一种多相流环境下颗粒迁移细观尺度可视化观测系统

1.本实用新型涉及天然气水合物技术领域，具体而言，涉及一种多相流环境下颗粒迁移细观尺度可视化观测系统。


背景技术：

2.天然气水合物(下文简称为水合物)，化学式ch4·
6h2o，又称“可燃冰”，是一种储量丰富的新型非常规清洁能源。
3.水合物是由水和天然气在高压、低温环境下形成的类冰状笼形化合物，1体积的水合物标准状态下可分解为约164体积的气体和0.8体积的水。水合物主要赋存于深海泥质粉砂、砂质沉积层，以及陆域永冻土地区，其受到周围环境(压力、温度等)变化的影响，相态不稳定。目前水合物主要的开采方式有：降压法、注热法以及置换法，其中降压法是实际试采中应用最广泛的方式。降压开采时，通过降低水合物储层孔隙压力使水合物发生相变，进而在压力梯度作用下呈流态采出。然而在开采过程中，细颗粒(主要是细粒径的砂、土颗粒)随着流体迁移会堵塞储层孔隙通道或开采井眼，从而致使储层导流能力下降、不能持续开采。水合物储层由于沉积环境的原因，储层骨架颗粒间胶结较弱，在流体的冲刷、剥蚀、水合物分解等多种因素影响下，细颗粒会脱离储层骨架，随着流场迁移。细颗粒的脱落、迁移、沉积直接影响储层内多孔介质的孔隙度、孔隙连通性，进而影响水合物开采中的产气效率。
4.目前，对于出砂过程进行模拟的装置大多数情况所采用的模型不能很好地贴合实际的水合物储层的情况，并且对于多孔介质的简化存在一定的不合理之处：就是简单地将多孔介质认为是恒定不变的孔隙度。中国专利cn112630407a发明了一种能够模拟水合物开采稳压状态下水合物储层颗粒在储层孔隙网络结构中运移的可视化模拟实验装置，直观地捕获在不同水气条件驱动下颗粒在孔隙网络中的运移全过程，但是此种设计采用大量规则的圆柱来模拟孔隙结构，相对于实际多孔介质过于简化，不能够有效地反映实际水合物储层骨架颗粒级配、孔隙大小以及孔隙空间连通性等基本物理特性。
5.随着流体的流入，多孔介质的骨架也会受到相应的影响，孔隙度会有变化，因此现有的模拟装置中对于多孔介质骨架的模拟尚存在不足；虽然有的模拟装置能够进行细观尺寸的模拟，但在观测尺度上仍停留在二维尺度，这也是因为建立模型时，所采用的模型尺寸不能够贴合实际的土颗粒骨架。对于目前能够进行三维尺度的观测技术，有ct扫描技术，但是，ct扫描技术所使用到的设备价格昂贵，并且操作复杂。


技术实现要素：

6.鉴于此，本实用新型的目的在于设计一种能够模拟实际水合物储层颗粒级配、孔隙特征及多相流环境下细观尺度细颗粒迁移、沉积过程观测装置，细观尺度可观测细颗粒气、水、多孔介质骨架多相环境下迁移、沉积过程，掌握细颗粒在孔隙内迁移特征，进而揭示水合物开采过程中出砂堵塞细观机理，研究出砂堵塞细观规律。
7.本实用新型开发一套细观模型试验系统观测细颗粒在孔隙多相渗流条件下的迁
移、沉积过程，结合多相饱和度、流速、颗粒级配等可自动调控物理参数，依赖光源投射系统增强对比色差，采用微米级高分辨率工业相机动态捕获细颗粒在多孔介质内时空分布规律，进而为揭示水合物开采出砂细观机理提供理论及数据支撑。
8.本实用新型提供一种多相流环境下颗粒迁移细观尺度可视化观测系统，包括：
9.本实用新型用于探究多相流环境下的细颗粒迁移、沉积细观规律，通过控制co2气体和混合液的流量比值来模拟水合物储层出砂过程中细颗粒在多相环境下迁移过程。在细颗粒迁移观测上，采用高分辨率工业相机和光源透射系统进行实时地拍摄，然后基于图像分析处理系统动态重构细颗粒在多孔介质内时空分布。
10.本实用新型提供一种多相流环境下颗粒迁移细观尺度可视化观测系统，包括：注入系统、细观尺度模型箱、光源投射系统、工业相机及图像分析处理系统、出流液浓度监测系统；其中，所述注入系统包括：用于注入染色细颗粒混合液的液相注入支路、用于注入co2气的气相注入支路，所述工业相机及图像分析处理系统包括：用于动态拍摄所述细观尺度模型箱的高分辨率工业相机、用于获得细颗粒迁移动态分布图像数据的图像分析处理系统；
11.所述注入系统与所述细观尺度模型箱连接，所述光源投射系统与所述细观尺度模型箱连接，所述高分辨率工业相机与所述细观尺度模型箱光学连接，所述出流液浓度监测系统与所述细观尺度模型箱信号连接。
12.进一步地，所述液相注入系统包括：染色细颗粒混合液、用于将所述染色细颗粒混合液泵入所述细观尺度模型箱的蠕动泵一、用于记录所述染色细颗粒混合液的流量的电磁式流量计，所述蠕动泵一与所述电磁式流量计之间电连接。
13.染色细颗粒混合液1的浓度范围设置在100～1000mg/l，混合液及co2气的注入流量分别通过蠕动泵一2和蠕动泵二4控制在100ml/min。
14.进一步地，所述气相注入系统包括：co2气存储罐、用于将所述co2气泵入所述细观尺度模型箱的蠕动泵二、用于记录所述co2气的流量的超声波流量计，所述蠕动泵二与所述超声波流量计之间电连接。
15.本实用新型的气体采用较安全的co2气来模拟开采过程中由固相变成气相的甲烷；
16.进一步地，所述细观尺度模型箱为15cm
×
2cm
×
5cm的透明有机玻璃箱，所述细观尺度模型箱的背景设置为不透光的黑色幕布或者选择黑色的背景板；所述细观尺度模型箱的上端开口处安装设置有密封盖，所述密封盖与箱体之间采用橡胶垫圈进行柔性接触密封，所述密封盖通过两个螺栓与箱体固定连接。保证整个细观尺度模型箱的气密性，保证在试验过程中具有一定的压力。
17.进一步地，所述细观尺度模型箱底部分别距离两个侧壁2.5cm处设置有注入孔、出流孔，所述注入孔通过橡胶软管与所述液相注入支路和所述气相注入支路相连通，所述出流孔通过橡胶软管与所述出流液浓度监测系统连接。
18.进一步地，所述细观尺度模型箱分别在距离两个侧壁5cm的位置处设置有两个筛网，两个筛网的纵向间距为10cm，筛网与细观尺度模型箱的箱体的连接处采用防水的工业胶水。保证筛网与箱体的紧密贴合；
19.进一步地，所述筛网的孔径为0.005mm，大于骨架中最小的玻璃珠粒径，筛网的作
用是为防止在细观尺度模型箱试样区渗流方向的多孔介质骨架随着混合液流出，因此筛网的直径小于多孔介质骨架的直径，同时大于混合液中的细颗粒直径；
20.所述筛网的外侧设置有成排小孔挡板，成排小孔的孔径大于所述筛网的孔径；
21.进一步地，所述细观尺度模型箱内部设置有高透明玻璃珠骨架和高透明玻璃珠，所述高透明玻璃珠骨架按照颗粒级配曲线进行配置，所述高透明玻璃珠填满两个筛网之间；所述高透明玻璃珠的颗粒粒径根据典型南海神狐海域粉砂质水合物储层的颗粒级配进行配比。
22.基于公开发表的南海神狐海域水合物储层典型颗粒级配及密度，南海神狐海域的颗粒比重约为2.7，颗粒粒径在0.005-0.05mm区间的质量占比约为80％。为了方便进行试样制备，选用的最大玻璃珠粒径为0.05mm，最小粒径为0.005mm，对应的颗粒质量占比基于实测颗粒级配曲线进行设置。
23.采用不同粒径的玻璃珠进行模拟多孔介质时，可以更好地反映实际的水合物储层骨架及孔隙结构特征；
24.进一步地，所述光源投射系统设置在所述细观尺度模型箱的顶部外侧，所述光源投射系统投射绿光光源对所述染色细颗粒混合液进行照射，增强染色细颗粒与所述高透明玻璃珠的色差；以便于清晰地观测到不同时刻细颗粒在多孔介质内的迁移以及沉积过程；绿光光源对于用萤光染色的染色细颗粒相较于高透明玻璃珠骨架有较强的色差，并且由于背景是黑色不透光的，因此色差会更加明显，绿光的波长设置在500～560nm，光源投射系统离模型箱顶部的距离可以根据实际情况进行调节，只需能够清晰的观测试验区的变化即可；
25.所述高分辨率工业相机设置在所述细观尺度模型箱的底部外侧和正前方，所述高分辨率工业相机拍摄到细观尺度模型箱的试验区整体。所述高分辨率工业相机结合所述光源投射系统捕获细颗粒迁移时空分布。
26.进一步地，所述出流液浓度监测系统包括：浊度计、出流罐，所述浊度计设置在所述出流罐的内部。
27.所述浊度计通过测定液体的入射光强、透射光强、散射光强与液体不同浊度的比值来确定液体的浊度，当液体的浊度越高，液体的散射就会越强；
28.所述浊度计测出流出混合液体的细颗粒浓度，通过与所述染色细颗粒混合液的浓度进行比较分析，得出混合液细颗粒迁移过程中的沉积程度；
29.进一步地，所述高分辨率工业相机动态拍摄的图像在进行筛选后，将不同时刻、同一范围的图像导入matlab图像分析处理系统进行二值化处理，图像分析处理系统首先将彩色的rgb图像进行灰度处理，将原始的rgb图像转换成灰度图像，灰度图像上的每个像素点的取值都在0～255之间，然后通过二值化将灰度图像转换成二值化图像；
30.图像分析处理系统中可直接设定灰度阈值，当设定好阈值之后，各像素点与设定阈值进行比较；大于阈值时，图像显示白色，小于阈值时，图像显示黑色；图像分析处理系统可动态展示不同时刻染色细颗粒在孔隙内的空间分布，与现有技术的直接将显微镜对准孔隙通道不同，本实用新型由于采用高透明玻璃珠，模型中的多孔介质骨架的孔隙通道是不断变化的，而且高分辨率工业相机可实时地、整体及局部进行拍摄。
31.与现有技术相比，本实用新型的饲料传送机构的有益效果在于：
32.本实用新型多相流环境下颗粒迁移细观尺度可视化观测系统通过基于细观尺度直接观测细颗粒在天然气类水合物储层实际骨架的多孔介质内的迁移、沉积特征，反映储层的实际孔隙结构，并通过颗粒级配调整模拟砂质、粉砂质、泥质粉砂等多类型水合物储层；能够动态实现饱和条件、非饱和条件下的细颗粒迁移试验，易于实现水合物储层出砂过程中的水、气、细颗粒多相渗流环境，可根据气、液流量控制实现水合物不同开采阶段的储层内饱和度变化，使得水合物储层的孔隙结构更加契合实际开采过程；采用高分辨率工业相机与光源投射系统结合，既实现了细颗粒迁移整体时空分布特征捕获，又能够捕获局部孔隙内细颗粒迁移、沉积及堵塞过程；并且，结合基于matlab开发的图像分析处理系统，能够清晰追踪细颗粒迁移微细观特征，为揭示出砂细观机理提供理论支撑和试验数据依据。
附图说明
33.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
34.图1为本实用新型一种多相流环境下颗粒迁移细观尺度可视化观测系统的组成构件示意图；
35.图2为本实用新型实施例细观尺度模型箱与密封盖的部装示意图；
36.图3为本实用新型实施例图像分析处理系统的处理流程示意图。
37.附图图中标记表示为：
38.1-染色细颗粒混合液，2-蠕动泵一，3-co2气存储罐，4-蠕动泵二，5-电磁式流量计，6-超声波流量计，7-开关，8-t型橡胶管，9-高透明玻璃珠，10-高分辨率工业相机，11-图像分析处理系统，12-密封盖，13-出流罐，14-浊度计，15-成排小孔挡板，16-筛网，17-注入孔，18-出流孔，19-光源投射系统，20-不透光背景板，21-螺母，22-垫圈，23-密封橡胶圈。
具体实施方式
39.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
40.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的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实用新型的限制。
41.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中
的具体含义。
42.下面结合附图对本实用新型实施例作具体的阐述：
43.本实用新型实施例提供一种多相流环境下颗粒迁移细观尺度可视化观测系统，参见图1所示，包括：注入系统、细观尺度模型箱、光源投射系统19、工业相机及图像分析处理系统、出流液浓度监测系统；其中，所述注入系统包括：用于注入染色细颗粒混合液的液相注入支路、用于注入co2气的气相注入支路，所述工业相机及图像分析处理系统包括：用于动态拍摄所述细观尺度模型箱的高分辨率工业相机、用于获得细颗粒迁移动态分布图像数据的图像分析处理系统；
44.所述注入系统与所述细观尺度模型箱连接，所述光源投射系统19与所述细观尺度模型箱连接，所述高分辨率工业相机与所述细观尺度模型箱连接，所述出流液浓度监测系统与所述细观尺度模型箱信号连接。
45.所述液相注入系统包括：染色细颗粒混合液1、用于将所述染色细颗粒混合液1泵入所述细观尺度模型箱的蠕动泵一2、用于记录所述染色细颗粒混合液的流量的电磁式流量计5，所述蠕动泵一2与所述电磁式流量计5之间电连接。
46.染色细颗粒混合液1的浓度范围设置在100～1000mg/l，染色细颗粒混合液及co2气的注入流量分别通过蠕动泵一2和蠕动泵二4控制在100ml/min。
47.所述气相注入系统包括：co2气存储罐3、用于将所述co2气泵入所述细观尺度模型箱的蠕动泵二4、用于记录所述co2气的流量的超声波流量计6，所述蠕动泵二4与所述超声波流量计6之间电连接。
48.本实用新型实施例的气体采用较安全的co2来模拟开采过程中由固相变成气相的甲烷；
49.所述细观尺度模型箱为15cm
×
2cm
×
5cm的透明有机玻璃箱，所述细观尺度模型箱的背景设置为不透光的黑色幕布或者选择黑色的背景板；参见图2所示，所述细观尺度模型箱的上端开口处安装设置有密封盖12，所述密封盖12与箱体之间采用橡胶垫圈进行柔性接触密封，所述密封盖12通过两个螺栓与箱体固定连接。保证整个细观尺度模型箱的气密性，保证在试验过程中具有一定的压力。
50.所述细观尺度模型箱底部分别距离两个侧壁2.5cm处设置有注入孔17、出流孔18，所述注入孔17通过橡胶软管与所述液相注入支路和所述气相注入支路相连通，所述出流孔18通过橡胶软管与所述出流液浓度监测系统连接。
51.所述细观尺度模型箱分别在距离两个侧壁5cm的位置处设置有两个筛网16，两个筛网16的纵向间距为10cm，筛网16与细观尺度模型箱的箱体的连接处采用防水的工业胶水，保证筛网16与箱体的紧密贴合；
52.所述筛网16的孔径为0.005mm，大于骨架中最小的玻璃珠粒径，筛网16的作用是为防止在细观尺度模型箱试样区渗流方向的多孔介质骨架随着混合液流出，因此筛网16的直径小于多孔介质骨架的直径，同时大于混合液中的细颗粒直径；
53.所述筛网16的外侧设置有成排小孔挡板15，成排小孔的孔径大于所述筛网16的孔径；
54.所述细观尺度模型箱内部设置有高透明玻璃珠骨架和高透明玻璃珠9，所述高透明玻璃珠骨架按照颗粒级配曲线进行配置，所述高透明玻璃珠9填满两个筛网16之间；所述
高透明玻璃珠9的颗粒粒径根据典型南海神狐海域粉砂质水合物储层的颗粒级配进行配比；
55.基于公开发表的南海神狐海域水合物储层典型颗粒级配及密度，南海神狐海域的颗粒比重约为2.7，颗粒粒径在0.005-0.05mm区间的质量占比约为80％。为了方便进行试样制备，选用的最大玻璃珠粒径为0.05mm，最小粒径为0.005mm，对应的颗粒质量占比基于实测颗粒级配曲线进行设置；
56.采用不同粒径的玻璃珠进行模拟多孔介质时，可以更好地反映实际的水合物储层骨架及孔隙结构特征；
57.所述光源投射系统19设置在所述细观尺度模型箱的顶部外侧，所述光源投射系统19投射绿光光源对所述染色细颗粒混合液进行照射，增强染色细颗粒与所述高透明玻璃珠9的色差；以便于清晰地观测到不同时刻细颗粒在多孔介质内的迁移以及沉积过程；绿光光源对于用萤光染色的染色细颗粒相较于高透明玻璃珠骨架有较强的色差，并且由于背景是黑色不透光的，因此色差会更加明显，绿光的波长设置在500～560nm，光源投射系统19离细观尺度模型箱顶部的距离可以根据实际情况进行调节，只需能够清晰的观测试验区的变化即可；
58.所述出流液浓度监测系统包括：浊度计14、出流罐13，所述浊度计14设置在所述出流罐13的内部；
59.所述浊度计14通过测定液体的入射光强、透射光强、散射光强与液体不同浊度的比值来确定液体的浊度，当液体的浊度越高，液体的散射就会越强；
60.所述浊度计14测出流出混合液体的细颗粒浓度，通过与所述染色细颗粒混合液的浓度进行比较分析，得出混合液细颗粒迁移过程中的沉积程度；
61.所述高分辨率工业相机10设置在所述细观尺度模型箱的底部外侧和正前方，所述高分辨率工业相机10拍摄到细观尺度模型箱的试验区整体。所述高分辨率工业相机10结合所述光源投射系统19捕获细颗粒迁移时空分布。
62.参见图3所示，所述高分辨率工业相机10动态拍摄的图像在进行筛选后，将不同时刻、同一范围的图像导入matlab图像分析处理系统进行二值化处理，图像分析处理系统首先将彩色的rgb图像进行灰度处理，将原始的rgb图像转换成灰度图像，灰度图像上的每个像素点的取值都在0～255之间，然后通过二值化将灰度图像转换成二值化图像；
63.图像分析处理系统11中可直接设定灰度阈值，当设定好阈值之后，各像素点与设定阈值进行比较；大于阈值时，图像显示白色，小于阈值时，图像显示黑色；图像分析处理系统可动态展示不同时刻染色细颗粒在孔隙内的空间分布，与现有技术的直接将显微镜对准孔隙通道不同，本实用新型由于采用高透明玻璃珠9，细观尺度模型箱中的多孔介质骨架的孔隙通道是不断变化的，而且高分辨率工业相机10可实时地、整体及局部进行拍摄。
64.本实用新型实施例的试验操作过程如下：
65.参照图1、2所示组装试验装置，首先组装细观尺度模型箱，所述细观尺度模型箱选用15cm
×
2cm
×
5cm的透明有机玻璃箱，上端开口，当组装完成后使用密封盖12密封箱体的顶部。箱体的背景设置为不透光背景板20。在细观尺度模型箱的底部分别距离两各侧壁2.5cm处设置注入孔17和出流孔18。然后分别在距离两侧壁5cm的位置处设置筛网16，两个筛网16的纵向间距为10cm，筛网16与箱体的连接处采用防水的工业胶水，保证两者的紧密
贴合，筛网16的孔径设置为0.005mm，大于高透明玻璃珠骨架中填装的最小的高透明玻璃珠9粒径；然后根据公开发表的南海神狐海域水合物储层典型颗粒级配级密度，南海神狐海域的颗粒比重为2.7，颗粒粒径在0.005～0.05mm区间地质量占比约为80％，按照上述颗粒级配曲线进行配置试验区的高透明玻璃珠骨架，将高透明玻璃珠9填满细观尺度模型箱的试验区两个筛网16之间；将橡胶软管分别与注入孔17和出流孔18相连；然后将密封盖12与箱体的顶部进行组装，密封盖12与箱体之间采用密封橡胶圈23进行连接柔性接触密封，并使用螺母21和垫圈22将密封盖12与箱体固定连接，以保证整个细观尺度模型箱的气密性，保证在试验过程中具有一定的压力；
66.将装有染色细颗粒混合液1的容器与蠕动泵一2用橡胶管进行连接，蠕动泵一2通过对泵的弹性输送软管交替进行挤压和释放来泵送染色细颗粒混合液1，并且通过蠕动泵一2来调节注入液体的流速，然后染色细颗粒混合液1通过电磁式流量计5中的传感器来测量相应时刻的流量。将co2气存储罐3与对应的蠕动泵二4相连，然后通过蠕动泵二4将co2气进行加压，给予co2气一定的流速，通过超声波流量计6测定co2气相应的流量。在液相注入支路和气相注入支路两个的交汇处采用t型橡胶管8链接，并且在气相注入支路安装开关7，用来进行不同试验情况的切换。将与出流孔18相连的橡胶管与出流罐13进行相连，随着液体的排除，采用浊度计14进行测定液体浊度。浊度计14在使用时首先进行标定，并且根据所测定的液体的浊度大致范围来确定浊度计14的量程。将出流罐13中的液体均匀地进行混合，然后将液体装入浊度计14自带的试管内，试管外部要注意整洁，等浊度计14读数稳定后得到液体的相应的浊度。
67.最后，将发射绿光的光源投射系统19置于细观尺度模型箱的顶部外侧，光源投射系统19离细观尺度模型箱顶部外侧的距离可以根据实际情况进行调节，只需能够清晰地观测试验区的变化即可。并将高分辨率工业相机10设置于细观尺度模型箱的底部外侧和正前方，使得高分辨率工业相机10能够清楚地拍摄到细观尺度模型箱的试验区的整体，要求高分辨率工业相机10的额定精度与设备的实际精度相一致，将高分辨率工业相机10与图像分析处理系统11电连接。
68.在试验开始前，首先检查细观尺度模型箱的气密性，然后通入适量的液体将箱体中的气体排出，并检查高分辨率工业相机10是否能够将实时的图片传入到图像处理系统内。
69.步骤1)打开气相注入支路的开关7，往细观尺度模型箱中注入co2，当箱体不发生气体泄漏时，说明气密性达到要求，然后关闭开关7；
70.步骤2)开启高分辨率工业相机10进行拍摄，将拍摄的图片传入图像分析处理系统进行灰度处理，记录试验开始时的试样区；
71.步骤3)开启发射绿光的光源投射系统19，然后打开蠕动泵一2，注入染色细颗粒混合液1，染色细颗粒混合液1的浓度的设置范围在100～1000mg/l，通过蠕动泵一2控制染色细颗粒的的流速；
72.步骤4)当染色细颗粒混合液1通过注入孔17流入细观尺度模型箱9时，启动高分辨率工业相机10，按照每10毫秒的时间间隔进行拍摄，并将拍摄到的图片传入到图像分析处理系统11进行灰度处理。
73.步骤5)将处理好的二值化图片按照时间间隔进行比较分析，即可观察到不同时刻
的细颗粒在饱和多相流中的迁移与沉积以及对骨架的影响；
74.步骤6)经过细观尺度模型箱9的试验区的混合液体会通过出流孔18流到出流罐中，通过出流罐中的浊度计测出流出混合液体的细颗粒浓度，通过与染色细颗粒混合液1中的浓度进行比较分析，得出混合液细颗粒迁移过程中的沉积程度；
75.步骤7)打开开关7，通过蠕动泵二4控制co2气的输入为100ml/min，模拟水合物在分解时甲烷的生成；
76.步骤8)当观测到注入孔17有气泡冒出时，开启高分辨率工业相机，步骤同4)，5)，6)；
77.步骤9)试验结束后，关闭蠕动泵一2和蠕动泵二4，关闭高分辨率工业相机10和光源投射系统19。
78.本实用新型实施例的多相流环境下颗粒迁移细观尺度可视化观测系统通过基于细观尺度直接观测细颗粒在天然气类水合物储层实际骨架的多孔介质内的迁移、沉积特征，反映储层的实际孔隙结构，并通过颗粒级配调整模拟砂质、粉砂质、泥质粉砂等多类型水合物储层；能够动态实现饱和条件、非饱和条件下的细颗粒迁移试验，易于实现水合物储层出砂过程中的水、气、细颗粒多相渗流环境，可根据气、液流量控制实现水合物不同开采阶段的储层内饱和度变化，使得水合物储层的孔隙结构更加契合实际开采过程；采用高分辨率工业相机与光源投射系统结合，既实现了细颗粒迁移整体时空分布特征捕获，又能够捕获局部孔隙内细颗粒迁移、沉积及堵塞过程；并且，结合基于matlab开发的图像分析处理系统，能够清晰追踪细颗粒迁移微细观特征，为揭示出砂细观机理提供理论支撑和试验数据依据。
79.至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本实用新型的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本实用新型的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本实用新型的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做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实用新型的保护范围之内。
80.以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型；对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种多相流环境下颗粒迁移细观尺度可视化观测系统，其特征在于，包括：注入系统、细观尺度模型箱、光源投射系统、工业相机及图像分析处理系统、出流液浓度监测系统；其中，所述注入系统包括：用于注入染色细颗粒混合液的液相注入支路、用于注入co2气的气相注入支路，所述工业相机及图像分析处理系统包括：用于动态拍摄所述细观尺度模型箱的高分辨率工业相机、用于获得细颗粒迁移动态分布图像数据的图像分析处理系统；所述注入系统与所述细观尺度模型箱连接，所述光源投射系统与所述细观尺度模型箱连接，所述高分辨率工业相机与所述细观尺度模型箱连接，所述出流液浓度监测系统与所述细观尺度模型箱连接。2.根据权利要求1所述的多相流环境下颗粒迁移细观尺度可视化观测系统，其特征在于，所述液相注入支路包括：染色细颗粒混合液、用于将所述染色细颗粒混合液泵入所述细观尺度模型箱的蠕动泵一、用于记录所述染色细颗粒混合液的流量的电磁式流量计，所述蠕动泵一与所述电磁式流量计之间电连接。3.根据权利要求1所述的多相流环境下颗粒迁移细观尺度可视化观测系统，其特征在于，所述气相注入支路包括：co2气存储罐、用于将co2气泵入所述细观尺度模型箱的蠕动泵二、用于记录所述co2气的流量的超声波流量计，所述蠕动泵二与所述超声波流量计之间电连接。4.根据权利要求1所述的多相流环境下颗粒迁移细观尺度可视化观测系统，其特征在于，所述细观尺度模型箱为15cm
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2cm
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5cm的透明有机玻璃箱，所述细观尺度模型箱的背景设置为不透光的黑色幕布或者选择黑色的背景板；所述细观尺度模型箱的上端开口处安装设置有密封盖，所述密封盖与箱体之间采用橡胶垫圈进行柔性接触密封，所述密封盖通过两个螺栓与箱体固定连接。5.根据权利要求4所述的多相流环境下颗粒迁移细观尺度可视化观测系统，其特征在于，所述细观尺度模型箱底部分别距离两个侧壁2.5cm处设置有注入孔、出流孔，所述注入孔通过橡胶软管与所述液相注入支路和所述气相注入支路相连通，所述出流孔通过橡胶软管与所述出流液浓度监测系统连接。6.根据权利要求4所述的多相流环境下颗粒迁移细观尺度可视化观测系统，其特征在于，所述细观尺度模型箱分别在距离两个侧壁5cm的位置处设置有两个筛网，两个筛网的纵向间距为10cm，筛网与细观尺度模型箱的箱体的连接处采用防水的工业胶水。7.根据权利要求6所述的多相流环境下颗粒迁移细观尺度可视化观测系统，其特征在于，所述筛网的孔径为0.005mm，大于骨架中最小的玻璃珠粒径，所述筛网的外侧设置有成排小孔挡板，成排小孔的孔径大于所述筛网的孔径。8.根据权利要求6所述的多相流环境下颗粒迁移细观尺度可视化观测系统，其特征在于，所述细观尺度模型箱内部设置有高透明玻璃珠骨架和高透明玻璃珠，所述高透明玻璃珠骨架按照颗粒级配曲线进行配置，所述高透明玻璃珠填满两个筛网之间。9.根据权利要求8所述的多相流环境下颗粒迁移细观尺度可视化观测系统，其特征在于，所述光源投射系统设置在所述细观尺度模型箱的顶部外侧，所述光源投射系统投射绿光光源对所述染色细颗粒混合液进行照射，增强染色细颗粒与所述高透明玻璃珠的色差；所述高分辨率工业相机设置在所述细观尺度模型箱的底部外侧和正前方，所述高分辨率工业相机拍摄到细观尺度模型箱的试验区整体。
10.根据权利要求1所述的多相流环境下颗粒迁移细观尺度可视化观测系统，其特征在于，所述出流液浓度监测系统包括：浊度计、出流罐，所述浊度计设置在所述出流罐的内部。

技术总结
本实用新型提供一种多相流环境下颗粒迁移细观尺度可视化观测系统，包括：注入系统、细观尺度模型箱、光源投射系统、工业相机及图像分析处理系统、出流液浓度监测系统；工业相机及图像分析处理系统包括：高分辨率工业相机、图像分析处理系统；注入系统与细观尺度模型箱连接，光源投射系统位于细观尺度模型箱上部，高分辨率工业相机安置于细观尺度模型箱侧面，可调节拍摄范围与位置，出流液浓度监测系统与细观尺度模型箱连接。本实用新型反映储层的实际孔隙结构，动态实现细颗粒迁移试验，使得水合物储层骨架孔隙结构更契合实际开采过程，清晰追踪细颗粒迁移微细观特征，为揭示出砂细观机理提供理论支撑和试验数据依据。机理提供理论支撑和试验数据依据。机理提供理论支撑和试验数据依据。


技术研发人员：张鹏伟 刘保国 郜文哲
受保护的技术使用者：北京交通大学
技术研发日：2022.11.17
技术公布日：2023/7/28