[發(fā)明專利]水合物微觀滲流實驗裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810225466.6
• 申請日: 2008-10-31
• 公開（公告）號: CN101393103A
• 公開（公告）日: 2009-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張旭輝;趙京;王愛蘭;魯曉兵;王淑云
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院力學(xué)研究所
• 主分類號: G01N11/00
• 分類號: G01N11/00;G01N13/04
• 代理公司: 北京中創(chuàng)陽光知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 尹振啟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水合物研究領(lǐng)域，尤其是一種水合物微觀滲流實驗裝置。

背景技術(shù)

隨著油氣可開采量的逐漸減少和消耗量的逐漸增加，水合物開采的迫切性日益顯著。為了研究深海海域含不同沉積物的天然氣水合物的物理和力學(xué)特性，為我國海洋天然氣水合物的開采提供準(zhǔn)確參數(shù)，必須弄清楚天然氣水合物的分解條件、熱力學(xué)參數(shù)、力學(xué)參數(shù)、分解前后的地層的材料參數(shù)變化等等，為開采可行性分析、開采方法、開采后地層穩(wěn)定性提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。通過研究得知，水合物開采時，通過降壓或者升溫，固體水合物在海底孔隙內(nèi)分解為氣、水、水蒸氣，產(chǎn)生很大的孔隙壓力，多相滲流將在孔穴-喉道結(jié)構(gòu)的海底孔隙內(nèi)發(fā)生，其過程中含有相變，較常規(guī)的油氣水滲流有顯著區(qū)別。因此，為弄清水合物分解后的宏觀滲流特性，必須首先弄清楚其微觀滲流特性，所以，建立一套水合物分解后微觀滲流實驗裝置十分必要。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種準(zhǔn)確模擬水合物的開采前后的真實環(huán)境，以保證實驗過程中數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性的水合物微觀滲流實驗裝置。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明水合物微觀滲流實驗裝置，包括CCD觀測處理系統(tǒng)、玻璃硅片模型、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和氣液注入裝置，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觀滲流的微通道，氣液注入裝置用于提供水合物的形成和微觀滲流的條件，CCD觀測處理系統(tǒng)用于觀測并記錄水合物的形成和微觀滲流的過程，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用于采集實驗整個過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步，所述孔穴為毫米到微米量級，所述微通道為微米到納米量級。

進(jìn)一步，所述玻璃硅片模型上用PDMS膜進(jìn)行封裝。

進(jìn)一步，所述CCD觀測處理系統(tǒng)采用PIV技術(shù)，通過在流場中散播示蹤粒子，從而得到所述微通道內(nèi)多相流動流體的速度場。

本發(fā)明通過在玻璃硅片模型上設(shè)置于水合物合成的孔穴和用于水合物微觀滲流的微通道，模擬了海底地層孔穴-喉道結(jié)構(gòu)，并可通過高強透明玻璃封蓋進(jìn)行觀測流型、計算平均流速等目的，達(dá)到微觀流動的定量化描述，為水合物分解后微觀流動研究提供了十分必要的工具。

附圖說明

圖1為本實用新型裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為玻璃硅片模型結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

如圖1、圖2所示，本發(fā)明水合物微觀滲流實驗裝置，包括CCD觀測處理系統(tǒng)、玻璃硅片模型9、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)5和氣液注入裝置，其中CCD觀測處理系統(tǒng)包括觀測系統(tǒng)2和圖像處理系統(tǒng)1，其用于觀測并記錄水合物的形成和微觀滲流的過程；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)5用于采集壓力傳感器4、溫度傳感器10、壓力傳感器6等實驗整個過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)；氣液注入裝置包括高壓氣瓶3和微型注水壓力泵8，其用于提供水合物的形成和微觀滲流的條件；玻璃硅片模型9包括用于水合物合成的孔穴11和用于水合物微觀滲流的微通道12，玻璃硅片模型9上用PDMS膜進(jìn)行封裝；實驗中玻璃硅片模型9放置在圍壓及溫控系統(tǒng)平臺7上，以使其處于高壓低溫環(huán)境中。

玻璃硅片模型9中，孔穴11為實現(xiàn)水合物的合成部分，這部分模擬海底大孔穴，孔穴11為毫米到微米量級，氣體與水飽和后注入孔穴11，然后孔穴11入口與氣體連通保持壓力，微通道12出口處與水連接，保持壓力，控制溫度(水浴)，合成固體水合物。微通道12為實現(xiàn)水合物的觀滲流觀測部分，這部分模擬微通道內(nèi)多相流(主要兩相流)，微通道12為微米到納米量級，合成部分實現(xiàn)后，關(guān)閉孔穴11入口，開通微通道12出口，通過對孔穴11處降壓或者升溫使固體水合物分解為氣體和液體，產(chǎn)生孔隙壓力，形成氣液兩相流動或者多相流。

多相微流動觀測利用PIV技術(shù)，通過在流場中散播示蹤粒子，激光片光源照射所測流場區(qū)域，使用CCD等攝像設(shè)備采集圖像：

1.獲取微通道內(nèi)多相流動的流型；

2.獲取示蹤粒子的運動圖像并記錄相鄰兩幀圖像序列之間的時間間隔，并對拍攝到的連續(xù)兩幅PIV圖像進(jìn)行互相關(guān)分析，識別示蹤粒子圖像的位移，從而得到流體的速度場，進(jìn)行多相流動分析。

本發(fā)明水合物微觀滲流實驗裝置一方面模擬海底地層孔穴-喉道結(jié)構(gòu)，一方面利用半導(dǎo)體硅片光刻技術(shù)，將微通道尺度刻蝕到微米納米量級，并可通過高強透明玻璃封蓋進(jìn)行觀測流型計算平均流速等目的，達(dá)到微觀流動的定量化描述，為水合物分解后微觀流動研究提供了十分必要的工具。