本发明专利技术涉及一种水合物分解细观气液运移的识别测试系统，包括片层水合物制备模块、采集模块和量化分析模块，所述片层水合物制备模块包括透明实验土槽、设于所述透明实验土槽上的片层水合物试样以及覆盖于所述片层水合物试样上的透明土槽盖板，所述片层水合物试样呈圆饼状，且外侧套设有环状透水石；所述采集模块实时采集所述片层水合物试样在气液运移过程中的图像及各参数，并将图像及各参数输入所述量化分析模块进行处理，获取所述片层水合物试样的有效渗流孔隙率。与现有技术相比，本发明专利技术能够解决水合物分解过程中细观气液运移实时观测困难、关键信息提取效率低、量化分析困难等问题。难等问题。难等问题。
【技术实现步骤摘要】
一种水合物分解细观气液运移的识别测试系统
[0001]本专利技术涉及天然气水合物开发领域，尤其是涉及一种水合物分解细观气液运移的识别测试系统。
技术介绍
[0002]天然气水合物是由天然气分子(主要成分甲烷)和水分子在低温高压下形成的笼型结晶化合物，广泛分布在海底和陆地永冻区。天然气水合物是世界各国高度重视的战略接替能源。2017年11月3日，我国正式将天然气水合物列为新矿种，加速推进天然气水合物资源开发进程，以期在2035年实现天然气水合物开采技术全球领跑。天然气水合物分解过程中的细观气液运移机制是实现的天然气水合物高效开采的关键科学问题。
[0003]含水合物沉积物在分解过程中的气液运移是一个复杂的动态过程，在水合物分解和二次生成的过程中，沉积物的骨架结构在温压耦合作用下产生力学变形；同时孔隙中的固相物质发生化学相变(水合物)或运动迁移(微细土颗粒)，导致沉积物的孔隙连通状态不断变化，从而影响水合物储层的宏观渗流特性。因此亟需研究气液在水合物开采扰动下的细观启动机制、输运路线和滞留特征。
[0004]现有技术的试验装置和技术主要针对含水合物沉积物现场样品的渗流特性开展试验研究，根据进出口的气液流量推断渗透特性的变化规律和控制因素。由于缺乏对实际气液运移细观模式的直接观测，难以揭示水合物分解过程中渗流特性动态变化的复杂物理本质。
[0005]已有一些学者尝试采用电阻层析成像、核磁共振、三维CT扫描等微观成像方法，研究含水合物沉积物孔隙的三相赋存物质的变化和运动规律。例如使用电阻层析成像仪对天然气水合物生成过程进行成像观测，采用核磁共振成像技术观测砂性土骨架中的水合物生成分解以及多相渗流过程，通过CT三维扫描提取含水合物沉积物样品在不同水合物饱和度下的孔隙结构和不同相态孔隙物质的空间分布，使用X射线断层扫描水合物形成过程。然而这些实验系统对于含水合物沉积物中气液运移的实时动态观测还存在相当大的困难，同时缺乏有效的技术手段准确提取和量化天然气水合物分解过程中气液动态运输和有效渗透率的变化。
[0006]综上所述，现有技术的天然气水合物分解过程细观可视化实验装置存在以下三个方面的问题：
[0007](1)难以观测天然气水合物分解过程中细观渗流特性的动态变化；
[0008](2)对于含水合物沉积物中气液运移的实时动态观测还存在较大困难；
[0009](3)细观气液运移关键信息提取效率低和量化分析困难。
技术实现思路
[0010]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种水合物分解细观气液运移的识别测试系统，该专利技术能够解决水合物分解过程中细观气液运移实时观测困
难、关键信息提取效率低、量化分析困难等问题。
[0011]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0012]本专利技术提供一种水合物分解细观气液运移的识别测试系统，包括片层水合物制备模块、采集模块和量化分析模块，所述片层水合物制备模块包括透明实验土槽、设于所述透明实验土槽上的片层水合物试样以及覆盖于所述片层水合物试样上的透明土槽盖板，所述片层水合物试样呈圆饼状，且外侧套设有环状透水石；
[0013]所述采集模块实时采集所述片层水合物试样在气液运移过程中的图像及各参数，并将图像及各参数输入所述量化分析模块进行处理，获取所述片层水合物试样的有效渗流孔隙率。
[0014]优选地，所述环状透水石连接有用于形成片层水合物试样的环状甲烷注气装置，所述环状甲烷注气装置沿所述环状透水石周边径向向透明实验土槽持续均匀注入甲烷气体合成水合物，制备所述片层水合物试样。
[0015]优选地，所述环状甲烷注气装置包括依次连接的甲烷气瓶、甲烷气体管路和调温盘管，所述调温盘管的末端与所述环状透水石连接。
[0016]优选地，所述环状透水石设于所述片层水合物试样的中部。
[0017]优选地，所述片层水合物试样的中心设有穿过所述透明土槽盖板的微型降压开采井。
[0018]优选地，所述微型降压开采井为圆柱体透水石。
[0019]优选地，所述采集模块包括设于所述透明土槽盖板顶部的加载钢架和设于所述透明实验土槽底部的支撑平台，所述加载钢架和所述支撑平台均为筒状结构；所述支撑平台的底部内壁设有遥控工业摄像机，所述遥控工业摄像机的镜头对准所述透明实验土槽，所述加载钢架的顶部内壁设有可调光源，所述可调光源的照射端对准所述透明土槽盖板；
[0020]所述可调光源照射在所述片层水合物试样上，并通过所述遥控工业摄像机实时拍摄片层水合物试样在气液运移过程中的图像。
[0021]优选地，所述加载钢架和所述透明土槽盖板之间以及所述透明实验土槽和所述支撑平台之间均形成密闭不透光的空间。
[0022]优选地，所述量化分析模块的处理过程具体为：
[0023]S1：将所有采集的片层水合物试样在气液运移过程中的图像进行预处理，获取图像数据集，将该图像数据集输入预先建立并训练的第一神经网络模型中，得到不同时刻下的固液气三相组分在片层水合物试样图像中的实例分割结果；
[0024]S2：基于不同时刻下的图像的实例分割结果，计算不同时刻下，液体和气体在片层水合物试样的孔隙网络中的像素占比，即量化气液组分占比，进而量化片层水合物试样的有效渗流孔隙率；
[0025]S3：获取不同时刻下片层水合物试样的宏观特性数据，结合S2获取的不同时刻下的气液组分占比和片层水合物试样的有效渗流孔隙率，建立并训练第二神经网络模型，获取宏观特性数据与气液组分占比和有效渗流孔隙率之间的量化关联。
[0026]优选地，所述宏观特性数据包括所述片层水合物试样外部温度、应力应变、孔隙压力、体积变化和分解的甲烷气体量。
[0027]与现有技术相比，本专利技术具有以如下有益效果：
[0028]1、本专利技术提供的一种水合物分解细观气液运移的识别测试系统，采用圆饼状的片层水合物试样，使得片层水合物试样具备足够的透光性能与高清图像观测性能，且能够消除小试样的气液运移边界效应。片层水合物试样外侧套设的环状透水石能够将水合物分解产生的甲烷气体和水渗出，进而便于观测然气水合物分解过程中细观渗流的变化。
[0029]2、本专利技术提供的一种水合物分解细观气液运移的识别测试系统，通过在片层水合物试样的上、下部均形成密闭空间，且在加载刚架的内壁顶部设置可调光源，在支撑平台的底部内壁设置遥控工业摄像机，实时采集片层水合物试样在气液运移过程中的图像。解决现有技术中对于含水合物沉积物中气液运移的实时动态观测还存在较大困难的问题。
[0030]3、本专利技术提供的一种水合物分解细观气液运移的识别测试系统，基于图像深度学习的方法，对图像进行固液气的动态识别，量化有效气液运移路线在整个试样孔隙网络中的动态变化，能够更精确地计算有效渗流孔隙率，同时建立宏观特性数据与气液组分占比和有效渗流孔隙率之间的量化关联，能够根据量化关联，由宏观特性数据直接获取有效渗流孔隙率，提高细观气液运移关键信息提取效率。
附本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种水合物分解细观气液运移的识别测试系统，包括片层水合物制备模块、采集模块和量化分析模块，其特征在于，所述片层水合物制备模块包括透明实验土槽(20)、设于所述透明实验土槽(20)上的片层水合物试样(21)以及覆盖于所述片层水合物试样(21)上的透明土槽盖板(22)，所述片层水合物试样(21)呈圆饼状，且外侧套设有环状透水石(220)；所述采集模块实时采集所述片层水合物试样(21)在气液运移过程中的图像及各参数，并将图像及各参数输入所述量化分析模块进行处理，获取所述片层水合物试样(21)的有效渗流孔隙率。2.根据权利要求1所述的一种水合物分解细观气液运移的识别测试系统，其特征在于，所述环状透水石(220)连接有用于形成片层水合物试样(21)的环状甲烷注气装置，所述环状甲烷注气装置沿所述环状透水石(220)周边径向向透明实验土槽(20)持续均匀注入甲烷气体合成水合物，制备所述片层水合物试样(21)。3.根据权利要求2所述的一种水合物分解细观气液运移的识别测试系统，其特征在于，所述环状甲烷注气装置包括依次连接的甲烷气瓶(230)、甲烷气体管路和调温盘管(235)，所述调温盘管(235)的末端与所述环状透水石(220)连接。4.根据权利要求1所述的一种水合物分解细观气液运移的识别测试系统，其特征在于，所述环状透水石(220)设于所述片层水合物试样(21)的中部。5.根据权利要求1所述的一种水合物分解细观气液运移的识别测试系统，其特征在于，所述片层水合物试样(21)的中心设有穿过所述透明土槽盖板(22)的微型降压开采井(210)。6.根据权利要求5所述的一种水合物分解细观气液运移的识别测试系统，其特征在于，所述微型降压开采井(210)为圆柱体透水石。7.根据权利要求1所述的一种水合物分解细观气液运移的识别测试系统，其特征在于，所述采集模块包括设于所述透明土槽盖板(22)顶部的加载钢架(10)...
【专利技术属性】
技术研发人员：周鸣亮，刘芳，谢立全，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：
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