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原文传递一种沉积物结构变化的可视实验装置及模拟方法

专利名称：	一种沉积物结构变化的可视实验装置及模拟方法
摘要：	本发明实施例公开了一种沉积物结构变化的可视实验装置，包括反应釜、分别与所述反应釜连接的状态调节系统和CT扫描系统，在所述反应釜内安装有数据采集系统，且所述数据采集系统通过处理器与状态调节系统反馈连接；所述反应釜包括均为无磁透明空心的外管和内管，所述内管与所述外管之间设有间隔，在所述间隔内通过电动变焦杆安装有CCD相机支架，所述CT扫描系统包括外置的CT成像装置和若干根设置在内管的磁性校准杆，所述磁性校准杆设置有磁性标识条；本发明通过综合应用CT扫描和动态摄像，将整个实验过程全部纳入观察的范围内，而且在实验过程中能够随时调整和监控水合物的反应过程，精确获取不同应力作用下水合物的变化过程。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	广东;44
申请人：	广州海洋地质调查局
发明人：	邱海峻;陆程;孙晓晓;陆红锋;马超;李占钊;耿澜涛;王偲;刘纪勇
专利状态：	有效
申请日期：	2019-06-13T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-30T00:00:00+0800
申请号：	CN201910511418.1
公开号：	CN110186832A
代理机构：	北京和信华成知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	胡剑辉
分类号：	G01N15/08(2006.01);G;G01;G01N;G01N15
申请人地址：	510098 广东省广州市环市东路477号大院
主权项：	1.一种沉积物结构变化的可视实验装置，其特征在于，包括反应釜、分别与所述反应釜连接的状态调节系统和CT扫描系统，在所述反应釜内安装有数据采集系统，且所述数据采集系统通过处理器与状态调节系统反馈连接；所述反应釜包括均为无磁透明空心的外管和内管，所述内管与所述外管之间设有间隔，所述间隔内设置有若干个均匀分布的点状支撑座，在点状支撑座之间通过减振硅胶垫绕着内管表面设置有若干个安装凹槽，在每个所述安装凹槽上均设置有CCD相机支架，所述CCD相机支架上安装有电动变焦杆；所述CT扫描系统包括外置的CT成像装置和若干根设置在内管的磁性校准杆，若干根所述磁性校准杆以内管的初始位置为零点均匀分布在内管的内壁，且位于不同位置上的磁性校准杆按照与零点转动的角度设置不同长度和不同磁性强度的磁性标识条。 2.根据权利要求1所述的可视实验装置，其特征在于，所述外管两端分别设置有内置连接通道的上安装座和下安装座，所述内管的两端分别设有带有空心通道的上接头和下接头，所述上接头和下接头分别与所述上安装座和下安装座对应连接将内管固定所述外管的内部。 3.根据权利要求2所述的可视实验装置，其特征在于，所述上安装座和下安装座分别设置有带外螺纹的插头，所述外管通过两端的内螺纹拧在所述插头上，在所述插头上设置有内螺纹孔，所述上接头和下接头的一端分别通过外螺纹拧在所述插头的内螺纹孔中，所述上接头和下接头的另一端分别密封插入所述内管的两端内，所述上接头和下接头之间的内管空间为样品的反应空间。 4.根据权利要求1所述的可视实验装置，其特征在于，所述状态调节系统包括进气系统、注液系统、环压冷却系统和回压系统，所述进气系统由所述反应釜的底端向所述反应釜内供指定压力的甲烷气体，所述注液系统由所述反应釜的底端向所述反应釜内注入液体，所述环压冷却系统用于通过向所述反应釜中注入循环冷冻液来使所述反应样品保持在指定压力下的低温环境中，同时提供实验所需样品环压，所述回压系统与所述反应釜的顶端连接，用于在实验中保持系统压力处于任一设定压力不变。 5.根据权利要求4所述的可视实验装置，其特征在于，所述环压冷却系统的输入管路与所述上安装座的连接通道连接，以向所述外管的内壁与所述内管之间的空间注入冷冻液，所述上安装座通过连接通道与所述环压冷却系统的输出管路连接以排出冷冻液。 6.根据权利要求1所述的可视实验装置，其特征在于，所述外管两端外侧均设置有托举架，所述托举架上均安装有旋转齿轮，所述旋转齿轮通过设置在托举架内部的伺服电机驱动，在所述旋转齿轮侧面安装有环形旋转标定盘，在所述外管的两端端部固定安装有与旋转齿轮啮合的齿形转盘，所述旋转齿轮在齿形转盘内转动0-360°，且在所述旋转齿轮和齿形转盘之间设置有防晃动弹性垫。 7.一种沉积物结构变化的可视化实验模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤100、选取相应地区的水合物泥质粉砂层原料作为样品，干燥后加入反应釜的内管中，组装好反应釜后放置在CT扫描系统内，然后连接各辅助系统，然后通过数据采集系统控制实验过程；步骤200、通过状态调节系统向反应釜内注入液体，并且调节内管和外管的温度、环压和驱替压力梯度；步骤300、在零点位置启动CT扫描系统对样品开始扫描并得到当前状态下的样品图像，与此同时启动CCD相机通过变焦作用拍摄样品表面变换的动态图，对该过程进行扫描和摄像以获取样品反应过程的图像；步骤400、转动反应釜，调整内管的不同位置重复上述步骤直至完成设定的次数，实验完成后，结合CCD动态图像对所获得的CT图像进行灰度处理及三维重建。 8.根据权利要求7所述的可视化实验模拟方法，其特征在于，驱替的具体步骤为：步骤201、控制注液系统由下安装座向内管中注入液体，控制环压冷却系统向外管内循环注入冷冻液以对内管降温并同时提供环压，其中，内管中液体的驱替压力梯度为3MPa/m，而外管中的环压保持比驱替压力大0.2MPa；反应釜的出口压力为大气压；步骤202、在内管中的样品水饱和后关闭注液系统，打开气体注入系统由下安装座向内管中注入气体，气体驱替压力梯度小于3MPa/m，在气体流量稳定后持续按1.5-2pv注入气体；步骤203、在驱替完成后，连接反应釜的出口端和回压系统，设置回压压力与进气压力相同，同时同步增大围压，在样品的孔隙压力达到预定气体压力；步骤204、将回压压力设置低于进口压力0.01MPa，同时将围压降至设定压力，持续进行水合合成过程，并直至水合物合成完成，再增大环压压力以模拟地层压力下的水合物储层状态；还包括模拟开采步骤：在对样品模拟地层压力的状态下，设置回压压力，使样品两端的压力形成开采状态下的压差，在该过程中样品内的水合物逐步分解。 9.根据权利要求7所述的可视化实验模拟方法，其特征在于，所述注液系统注入的单相液体为蒸馏水，所述样品水饱和后注入的气体为甲烷，所述冷冻液为防冻液，温度为2℃。 10.根据权利要求7所述的可视化实验模拟方法，其特征在于，在实验前，还需要通过所述注气系统利用氦气进行气密性检测。
所属类别：	发明专利