zooming. Further, the installed vibration-damping silicone rubber pad 72 prevents the vibration due to the action of an external force in the scanning process from adversely affecting the image pickup device, and since it is installed in a ring shape, it has a light-shielding action and is the focus of the image pickup device. And contributes to the resolution at the time of imaging / recording.
それぞれの前記取付溝７３には、ＣＣＤカメラブラケット７４が設置され、前記ＣＣＤカメラブラケット７４には、電動ズームレバー７５が取り付けられ、設置されたＣＣＤカメラブラケット７４は、ＣＣＤカメラなどの撮影録画装置の取り付けを容易にするためのものであり、本実施形態では、ＣＣＤカメラが好ましいが、解像度を満足できるほかのカメラであってもよく、且つ、本実施形態では、最適な撮影録画効果を確保するために、電動ズームレバー７５がさらに設置されており、該電動ズームレバー７５は、様々な状態での撮影録画のニーズを満たすように電子制御伸縮方式でそれに取り付けられたカメラの焦点距離を制御するという役割を果たす。 A CCD camera bracket 74 is installed in each of the mounting grooves 73, an electric zoom lever 75 is attached to the CCD camera bracket 74, and the installed CCD camera bracket 74 is a photographing / recording device such as a CCD camera. This is for facilitating installation, and in the present embodiment, a CCD camera is preferable, but another camera that can satisfy the resolution may be used, and in the present embodiment, the optimum shooting and recording effect is ensured. Therefore, an electric zoom lever 75 is further installed, and the electric zoom lever 75 controls the focal length of the camera attached to the electric zoom lever 75 by an electronically controlled telescopic method so as to meet the needs of shooting and recording in various states. It plays the role of.
上記内容を総合すると、本実施形態では、具体的には、ＣＴ走査により内部変化を観察する方式と、外付けした撮像装置により洗浄された外表面の変化をキャッチする方式との２種の方式によって、サンプルの応力作用での変化過程をより視覚的に取得できる。さらに、本発明では、相対位置が異なる複数組の撮像装置を設置することで、各種状態ではサンプルが各位置に位置する場合の表面変化の画像を同時にキャッチすることができ、内部のＣＴ逆画像を取得しているため、この２つの内容を組み合わせることでサンプルの三次元変化の過程を視覚的に把握できる。 Summarizing the above contents, specifically, in the present embodiment, there are two types of methods, a method of observing internal changes by CT scanning and a method of catching changes in the outer surface cleaned by an external imaging device. This makes it possible to more visually acquire the process of change due to the stress action of the sample. Further, in the present invention, by installing a plurality of sets of image pickup devices having different relative positions, it is possible to simultaneously catch an image of surface changes when a sample is located at each position in various states, and an internal CT reverse image can be captured. By combining these two contents, the process of three-dimensional change of the sample can be visually grasped.
また、本発明では、さらにＣＴ断面を考慮する必要があり、同一位置で取得したＣＴ画像は、一方向における変化過程だけをキャラクタリゼーションする断面であるので、三次元変化の場合は、一定の欠陥が存在するため、多角度からの走査結果を取得できるために、走査過程においてサンプルの実際位置を変える必要がある。 Further, in the present invention, it is necessary to further consider the CT cross section, and since the CT image acquired at the same position is a cross section that characterizes only the change process in one direction, there is a certain defect in the case of a three-dimensional change. Because of the existence of, it is necessary to change the actual position of the sample in the scanning process in order to obtain the scanning results from multiple angles.
具体的な位置を変える前に、まず、サンプルの位置を順次校正する必要があり、対応した校正を実施するために、本実施形態では、前記ＣＴ走査システム３は、外付けしたＣＴイメージング装置とインナーチューブ１１に設置された複数本の磁気校正レバー７６との２つの部分を含み、インナーチューブ１１の初期位置をゼロ点として、複数本の前記磁気校正レバー７６は、インナーチューブ１１の内壁に均等に配置されており、且つ異なる位置における磁気校正レバー７６には、ゼロ点に対する回動角度に応じた異なる長さ及び異なる磁気強度の磁気識別ストリップ７７が設置されている。 Before changing the specific position, it is first necessary to sequentially calibrate the position of the sample, and in order to carry out the corresponding calibration, in the present embodiment, the CT scanning system 3 is combined with an external CT imaging device. The plurality of magnetic calibration levers 76 include two parts with a plurality of magnetic calibration levers 76 installed on the inner tube 11, and the plurality of magnetic calibration levers 76 are evenly distributed on the inner wall of the inner tube 11 with the initial position of the inner tube 11 as the zero point. The magnetic calibration lever 76 at different positions is provided with magnetic identification strips 77 having different lengths and different magnetic strengths depending on the rotation angle with respect to the zero point.
なお、同一実施例では、ゼロ点に対する回動角度が同じであり、異なる実施例では、該角度は、変化可能であり、異なるサンプルによる実際のニーズに応じて対応する角度を設定してもよく、その角度の設定は、サンプルテストの試験結果により決まる。 In the same embodiment, the rotation angle with respect to the zero point is the same, and in different examples, the angle can be changed, and the corresponding angle may be set according to the actual needs of different samples. , The setting of the angle is determined by the test result of the sample test.
従来技術に比べて、本発明では、簡単な校正レバーで区別するのではない点で異なり、それは、一般的な校正レバーが試験過程において校正作用を果たすが、生成した走査画像にはいかなる標識もないからである。したがって、本実施形態では、異なる長さ及び磁気強度の磁気識別ストリップが設置されることによって区別することで、試験過程において視覚的に区別できる一方、ＣＴ走査を磁気干渉する構造とすることにより、後続の比較及び処理のため、その標識をＣＴ走査画像に表示する。 Compared to the prior art, the present invention differs in that it is not distinguished by a simple calibration lever, which is that a general calibration lever performs a calibration action during the test process, but the resulting scanned image does not contain any markings. Because there isn't. Therefore, in the present embodiment, the magnetic identification strips of different lengths and magnetic intensities are installed to distinguish them so that they can be visually distinguished in the test process, while the CT scan has a structure that magnetically interferes. The label is displayed on the CT scan image for subsequent comparison and processing.
図１１に示されるように、前記アウターチューブ１２の両端の外側には、いずれも支持フレーム８が設置され、前記支持フレーム８には、いずれも回転歯車８１が取り付けられ、前記回転歯車８１は、支持フレーム８の内部に設置されたサーボモータにより駆動され、前記回転歯車８１の側面には、環状回転校正ディスク８３が取り付けられ、前記アウターチューブ１２の両端の端部には、回転歯車８１と噛み合う歯付き回転ディスク８４が固定して取り付けられ、前記回転歯車８１は、歯付き回転ディスク８４において０−３６０°回動し、且つ前記回転歯車８１と歯付き回転ディスク８４の間には、揺れ止め弾性パッド８２が設置される。 As shown in FIG. 11, support frames 8 are installed on the outside of both ends of the outer tube 12, and rotary gears 81 are attached to the support frames 8, respectively. Driven by a servomotor installed inside the support frame 8, an annular rotary calibration disk 83 is attached to the side surface of the rotary gear 81, and the end portions of both ends of the outer tube 12 mesh with the rotary gear 81. A toothed rotary disk 84 is fixedly attached, the rotary gear 81 rotates 0-360 ° on the toothed rotary disk 84, and a steady rest is provided between the rotary gear 81 and the toothed rotary disk 84. The elastic pad 82 is installed.
本発明では、サーボモータと歯車同士が噛み合うことで角度が調整され、言い換えれば、回動角度は、サーボモータにより制御され、サーボモータの動力は、伝達過程における安定性を確保するために、歯車が噛み合う方式で伝達され、また、振動による撮像効果への影響を減少させるために、本発明では、さらに弾性パットを歯車が噛み合うときの隙間に充填する。 In the present invention, the angle is adjusted by meshing the servomotor and the gears with each other, in other words, the rotation angle is controlled by the servomotor, and the power of the servomotor is the gears in order to ensure stability in the transmission process. In order to reduce the influence of vibration on the imaging effect, an elastic pad is further filled in the gap when the gears mesh with each other.
具体的には、注液システム６、給気システム５は、下部取付ベース１３においてインナーチューブ１１に連通する接続チャンネルに接続され、円周圧力供給及び冷却システム４は、下部取付ベース１３、上部取付ベース１４においてアウターチューブ１１とインナーチューブ１２の間の空隙に連通する接続チャンネルに接続され、円周圧力システム９は、上部取付ベース１４においてインナーチューブ１２から気液を排出するための接続チャンネルに接続される。 Specifically, the liquid injection system 6 and the air supply system 5 are connected to the connection channel communicating with the inner tube 11 in the lower mounting base 13, and the circumferential pressure supply and cooling system 4 is connected to the lower mounting base 13 and the upper mounting. The base 14 is connected to a connecting channel that communicates with the air gap between the outer tube 11 and the inner tube 12, and the circumferential pressure system 9 is connected to the connecting channel for draining air and liquid from the inner tube 12 at the upper mounting base 14. Will be done.
本実施形態において、給気システム５、注液システム６、背圧システム９、円周圧力供給及び冷却システム４及びＣＴ走査システム３としては、従来技術における既存の設備を使用することができ、以下、それぞれ説明する。 In the present embodiment, as the air supply system 5, the liquid injection system 6, the back pressure system 9, the circumferential pressure supply and cooling system 4, and the CT scanning system 3, existing equipment in the prior art can be used. , Each will be explained.
注液システム６の接続構造は、図３に示されるように、注液システム６の定速定圧ポンプ６０１として、置換媒体を定量的に注入して試験のために動力源を提供するためのＨＡＳ−２００ＨＳＢ型２シリンダ定速定圧ポンプが使用される。この定速定圧ポンプは、作動圧力が５０ＭＰａ、流速が０．０１〜２０ｍＬ／ｍｉｎであり、圧力の保護と位置の上限下限の保護を有し、ポンプヘッド材料として３１６Ｌが使用される。該ポンプには、データ収集システム２に接続できる通信ポートがあり、この２つのシリンダは、単一シリンダが独立して作動してもよく、２つのシリンダがそれぞれ独立して作動してもよく又は協働して作動してもよい。具体的には、蒸留水又は灯油を駆動媒体として排出し、排出過程において駆動媒体に対する定電圧、定電流及び追跡ＰＬＣ制御を行う。２シリンダ定速定圧ポンプ６０１と下部取付ベーの間には、２台の圧力調整ピストン６０２が並列して取り付けられ、各圧力調整ピストン６０２の両端には、それぞれ四方弁６０３が取り付けられ、四方弁６０３は、気液を排出できるとともに、洗浄パイプラインなどのほかのパイプラインの接続を容易にする。圧力調整ピストン６０２は、容積が２０００ｍＬで、作動圧力が５０ＭＰａで、材質が３１６Ｌである。圧力調整ピストン６０２は、注入液及び置換液の離間、エネルギー貯蔵や緩衝及び輸送に用いられる。内壁の摩擦力を減少させるために、筒体の内表面に対して平坦化処理を施す。 As shown in FIG. 3, the connection structure of the liquid injection system 6 is a HAS for quantitatively injecting a replacement medium and providing a power source for the test as a constant speed constant pressure pump 601 of the liquid injection system 6. -200HSB type 2-cylinder constant speed constant pressure pump is used. This constant speed constant pressure pump has an operating pressure of 50 MPa and a flow velocity of 0.01 to 20 mL / min, has pressure protection and upper and lower limit protection of positions, and 316 L is used as the pump head material. The pump has a communication port that can be connected to the data collection system 2, and the two cylinders may be operated independently by a single cylinder, or the two cylinders may be operated independently. They may work together. Specifically, distilled water or kerosene is discharged as a drive medium, and constant voltage, constant current, and tracking PLC control are performed on the drive medium in the discharge process. Two pressure adjusting pistons 602 are mounted in parallel between the two-cylinder constant speed constant pressure pump 601 and the lower mounting base, and four-way valves 603 are mounted on both ends of each pressure adjusting piston 602. The 603 is capable of draining air and liquid and facilitates the connection of other pipelines such as the cleaning pipeline. The pressure adjusting piston 602 has a volume of 2000 mL, an operating pressure of 50 MPa, and a material of 316 L. The pressure adjusting piston 602 is used for separating the injection liquid and the replacement liquid, storing energy, buffering and transporting the liquid. In order to reduce the frictional force of the inner wall, the inner surface of the cylinder is flattened.
図４に示されるように、背圧システム９は、上部取付ベース１４のハイドレート排出管路に接続された背圧弁９０１と、背圧弁９０１での圧力を表示する背圧計Ａ９０２と、反応釜の排出圧力が基準を超えると自動的に放圧するように背圧弁９０１での圧力を調整する背圧ポンプＢ９０３及び背圧容器９０４と、受けたハイドレートを気液分離する気液分離器９０５と、分離したガスを受けて測定するガスタンク９０６と、分離した液体を測る重量計測器９０７とを備える。 As shown in FIG. 4, the back pressure system 9 includes a back pressure valve 901 connected to the hydrate discharge line of the upper mounting base 14, a back pressure gauge A902 that displays the pressure at the back pressure valve 901, and a reaction vessel. A back pressure pump B903 and a back pressure container 904 that adjust the pressure at the back pressure valve 901 so that the pressure is automatically released when the discharge pressure exceeds the standard, and a gas-liquid separator 905 that separates the received hydrate into gas and liquid. It includes a gas tank 906 that receives and measures the separated gas, and a weight measuring instrument 907 that measures the separated liquid.
図５に示されるように、給気システム５は、ガス圧縮機によってインナーチューブ１２にガスを注入し、ハイドレートを合成したり、ハイドレート貯留層の様々な採掘状態でのガス浸透率を測定したりする。たとえば、等温単相メタンガスを注入して出口でのガス流量を正確に測定し、且つダーシーの法則に従ってガス浸透率を測定することができる。 As shown in FIG. 5, the air supply system 5 injects gas into the inner tube 12 by a gas compressor to synthesize hydrates and measures the gas permeability of the hydrate reservoir in various mining states. To do. For example, isothermal single-phase methane gas can be injected to accurately measure the gas flow rate at the outlet, and the gas permeation rate can be measured according to Darcy's law.
給気システム５は、圧力ガスを発生させる空気圧縮機５０１と、空気圧縮機５０１が発生したガスを増圧するガスブースターポンプ５０２と、増圧した低圧ガスを貯蔵する低圧貯蔵タンク５０３と、増圧した高圧ガスを貯蔵する高圧貯蔵タンク５０４と、実験要求に応じてインナーチューブに所定圧力を供給するために低圧貯蔵タンク５０３又は高圧貯蔵タンク５０４を選択する調圧弁５０５と、排出ガスの流量の大きさを制御する流量コントローラ５０６と、ガス及び液体を冷却させる冷却器５０８とを備える。調圧弁５０５の前のガス路には、ガス加湿装置５０７が取り付けられる。該ガス加湿装置５０７は、液体を収容した耐圧容器であり、流れるガスを自然に加湿する。 The air supply system 5 includes an air compressor 501 that generates pressure gas, a gas booster pump 502 that boosts the gas generated by the air compressor 501, a low pressure storage tank 503 that stores the boosted low pressure gas, and a pressure booster. A high-pressure storage tank 504 that stores the high-pressure gas, a pressure regulating valve 505 that selects a low-pressure storage tank 503 or a high-pressure storage tank 504 to supply a predetermined pressure to the inner tube according to the experimental request, and a large flow rate of the exhaust gas. A flow controller 506 for controlling the pressure and a cooler 508 for cooling gas and liquid are provided. A gas humidifier 507 is attached to the gas passage in front of the pressure regulating valve 505. The gas humidifier 507 is a pressure-resistant container containing a liquid, and naturally humidifies the flowing gas.
冷却器５０８は、反応釜に注入されたガス及び液体を冷却させ、冷却処理後のガス及び液体は、反応釜におけるハイドレートの平衡状態を破壊することがない。空気圧縮機５０１として、型番ＧＣＳ５０の製品を使用することができ、設計圧力が１．０ＭＰａで、流量が０．４６５ｍ３／ｍｉｎであり、空気圧縮機５０１はさらに、管路システム全体のガスパージのために使用できる。該ガスブースターポンプ５０２として、型番ＧＢＤ６０、増圧比６０：１、最大出口圧力４９８Ｂａｒ、最大流量４０Ｌ／ｍｉｎのＳＩＴＥＣ型ガスブースターポンプを用い得る。低圧貯蔵タンク５０３は主に、空気圧縮機５０１で増圧した空気を貯蔵し、容積０．１ｍ３、作動圧力０．８ＭＰａ、設計圧力１ＭＰａといった条件を満たす必要がある。高圧貯蔵タンク５０２は、容積２０００ｍＬ、最大作動圧力５０ＭＰａといった条件を満たす必要がある。調圧弁５０５は、手動調圧弁以外、対応した圧力計を備え、主に増圧した高圧ガスを所望の作動圧力に調整するように機能する。手動調圧弁は、最大入口圧力が５０ＭＰａであり、出口圧力が０〜４０ＭＰａで調整可能である。流量コントローラ５０６としては、最大作動圧力が４０ＭＰａであり、データ収集システム２と通信可能に接続できる通信インターフェースを有するＢＯＮＣＯ製高圧流量計が使用される。 The cooler 508 cools the gas and liquid injected into the reaction kettle, and the gas and liquid after the cooling treatment do not break the equilibrium state of the hydrate in the reaction kettle. As the air compressor 501, a product of model number GCS50 can be used, with a design pressure of 1.0 MPa, a flow rate of 0.465 m 3 / min, and an air compressor 501 for further gas purging of the entire pipeline system. Can be used for. As the gas booster pump 502, a SITEC type gas booster pump having a model number GBD60, a pressure increase ratio of 60: 1, a maximum outlet pressure of 498 Bar, and a maximum flow rate of 40 L / min can be used. The low-pressure storage tank 503 mainly stores the air boosted by the air compressor 501, and must satisfy the conditions of a volume of 0.1 m 3 , an operating pressure of 0.8 MPa, and a design pressure of 1 MPa. The high-pressure storage tank 502 must satisfy conditions such as a volume of 2000 mL and a maximum operating pressure of 50 MPa. The pressure regulating valve 505 is provided with a corresponding pressure gauge other than the manual pressure regulating valve, and mainly functions to adjust the increased pressure gas to a desired operating pressure. The manual pressure regulating valve has a maximum inlet pressure of 50 MPa and an outlet pressure adjustable from 0 to 40 MPa. As the flow controller 506, a high-pressure flow meter manufactured by BONCO having a maximum operating pressure of 40 MPa and a communication interface capable of communicating with the data collection system 2 is used.
データ収集システム２は、データ処理ソフトウェアを有する制御システムを含み、制御システムは、パソコン、産業用コンピュータなどのデータ処理及び分析機能を有する設備であってもよい。制御システムは、データ処理ソフトウェアによって実験過程を制御するとともに、ＣＴ走査システム３及び実験過程に対して、画像及びデータの収集、分析及び結果の出力などを行う。 The data collection system 2 includes a control system having data processing software, and the control system may be equipment having data processing and analysis functions such as a personal computer and an industrial computer. The control system controls the experimental process by data processing software, and collects, analyzes, and outputs results of images and data for the CT scanning system 3 and the experimental process.
ＣＴ走査システムは、前記反応釜を収納し、反応釜におけるサンプルの反応過程での変化を走査し、具体的には、ＣＴ装置は三英公司製のマルチスケール岩石三次元走査イメージングシステム（オープン式マイクロフォーカスＸ線走査）である。 The CT scanning system houses the reaction vessel and scans changes in the reaction process of the sample in the reaction vessel. Specifically, the CT device is a multi-scale rock three-dimensional scanning imaging system (open type) manufactured by Sanei Corporation. Microfocus X-ray scanning).
作動するときに、取り付けられた反応釜１のインナーチューブ１１及びアウターチューブ１２には、各システムを同時に接続し、同じ主管路を介してインナーチューブ１２に液体、水、ガスを注入し、次に各システムを制御弁付きの分岐管を介して主管に接続し、必要に応じて、対応した制御弁を開弁すればよい。Ｘ光走査源を上部コネクタ１４と下部コネクタ１３の間におけるサンプル収納空間に正対するように、反応釜１をＣＴ走査システム３の走査室にセットする。その中、給気システム５は、反応釜１に所定圧力のメタンガスを提供し、注液システム６は、反応釜１におけるサンプルに水を提供し、円周圧力供給及び冷却システム４は、反応釜１に循環冷凍液を注入して反応サンプルを所定圧力での低温環境に保持し、背圧システム９は、反応釜１の先端に接続され、実験が終了した後に、先端の圧力と基端の圧力を同じに保持し、ＣＴ走査システム３は、反応サンプルの実験過程における変化の画像を走査し、データ収集システム２は、実験要求に応じて各システムの作動を制御し、実験過程における各種データを収集して分析して出力する。具体的な作動過程については、以下の方法の記載において詳細に説明する。 At the time of operation, each system is simultaneously connected to the inner tube 11 and the outer tube 12 of the attached reaction vessel 1, and liquid, water, and gas are injected into the inner tube 12 through the same main pipeline, and then Each system may be connected to the main pipe via a branch pipe with a control valve, and the corresponding control valve may be opened if necessary. The reaction vessel 1 is set in the scanning chamber of the CT scanning system 3 so that the X-ray scanning source faces the sample storage space between the upper connector 14 and the lower connector 13. Among them, the air supply system 5 provides the reaction kettle 1 with methane gas at a predetermined pressure, the liquid injection system 6 provides water to the sample in the reaction kettle 1, and the circumferential pressure supply and cooling system 4 provides the reaction kettle. A circulating freezing solution is injected into No. 1 to hold the reaction sample in a low temperature environment at a predetermined pressure, and the back pressure system 9 is connected to the tip of the reaction vessel 1, and after the experiment is completed, the pressure at the tip and the base end Keeping the pressure the same, the CT scanning system 3 scans images of changes in the reaction sample during the experimental process, the data acquisition system 2 controls the operation of each system according to the experimental requirements, and various data during the experimental process. Is collected, analyzed and output. The specific operation process will be described in detail in the description of the following method.
本実施形態では、非磁性透明のアウターチューブとインナーチューブを利用してＣＴ走査を行うとともに、実験過程を観察することを可能にし、このように、ハイドレートの反応過程をリアルタイムで監視して調整でき、貯留層の有効応力の作用でのハイドレートの分解過程における貯留層の孔隙率低下、浸透率低下の変化過程を正確に取得し、実際に地層からハイドレートを採掘するために確実で信頼できるデータを提供する。 In the present embodiment, it is possible to perform CT scanning using a non-magnetic transparent outer tube and inner tube and to observe the experimental process. In this way, the reaction process of hydrate is monitored and adjusted in real time. It is possible to accurately obtain the change process of the decrease in porosity and decrease in permeability of the reservoir in the process of decomposition of hydrate by the action of effective stress of the reservoir, and it is reliable and reliable to actually mine hydrate from the formation. Provide data that can be done.
本発明の一実施形態では、前述天然ガスハイドレートの分解過程の可視化実験装置の使用方法が開示されており、該使用方法は、一般的には、ステップ１００−ステップ６００を含む。 In one embodiment of the present invention, a method of using the above-mentioned visualization experimental device for the decomposition process of natural gas hydrate is disclosed, and the method of use generally includes steps 100-step 600.
ステップ１００において、対応した区域からのハイドレート含有泥質シルト層の原料をサンプルとして、乾燥させた後、反応釜のインナーチューブに仕込み、組み立てられた反応釜をＣＴ走査システムの内部にセットし、次に各補助システムを接続してデータ収集システムにより実験過程を制御する。
サンプルの乾燥は、焼き又はオーブンにより行われる。ここで、補助システムとは、前述した給気システム５、注液システム６、円周圧力供給及び冷却システム４並びに背圧システム９を指す。取り付けられた反応釜１を容易に安定的に保持するために、反応釜１の底部には、円形基台１７を設置し、反応釜１を下部取付ベース１３にて基台１７の円心に固定し、次に、基台１７を反応釜１とともにＣＴ走査システム３の載置台にセットし、ネジによって基台１７を載置台に固定して接続するようにしてもよい。
実験前、まず、給気システム５を用いて反応釜１にヘリウムガスを注入してシール性をテストすることによって、実験の正確性及び安全性を確保する。
Ｘ線と反応釜１との距離が走査要求を満たすように、データ収集システム２でＣＴ走査システム３のＸ線を調整する。
In step 100, the raw material of the hydrate-containing muddy silt layer from the corresponding area is sampled, dried, charged into the inner tube of the reaction kettle, and the assembled reaction kettle is set inside the CT scanning system. Next, each auxiliary system is connected and the experimental process is controlled by the data collection system.
The sample is dried by baking or oven. Here, the auxiliary system refers to the above-mentioned air supply system 5, liquid injection system 6, circumferential pressure supply and cooling system 4, and back pressure system 9. In order to easily and stably hold the attached reaction kettle 1, a circular base 17 is installed at the bottom of the reaction kettle 1, and the reaction kettle 1 is placed at the center of the base 17 by the lower mounting base 13. After fixing, the base 17 may be set together with the reaction kettle 1 on the mounting base of the CT scanning system 3, and the base 17 may be fixed to the mounting base with screws and connected.
Before the experiment, the accuracy and safety of the experiment are ensured by first injecting helium gas into the reaction vessel 1 using the air supply system 5 and testing the sealing property.
The data acquisition system 2 adjusts the X-rays of the CT scanning system 3 so that the distance between the X-rays and the reaction vessel 1 satisfies the scanning requirements.
ステップ２００において、注液システムを制御して下部取付ベースからインナーチューブに液体を注入し、円周圧力供給及び冷却システムを制御してアウターチューブに冷凍液を循環的に注入し、インナーチューブに対して降温を行うとともに円周圧力を提供し、その中、インナーチューブにおける液体の置換圧力勾配を３ＭＰａ／ｍとし、アウターチューブにおける円周圧力を置換圧力よりも０．２ＭＰａ大きく保持し、反応釜の出口圧力を大気圧とする。
液体の注入量については、内部に充填されたサンプルが水飽和状態となるようにする。ここで、注入される液体は、単相液体、具体的には、蒸留水である。反応釜１の上部取付ベース１４のインナーチューブ１２に接続された接続チャンネルから水が排出されているか否かを観察することにより、注水量が要求を満たすか否かを判定することができる。水が排出されると、内部が飽和状態となっており、水を排出した後にさらに蒸留水を１．５−２ＰＶ注入した後、注液システム６の作動を停止する。円周圧力供給及び冷却システム４に使用される冷凍液は、温度２℃の不凍液である。
In step 200, the liquid injection system is controlled to inject liquid from the lower mounting base into the inner tube, and the circumferential pressure supply and cooling system are controlled to periodically inject the frozen liquid into the outer tube to the inner tube. The temperature is lowered and the circumferential pressure is provided, in which the replacement pressure gradient of the liquid in the inner tube is set to 3 MPa / m, the circumferential pressure in the outer tube is maintained 0.2 MPa higher than the replacement pressure, and the reaction kettle The outlet pressure is atmospheric pressure.
Regarding the amount of liquid to be injected, the sample filled inside should be saturated with water. Here, the liquid to be injected is a single-phase liquid, specifically distilled water. By observing whether or not water is discharged from the connection channel connected to the inner tube 12 of the upper mounting base 14 of the reaction vessel 1, it is possible to determine whether or not the amount of water injected satisfies the requirement. When the water is discharged, the inside is saturated, and after the water is discharged, 1.5-2 PV of distilled water is further injected, and then the operation of the liquid injection system 6 is stopped. The freezing liquid used for the circumferential pressure supply and cooling system 4 is an antifreeze liquid having a temperature of 2 ° C.
ステップ３００において、インナーチューブにおけるサンプルが水飽和になった後、注液システムを閉じ、ガス注入システムを起動させて下部取付ベースからインナーチューブにガスを注入し、ガス置換圧力勾配を３ＭＰａ／ｍ未満にし、ガス流量が安定になると、１．５−２ｐｖでガスを持続的に注入する。
ここで注入されるガスはメタンであり、このとき、インナーチューブ１２の上端出口での圧力が大気圧である。ガス流速が安定になると、１．５−２ｐｖのガスを持続的に注入してもよい。
In step 300, after the sample in the inner tube is saturated with water, the injection system is closed, the gas injection system is activated to inject gas into the inner tube from the lower mounting base, and the gas replacement pressure gradient is less than 3 MPa / m. When the gas flow rate becomes stable, the gas is continuously injected at 1.5-2 pv.
The gas injected here is methane, and at this time, the pressure at the upper end outlet of the inner tube 12 is atmospheric pressure. When the gas flow rate becomes stable, 1.5-2 pv of gas may be continuously injected.
ステップ４００において、置換が終了した後、反応釜の出口端と背圧システムを接続し、背圧の圧力を給気圧力と同じに設定するとともに、拘束圧を同期して増大させ、サンプルの孔隙圧力が所定ガス圧力になると、ＣＴ走査システムを起動させてサンプルに対して走査を開始させ、現在状態でのサンプル画像を得る。
持続的に給気した後に、サンプルの孔隙圧力を次第に増大できるが、拘束圧の圧力を常に孔隙圧力よりも０．２ＭＰａ大きくする必要がある。ＣＴ走査を行うときに、ガス圧力と拘束圧を安定的に保持する必要がある。
In step 400, after the replacement is complete, the outlet end of the reaction vessel is connected to the back pressure system, the back pressure is set to be the same as the supply pressure, and the confining pressure is synchronously increased to create a gap in the sample. When the pressure reaches a predetermined gas pressure, the CT scanning system is activated to start scanning the sample to obtain a sample image in the current state.
After continuous air supply, the pore pressure of the sample can be gradually increased, but the confining pressure must always be 0.2 MPa higher than the pore pressure. It is necessary to stably maintain the gas pressure and the restraining pressure when performing the CT scan.
ステップ５００において、次に、背圧の圧力を入口圧力よりも０．０１ＭＰａ低く設定するとともに、拘束圧を設定圧力までに下げ、水和合成過程を持続的に行い、ハイドレートの合成が終了すると、円周圧力の圧力を増大させて地層圧力でのハイドレートの貯留層状態をシミュレーションし、該過程を走査し、サンプルの反応過程の画像を取得する。 In step 500, next, when the back pressure is set 0.01 MPa lower than the inlet pressure, the confining pressure is lowered to the set pressure, the hydrate synthesis process is continuously performed, and the hydrate synthesis is completed. , The pressure of the circumferential pressure is increased to simulate the state of the reservoir of hydrate at the stratum pressure, the process is scanned, and the image of the reaction process of the sample is acquired.
ステップ６００において、実験が終了した後、取得したＣＴ画像に対してグレースケール処理及び三次元再構成を行い、設定条件で地層ハイドレートを採掘するときのハイドレートの分解状態及び貯留層の構造変化を取得することができる。 In step 600, after the experiment is completed, the acquired CT image is subjected to grayscale processing and three-dimensional reconstruction, and the decomposition state of the hydrate and the structural change of the reservoir when the stratum hydrate is mined under the set conditions. Can be obtained.
本実施形態では、泥質シルト貯留層のサンプルに対しては、１ＭＰａの有効応力でハイドレートの合成及び分解の実験を行い、実験結果から、貯留層の有効応力の作用で、ハイドレートが分解するのに伴い、貯留層の孔隙率が低下し、浸透率が低下することが明らかになる。泥質シルト貯留層では、それにおけるハイドレートが分解すると、以下の２つの効果がある。１、ハイドレートが分解すると、貯留層の孔隙空間が大きくなり、孔隙率が増大する。２、貯留層の圧力が下がりハイドレートが分解し、その結果、貯留層の有効応力が大きくなり、圧縮作用で貯留層の孔隙空間が低下する。実験結果から、２種の作用で貯留層の孔隙率が最終的に低下し、浸透率が低下することが明らかになり、このことから、泥質シルト貯留層の場合は、ハイドレートの分解過程において地層の有効応力が貯留層の孔隙率及び浸透率の変化に対して支配的な作用を果たすことが分かった。 In the present embodiment, an experiment of hydrate synthesis and decomposition is performed on a sample of a muddy silt reservoir with an effective stress of 1 MPa, and from the experimental results, the hydrate is decomposed by the action of the effective stress of the reservoir. As a result, it becomes clear that the porosity of the reservoir decreases and the permeation rate decreases. In the pelitic silt reservoir, decomposition of the hydrate in it has the following two effects. 1. When hydrate is decomposed, the pore space of the reservoir becomes large and the porosity increases. 2. The pressure of the reservoir decreases and the hydrate decomposes. As a result, the effective stress of the reservoir increases, and the pore space of the reservoir decreases due to the compression action. From the experimental results, it was clarified that the porosity of the reservoir finally decreased and the permeation rate decreased due to the two actions. From this, in the case of the pelitic silt reservoir, the decomposition process of hydrate. It was found that the effective stress of the formation plays a dominant role in the changes in the porosity and permeability of the reservoir.
本発明の一実施形態では、サンプルに対して地層圧力をシミュレーションした状態で、背圧の圧力をサンプルの両端の圧力が採掘状態での圧力差となるように設定し、ＣＴ走査システムによって該過程でのサンプルにおけるハイドレートの分解画像を取得する採掘シミュレーションステップをさらに追加してもよい。 In one embodiment of the present invention, the back pressure is set so that the pressures at both ends of the sample are the pressure difference in the mining state in a state where the formation pressure is simulated for the sample, and the process is performed by the CT scanning system. Further mining simulation steps may be added to obtain an exploded image of the hydrate in the sample at.
以下、具体的な実施例にて、本実験装置の使用過程を説明する。
１．泥質シルトサンプルを準備し、オーブンにおいて１２時間乾燥させる。サンプルを取り出して直径２ｍｍ程度の粒子に粉砕する。６ｇのサンプルを反応釜のキャビティに仕込む。
２．低温高圧システムを組み立てる。反応釜を基台でフォーカスＸ線ＣＴ装置のステージに固定し、ガス注入システムと拘束圧循環システムのパイプラインを接続する。ヘリウムガスを使用してシステムに対してシール性をテストする。
３．ガス注入システムの弁Ｖ１を閉弁し、注液システムの弁Ｖ２及び拘束圧冷却循環システムを開いて、冷循環温度を２℃に設定し、ガス背圧システムの弁Ｖ４を閉弁し、反応釜の出口端の弁Ｖ３を開弁し、出口端の圧力を大気圧にする。液体注入圧力を０．７ＭＰａに設定する。拘束圧システムの圧力を０．６ＭＰａに設定する。液体注入ポンプを起動させ、単相液体（蒸留水）を使用してサンプルを飽和させる。出口端で水が現れると、蒸留水を１．５−２ＰＶ引き続き注入する。
４．注液システムの弁Ｖ２を閉弁する。注液システムと反応釜を連通させる。０．７ＭＰａのメタンガスを用いて反応釜における水飽和のサンプルに対して置換実験を行う。給気口端でガス流量計により測量したところ、流体流速が安定になると、１．５−２ｐｖのガスを引き続き注入する。
５．置換が終了した後、弁Ｖ３を閉弁し、弁Ｖ４を開弁し、反応釜の出口端と背圧システムを接続する。背圧の圧力を給気圧力と同じに設定する。前のガス圧力を保持したままでガスを注入し続け、サンプルの孔隙圧力を次第に増大させるとともに、拘束圧を同期して増大させ、拘束圧の圧力を孔隙圧力よりも０．２ＭＰａ大きく保持する。孔隙圧力を８ＭＰａに増大し、拘束圧の圧力を８．２ＭＰａにする。ガス圧力と拘束圧を安定的に保持する。このとき、Ｘ線ＣＴ走査を行う。
６．ＣＴ走査が終了した後、背圧を７．９８ＭＰａに設定し、循環液を減圧させ、給気口を開放したままで反応釜にガスを持続的に供給し、ガスが反応釜に連続的に入るようにする。円周圧力の循環圧力を設定圧力までに下げてハイドレート合成実験を行う。
７．ハイドレート合成が終了するまで、このような状態を１２時間維持する。
８．走査が終了した後、拘束圧循環システムの圧力を９ＭＰａまでに増大させ、このときに、１ＭＰａの地層圧力でのハイドレート貯留層の状態をシミュレーションすることができる。次に、ＣＴ走査及び三次元再構成を行う。結果は図６及び７に示されている。
９．減圧採掘過程をシミュレーションする。具体的には、ガス供給弁を閉弁し、背圧の圧力を２ＭＰａに設定し、同時に拘束圧の圧力を３ＭＰａに設定し、反応釜におけるメタンを分解させる。分解が終了した後、貯留層に対してＣＴ走査を行い、得られたＣＴ画像に対してグレースケール処理及び三次元再構成を行い、ハイドレートの分解状態及び貯留層の構造変化を観察する。結果は図８及び９に示されている。
Hereinafter, the process of using this experimental device will be described with specific examples.
1. 1. A muddy silt sample is prepared and dried in the oven for 12 hours. The sample is taken out and pulverized into particles having a diameter of about 2 mm. A 6 g sample is placed in the cavity of the reaction vessel.
2. 2. Assemble a low temperature and high pressure system. The reaction kettle is fixed to the stage of the focus X-ray CT apparatus on the base, and the pipeline of the gas injection system and the restraint pressure circulation system is connected. Test the sealability on the system using helium gas.
3. 3. The valve V1 of the gas injection system is closed, the valve V2 of the liquid injection system and the confined pressure cooling circulation system are opened, the cold circulation temperature is set to 2 ° C., the valve V4 of the gas back pressure system is closed, and the reaction is carried out. The valve V3 at the outlet end of the kettle is opened to bring the pressure at the outlet end to atmospheric pressure. Set the liquid injection pressure to 0.7 MPa. The pressure of the restraint pressure system is set to 0.6 MPa. Start the liquid injection pump and saturate the sample using a single-phase liquid (distilled water). When water appears at the outlet end, continue to inject 1.5-2 PV of distilled water.
4. Close the valve V2 of the infusion system. Communicate the liquid injection system and the reaction kettle. A substitution experiment is performed on a water-saturated sample in the reaction vessel using 0.7 MPa of methane gas. When the fluid flow velocity became stable as measured by a gas flow meter at the end of the air supply port, 1.5-2 pv of gas was continuously injected.
5. After the replacement is complete, the valve V3 is closed, the valve V4 is opened, and the outlet end of the reaction kettle is connected to the back pressure system. Set the back pressure to be the same as the supply pressure. The gas is continuously injected while maintaining the previous gas pressure, the pore pressure of the sample is gradually increased, and the confining pressure is synchronously increased to maintain the confining pressure pressure 0.2 MPa higher than the pore pressure. The pore pressure is increased to 8 MPa and the confining pressure is 8.2 MPa. Stable gas pressure and restraint pressure. At this time, X-ray CT scanning is performed.
6. After the CT scan is completed, the back pressure is set to 7.98 MPa, the circulating fluid is depressurized, the gas is continuously supplied to the reaction kettle with the air supply port open, and the gas is continuously supplied to the reaction kettle. Try to enter. Perform a hydrate synthesis experiment by reducing the circulating pressure of the circumferential pressure to the set pressure.
7. Such a state is maintained for 12 hours until the hydrate synthesis is completed.
8. After the scanning is complete, the pressure of the restraint pressure circulation system can be increased to 9 MPa, at which time the state of the hydrate reservoir at a stratum pressure of 1 MPa can be simulated. Next, CT scanning and three-dimensional reconstruction are performed. The results are shown in FIGS. 6 and 7.
9. Simulate the decompression mining process. Specifically, the gas supply valve is closed, the back pressure is set to 2 MPa, and at the same time, the restraining pressure is set to 3 MPa to decompose methane in the reaction vessel. After the decomposition is completed, CT scanning is performed on the reservoir, grayscale processing and three-dimensional reconstruction are performed on the obtained CT image, and the decomposition state of hydrate and the structural change of the reservoir are observed. The results are shown in FIGS. 8 and 9.
なお、当業者であれば、本明細書において本発明の複数の例示的な実施例を詳細に示して説明したが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、本発明の開示内容に基づいて本発明の原理に合致する複数の変形又は修正を直接決定又は導出することができることを認識するべきである。このため、本発明の範囲は、これらの変形又は修正をすべて含むと理解されるべきである。 Although those skilled in the art have described in detail a plurality of exemplary embodiments of the present invention in the present specification, they are based on the disclosed contents of the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention. It should be recognized that multiple modifications or modifications consistent with the principles of the present invention can be directly determined or derived. For this reason, the scope of the invention should be understood to include all of these modifications or modifications.
１−反応釜；２−データ収集システム；３−ＣＴ走査システム；４−円周圧力供給及び冷却システム；５−給気システム；６−注液システム；７−間隔；８−支持フレーム；９−背圧システム；１１−アウターチューブ；１２−インナーチューブ；１３−下部取付ベース；１４−上部取付ベース；１５−上部コネクタ；１６−下部コネクタ；１７−基台；１３１−下接続チャンネル；１４１−上接続チャンネル；５０１−空気圧縮機；５０２−ガスブースターポンプ；５０３−低圧貯蔵タンク；５０４−高圧貯蔵タンク；５０５−調圧弁；５０６−流量コントローラ；５０７−ガス加湿装置；５０８−冷却器；６０１−定速定圧ポンプ；６０２−圧力調整ピストン；６０３−四方弁；７１−点状支持ベース；７２−制振シリコーンゴムパッド；７３−取付溝；７４−ＣＣＤカメラブラケット；７５−電動ズームレバー；７６−磁気校正レバー；７７−磁気識別ストリップ；８１−回転歯車；８２−揺れ止め弾性パッド；８３−環状回転校正ディスク；８４−歯付き回転ディスク；９０１−背圧弁；９０２−背圧計Ａ；９０３−背圧計Ｂ；９０４−背圧容器；９０５−気液分離器；９０６−ガスタンク；９０７−重量計測器。 1-Reactor; 2-Data acquisition system; 3-CT scanning system; 4-Circular pressure supply and cooling system; 5-Air supply system; 6-Injection system; 7-Interval; 8-Support frame; 9- Back pressure system; 11-outer tube; 12-inner tube; 13-bottom mounting base; 14-top mounting base; 15-top connector; 16-bottom connector; 17-base; 131-bottom connection channel; 141-top Connection channel; 501-air compressor; 502-gas booster pump; 503-low pressure storage tank; 504-high pressure storage tank; 505-pressure regulating valve; 506-flow controller; 507-gas humidifier; 508-cooler; 601 Constant Speed Constant Pressure Pump; 602-Pressure Adjusting Piston; 603-Square Valve; 71-Point Support Base; 72-Vibration Damping Silicone Rubber Pad; 73-Mounting Groove; 74-CCD Camera Bracket; 75-Electric Zoom Lever; 76-Magnetic Calibration lever; 77-Magnetic identification strip; 81-Rotating gear; 82-Anti-sway elastic pad; 83-annular rotary calibration disc; 84-Toothed rotary disc; 901-Back pressure valve; 902-Back pressure gauge A; 903-Back pressure gauge B; 904-back pressure vessel; 905-gas-liquid separator; 906-gas tank; 907-weight measuring instrument.
Claims (10)
反応釜、それぞれ前記反応釜に接続された状態調整システム及びＣＴ走査システムを備え、前記反応釜の内部には、データ収集システムが取り付けられ、且つ前記データ収集システムがプロセッサを介して前記状態調整システム及びＣＴ走査システムにフィードバック可能に接続され、
前記反応釜は、いずれも非磁性の透明中空のアウターチューブとインナーチューブを含み、前記インナーチューブと前記アウターチューブの間には、間隔が開けられており、前記間隔には、均等に配置されている点状支持ベースが複数設けられ、点状支持ベース間には、制振シリコーンゴムパッドによりインナーチューブの表面の周りに複数の取付溝が設置され、各前記取付溝には、ＣＣＤカメラブラケットが設置され、前記ＣＣＤカメラブラケットには、電動ズームレバーが取り付けられ、
前記ＣＴ走査システムは、前記反応釜を内部にセットする走査室と、前記反応釜におけるサンプルの反応過程をＸ線ＣＴ走査するＣＴ装置と、前記インナーチューブに設置された複数本の磁気校正レバーとを含み、複数本の前記磁気校正レバーは、インナーチューブの初期位置をゼロ点としてインナーチューブの内壁に均等に配置されており、且つ異なる位置における磁気校正レバーには、ゼロ点に対する回動角度に応じた異なる長さ及び異なる磁気強度の磁気識別ストリップが設置され、
Ｘ線と反応釜との距離が走査要求を満たすように、前記データ収集システムで前記ＣＴ走査システムのＸ線を調整し、サンプルに対して走査を開始させてサンプル画像を得ることを特徴とする堆積物の構造変化の可視化実験装置。 An experimental device for visualizing structural changes in sediments
Kettle, each comprising the reaction connected conditioning systems and CT scanning system to the kettle, the interior of the reactor, the data acquisition system is mounted, wherein the conditioning system and the data collection system via the processor And connected to the CT scanning system for feedback
Each of the reaction kettles includes a non-magnetic transparent hollow outer tube and an inner tube, and a space is provided between the inner tube and the outer tube, and the reaction pots are evenly arranged at the space. A plurality of point-shaped support bases are provided, and between the point-shaped support bases, a plurality of mounting grooves are installed around the surface of the inner tube by a vibration-damping silicone rubber pad, and a CCD camera bracket is installed in each of the mounting grooves. An electric zoom lever is attached to the CCD camera bracket.
The CT scanning system includes a scanning chamber in which the reaction vessel is set , a CT device that scans the reaction process of a sample in the reaction vessel by X-ray CT, and a plurality of magnetic calibration levers installed in the inner tube. The plurality of magnetic calibration levers are evenly arranged on the inner wall of the inner tube with the initial position of the inner tube as the zero point, and the magnetic calibration levers at different positions have a rotation angle with respect to the zero point. magnetic signature strip lengths and different magnetic intensities differ depending is installed,
The data acquisition system adjusts the X-rays of the CT scanning system so that the distance between the X-rays and the reaction vessel satisfies the scanning requirements, and starts scanning the sample to obtain a sample image. Visualization experimental device for structural changes in sediments.
対応した区域からのハイドレート含有泥質シルト層の原料をサンプルとして、乾燥させた後、反応釜のインナーチューブに仕込み、組み立てられた反応釜をＣＴ走査システムの内部にセットし、次に各補助システムを接続し、データ収集システムにより実験過程を制御するステップ１００と、
状態調整システムで反応釜の内部に液体を注入し、インナーチューブとアウターチューブの温度、円周圧力及び置換圧力勾配を調整するステップ２００と、
ゼロ点の位置でＣＴ走査システムを起動させ、サンプルに対して走査を開始させ、現在状態でのサンプル画像を得て、それと同時にＣＣＤカメラを起動させてズーム作用によりサンプルの表面の変化している動画像を撮像し、この過程に対して走査して撮像し、サンプルの反応過程の画像を取得するステップ３００と、
反応釜を回動させ、インナーチューブの各位置調整にして、上記ステップを設定回数まで繰り返し、実験が終了した後、ＣＣＤ動画像と組み合わせて取得したＣＴ画像に対してグレースケール処理及び三次元再構成を行うステップ４００とを含むことを特徴とするシミュレーション方法。 A method for simulating a visualization experiment of structural changes in sediments using the visualization experiment apparatus according to any one of claims 1-6 .
The raw material of the hydrate-containing muddy silt layer from the corresponding area is sampled, dried, charged into the inner tube of the reaction kettle, the assembled reaction kettle is set inside the CT scanning system, and then each auxiliary Step 100, where the system is connected and the experimental process is controlled by the data collection system,
Step 200, in which a liquid is injected into the reaction vessel with a state adjustment system to adjust the temperature, circumferential pressure, and replacement pressure gradient of the inner tube and outer tube,
The CT scanning system is started at the zero point position, scanning is started for the sample, the sample image in the current state is obtained, and at the same time, the CCD camera is started and the surface of the sample is changed by the zoom action. Step 300, in which a moving image is imaged, scanned and imaged for this process, and an image of the reaction process of the sample is acquired.
The reaction kettle is rotated to adjust each position of the inner tube, the above steps are repeated up to the set number of times, and after the experiment is completed, the CT image acquired in combination with the CCD moving image is subjected to grayscale processing and three-dimensional regeneration. A simulation method comprising the step 400 of performing the configuration.
注液システムを制御して下部取付ベースからインナーチューブへ液体を注入し、円周圧力供給及び冷却システムを制御してアウターチューブに冷凍液を循環的に注入、インナーチューブに対して降温を行うとともに円周圧力を提供し、その中、インナーチューブにおける液体の置換圧力勾配を３ＭＰａ／ｍとし、アウターチューブにおける円周圧力を置換圧力よりも０．２ＭＰａ大きく保持し、反応釜の出口圧力を大気圧とするステップ２０１と、
インナーチューブにおけるサンプルが水飽和になった後、注液システムを閉じ、ガス注入システムを起動させて下部取付ベースからインナーチューブにガスを注入し、ガスの置換圧力勾配を３ＭＰａ／ｍ未満にし、ガスの流量が安定になると、１．５−２ｐｖでガスを持続的に注入するステップ２０２と、
置換が終了した後、反応釜の出口端と背圧システムを接続し、背圧の圧力を給気圧力と同じに設定するとともに、拘束圧を同期して増大させ、サンプルの孔隙圧力を所定ガス圧力にするステップ２０３と、
背圧の圧力を入口圧力よりも０．０１ＭＰａ低く設定するとともに、拘束圧を設定圧力までに下げ、水和合成過程を持続的に行い、ハイドレートの合成が終了すると、円周圧力の圧力を増大して地層圧力でのハイドレートの貯留層状態をシミュレーションするステップ２０４とを含み、
サンプルに対して地層圧力をシミュレーションした状態で、背圧の圧力をサンプルの両端の圧力が採掘状態での圧力差となるように設定し、この過程においてサンプルにおけるハイドレートが次第に分解する採掘シミュレーションステップをさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の可視化実験のシミュレーション方法。 The step 200 is
The liquid injection system is controlled to inject liquid from the lower mounting base into the inner tube, and the circumferential pressure supply and cooling system are controlled to circulate the frozen liquid into the outer tube to lower the temperature of the inner tube. A circumferential pressure is provided, in which the replacement pressure gradient of the liquid in the inner tube is 3 MPa / m, the circumferential pressure in the outer tube is held 0.2 MPa higher than the replacement pressure, and the outlet pressure of the reaction vessel is atmospheric pressure. Step 201 and
After the sample in the inner tube is saturated with water, the injection system is closed, the gas injection system is activated to inject gas into the inner tube from the lower mounting base, and the gas replacement pressure gradient is set to less than 3 MPa / m. When the flow rate of the gas becomes stable, step 202 of continuously injecting gas at 1.5-2 pv and
After the replacement is completed, the outlet end of the reaction vessel is connected to the back pressure system, the back pressure is set to be the same as the supply air pressure, the confining pressure is increased synchronously, and the pore pressure of the sample is set to the specified gas. Step 203 to make pressure
The back pressure is set 0.01 MPa lower than the inlet pressure, the restraint pressure is lowered to the set pressure, the hydrate synthesis process is continuously performed, and when the hydrate synthesis is completed, the circumferential pressure is reduced. Including step 204 and step 204 to simulate the state of the hydrate reservoir at increasing geological pressure.
A mining simulation step in which the back pressure is set so that the pressure at both ends of the sample is the pressure difference in the mining state while the geological pressure is simulated for the sample, and the hydrate in the sample gradually decomposes in this process. The simulation method of the visualization experiment according to claim 7, further comprising.
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