一种用于X射线CT设备的天然气水合物传热性能测试装置，属于石油科研仪器技术领域。该装置可以进行模拟岩芯天然气水合物的原位生成，并可置于X射线CT设备旋转载物台，对传热性能进行测试，设计压力0-20Mpa，设计温度-20-30℃。为了减小对X射线CT设备成像的干扰，该装置整体采用钛合金材质，并设计为双层套筒结构，内筒保证天然气水合物原位生成所需压力，夹层中通过循环的冷却剂以控制内筒温度。内筒内部呈环形布置了多点测量热敏电阻，通过对采集的X射线CT图像的信号强度，以及热敏电阻获得的数据信息进行分析，得到天然气水合物传热性能的相关结论。该装置结构设计紧凑合理，满足仪器设备参数要求，功能全面，操作简捷。
1.一种用于X射线CT设备的天然气水合物传热性能测试方法，其特征包括如下步骤：
第一步，填砂制作模拟岩芯；将出气口关闭，向反应室中均匀加入玻璃砂和去离子水，填砂过程注意玻璃砂和水的均匀混合，交替加入，并不断搅拌敲击，去除多孔介质中的残余空气；
第二步，密封及管路连接；将端盖密封，确保螺栓紧固及装置密闭，将热敏电阻、压力传感器接线与数据采集模块接好并连接计算机，将冷却剂进、出口与外接控温浴槽及循环泵接好，将进气口与高压气瓶连接，使用减压器及调压阀对进气压力进行控制；
第三步，注气、控温；向反应室注入甲烷气体，达到压力后停止注气，将进气口关闭，通过调节冷却剂温度控制反应生成或分解水合物，平移或旋转载物台，通过X射线检出器采集X射线信息，生成不同时刻、不同位置的断层或立体图像，并通过数据采集模块得到热敏电阻的数据信息；
第四步，待反应完全数据采集结束，通过进出气口进行泄压，将甲烷气体排出室外，将冷却剂排出，断开热敏电阻、压力传感器的接线，打开反应装置端盖，将玻璃砂清洗干净；
第五步，数据分析；通过得到的不同断层或三维的X射线图像，由信号强度得到天然气水合物饱和度的分布，进而得知相变热、反应热等信息，结合热敏电阻的数据和传热模型，得到天然气水合物生成、分解非稳态过程的各种参数；
上述方法采用的天然气水合物传热性能测试装置，包括进气口(1)、热敏电阻(2)、端盖(3)、O型密封圈(4)、外筒(5)、冷却剂出口(6)、内筒(7)、压力传感器(8)、螺栓(9)、出气口(11)、冷却剂入口(12)；其特征在于，两个端盖与内筒通过螺栓和O型密封圈，在内筒内部形成封闭的耐高压反应室，进行天然气水合物的原位生成；两个端盖与内、外筒之间构成中空夹层，其中通入循环冷却剂低温氮气，控制内筒温度；在上端盖呈双环形布置了多点测量热敏电阻，通过对径向轴向不同点进行相关参数的测量，用于传热性能的研究；在下端盖安装了压力传感器，用以监控反应室压力；进气口用于天然气高压注入，出气口用于天然气的排气和泄压。
一种用于X射线CT设备的天然气水合物传热性能测试装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种用于X射线CT设备的天然气水合物传热性能测试装置，属于石油科研仪器技术领域。
背景技术
[0002] X射线CT(X-ray Computed Tomography)技术是一种计算机X射线断层扫描技术，通过X射线发生器和X射线检出器发出和接收射线信号，利用不同密度物质对X射线的吸收与透过率不同，通过电子计算机对数据进行处理后，可以得到待检测对象的断层或立体图像。该技术可用于分析天然岩芯、模拟岩芯天然气水合物骨骼框架及孔隙度、渗透率、饱和度等基础物性，同时可以对天然气水合物生成、分解过程中的气、水流动及传热特性进行研究，并三维同步可视化显示。对于传热性能的研究，主要是通过X射线图像得到不同位置水合物的饱和度及三维立体分布，并由此推算出相变热、反应热等信息，结合热敏电阻采集的数据通过分析计算得到水合物生成、分解非稳态过程的有效传热系数、产热量等参数。传统的天然气水合物基础物性、流动传热特性研究通常使用水浴控温，以达到天然气水合物生成或分解所需温度，但对于X射线CT设备，传统水浴的使用既无法满足载物台尺寸及质量的要求，又不可避免的对X射线成像产生较大的干扰。另外，传统的天然气水合物传热性能测试通常仅依赖于数据采集，与可视化仪器设备结合的很少，无法从微尺度直观立体的对传热性能进行研究。目前关于适用于X射线CT设备的天然气水合物传热性能测试装置还未见报道。
发明内容
[0003] 为了解决以上传热性能研究中存在的问题，本发明提供一种用于X射线CT设备的天然气水合物传热性能测试装置，其目的是在不使用传统水浴的前提下，达到对水合物生成、分解过程的控温，并将天然气水合物的传热性能研究与可视化仪器结合，同时满足X射线CT设备的参数要求。
[0004] 本发明采用的技术方案是：
[0005] 用于X射线CT设备的天然气水合物传热性能测试装置，它包括进气口、热敏电阻、端盖、O型密封圈、外筒、冷却剂出口、内筒、压力传感器、螺栓、出气口、冷却剂入口。其中，两个端盖与内筒通过螺栓紧固以及O型密封圈的密封作用，在内筒内部形成封闭的耐高压反应室，进行天然气水合物的原位生成。可进行模拟岩芯天然气水合物的生成、分解。两个端盖与内、外筒之间构成中空夹层，其中通入循环冷却剂低温氮气，控制内筒温度。在控温的同时，最大限度的降低对X射线成像的干扰。在上端盖呈双环形布置了多点测量热敏电阻，通过对径向轴向不同点进行相关参数的测量，用于传热性能的研究；在下端盖安装了压力传感器，用以监控反应室压力。进气口用于天然气高压注入，出气口用于天然气的排气和泄压。该装置整体采用钛合金材质。
[0006] 将上述测试装置置于X射线CT设备旋转载物台上，在反应室中完成模拟岩芯天然气水合物的生成和分解，通过夹层中的冷却剂完成温度控制，对X射线检出器接收的X射线信号进行分析，得到反应室内部的断层或立体图像，通过将图像与传热模型结合，研究天然气水合物生成、分解非稳态过程的传热性能。
[0007] 本发明的有益效果是：适用于X射线CT设备，温度压力设计符合天然气水合物生成、分解条件，在对天然气水合物非稳态过程传热性能进行研究的同时，避免了传统水浴的使用，以降低对X射线成像的干扰。内、外筒之间构成夹层结构，其中通入循环冷却剂，以控制内筒温度。多点热敏电阻呈环形布置，有利于内部三维传热模型的建立。整体结构采用钛合金材质，以满足载物台对质量的要求，同时降低对X射线成像的干扰。结构设计紧凑合理，满足仪器设备参数要求，功能全面，操作简捷。
附图说明
[0008] 图1为用于X射线CT设备的天然气水合物传热性能测试装置主剖视图。
[0009] 图2为该装置俯视图A-A。
[0010] 图3为该装置仰视图B-B。
[0011] 图4为该装置图2中的左剖视图C-C。
[0012] 图中：1进气口，2热敏电阻，3端盖，4O型密封圈，5外筒，6冷却剂出口，7内筒，8压力传感器，9螺栓，10夹层，11出气口，12冷却剂入口。
具体实施方式
[0013] 图1-4展示了一种用于X射线CT设备的天然气水合物传热性能测试装置，该装置整体由两个端盖和内、外套筒构成。端盖与内筒构成耐高压反应室，其中可以进行模拟岩芯天然气水合物的生成与分解。在上端盖呈双环形布置了多点测量热敏电阻，用于传热性能的研究，在下端盖安装了压力传感器，用以监控反应室压力。端盖与内、外筒之间构成中空夹层，其中通入循环冷却剂，控制内筒温度。进气口用于气体高压注入，出气口用于排气和泄压。
[0014] 利用上述传热性能测试装置的步骤如下：
[0015] 第一步，填砂制作模拟岩芯。将出气口关闭，向反应室中均匀加入玻璃砂和去离子水，填砂过程注意玻璃砂和水的均匀混合，可少量交替加入，并不断搅拌敲击，去除多孔介质中的残余空气。
[0016] 第二步，密封及管路连接。将端盖密封，确保螺栓紧固及装置密闭性良好，将热敏电阻、压力传感器接线与数据采集模块接好并连接计算机，将冷却剂进、出口与外接控温浴槽及循环泵接好，将进气口与高压气瓶连接，可使用减压器及调压阀对进气压力进行控制。
[0017] 第三步，注气、控温。向反应室注入甲烷气体，达到实验压力后停止注气，将进气口关闭，通过调节冷却剂温度控制反应生成或分解水合物，平移或旋转载物台，通过X射线检出器采集X射线信息，生成不同时刻、不同位置的断层或立体图像，并通过数据采集模块得到热敏电阻的数据信息。
[0018] 第四步，数据采集。待反应完全数据采集结束，通过进出气口进行泄压，将甲烷气体排出室外，将冷却剂排出，断开热敏电阻、压力传感器的接线，打开反应装置端盖，将玻璃砂清洗干净。
[0019] 第五步，数据分析。通过得到的不同断层或三维的X射线图像，利用图形处理软件，可以由信号强度得到天然气水合物饱和度的分布，进而得知相变热、反应热等信息，结合热敏电阻的数据和传热模型，可以得到天然气水合物生成、分解非稳态过程的有效传热系数、产热量等参数。
