天然气水合物多相流检测工具设计及实验研究

邓江; 王国荣; 谢冲; 周守为; 钟林

doi:10.13471/j.cnki.acta.snus.2020.01.09.2020B002

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

天然气水合物多相流检测工具设计及实验研究

研究论文 | 更新时间：2023-11-01

- 天然气水合物多相流检测工具设计及实验研究
- Design and experimental study of natural gas hydrate multiphase flow detection tool
- 中山大学学报(自然科学版) 2021年60卷第5期页码：23-31
- 作者机构：
  
  1.西南石油大学机电工程学院，四川成都 610500
  2.中国海洋石油集团有限公司，北京 100010
  3.油气藏地质及开发工程国家重点实验室 / 西南石油大学，四川成都 610500
- 作者简介：
  
  邓江（1993年生），男；研究方向：天然气水合物开采装备及多相流检测；E-mail：442321415@qq.com
  王国荣（1977年生），男；研究方向：天然气水合物开采工艺及能源装备；E-mail：swpi2002@163.com
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划重点专项(2018YFC0310200);国家重点研发计划(2016YFC0304008);中国工程院重大咨询项目(2020-ZD-13-02)
- DOI：10.13471/j.cnki.acta.snus.2020.01.09.2020B002
  中图分类号： TH3
- 纸质出版日期：2021-09-25，
  
  网络出版日期：2020-11-11，
  
  收稿日期：2020-01-09，
  
  录用日期：2020-02-12
扫描看全文
邓江,王国荣,谢冲等.天然气水合物多相流检测工具设计及实验研究[J].中山大学学报(自然科学版),2021,60(05):23-31.

DENG Jiang,WANG Guorong,XIE Chong,et al.Design and experimental study of natural gas hydrate multiphase flow detection tool[J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni,2021,60(05):23-31.
邓江,王国荣,谢冲等.天然气水合物多相流检测工具设计及实验研究[J].中山大学学报(自然科学版),2021,60(05):23-31. DOI： 10.13471/j.cnki.acta.snus.2020.01.09.2020B002.

DENG Jiang,WANG Guorong,XIE Chong,et al.Design and experimental study of natural gas hydrate multiphase flow detection tool[J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni,2021,60(05):23-31. DOI： 10.13471/j.cnki.acta.snus.2020.01.09.2020B002.

摘要

天然气水合物作为一种储量丰富的清洁能源，具有极高的开发价值和能源战略意义。为了研究固态流化开采中原位天然气水合物开采环境和开采过程中多相流的流动特性以及多相流中颗粒粒径等参数，设计了一套基于图像技术的随钻检测工具。在模拟的天然气水合物开采环境下，验证了装置的强度、耐压性、密封性以及成像的可见性；对比了平均背景、采集背景两种背景处理方式的处理效果；并通过背景扣除、中值滤波、阈值基剪切、Canny处理、形态学处理等图像处理技术从流动图像中提取了颗粒的粒度分布。结果表明：①该工具满足随钻强度、耐压性、密封性要求，颗粒成像具有良好的可见性；②平均背景处理效果优于采集背景处理效果，具有良好的背景扣除效果；③粒度检测分布与实验取样结果大体一致，证明了装置粒度检测的可行性。

Abstract

As a kind of clean energy with abundant reserves， natural gas hydrate has extremely high exploitation value and energy strategic significance. In order to the in-situ natural gas hydrate extraction environment in solid-state fluidized mining and the characteristics and the parameters such as extraction particle size of multiphase flow and the particle size of the multiphase flow during the extraction process， a set of inspection-while-drilling tools based on image technology was designed. In the simulated environment of natural gas hydrate， the strength， pressure resistance， tightness and visibility of the device were verified； the performance of the processing methods between average background and acquisition background was compared； the size distribution of particles was extracted from the flow image through processing techniques such as background subtraction， median filtering， threshold base clipping， Canny processing， morphological processing， etc. The results show that： ① the tool meets the requirements of strength while drilling， pressure resistance， and tightness， and the particle imaging has a good visibility； ② the processing average background is better than the collection background， precenting a good performance of the effect of background subtraction； ③ detected size distribution of particles is generally consistent with the experimental sampling results， which proves the feasibility of the device and lays the research foundation for the general law of multiphase flow detection and exploiting fragmentation in non-diagenetic gas hydrate mining.

关键词

天然气水合物随钻检测粒度检测背景扣除成像可见性

Keywords

natural gas hydratedetection while drillingparticle size detectionbackground subtractionimaging visibility

references

YE Y G， CHANG L L. Natural gas hydrates： experimental techniques and their applications［M］. Berlin：Springer Science & Business Media， 2012.

周守为，李清平，吕鑫，等. 天然气水合物开发研究方向的思考与建议［J］. 中国海上油气，2019，31（4）：1-8.

ZHOU S W， LI Q P， LYU X， et al. Thinking and suggestions on research direction of natural gas hydrate development［J］. China Offshore Oil and Gas， 2019， 31（4）： 1-8.

赵军，武延亮，周灿灿，等. 天然气水合物的测井评价方法综述［J］. 测井技术，2016，40（4）：392-398.

ZHAO J， WU Y L， ZHOU C C， et al. Review on logging technology evaluation methods of nature gas hydrate［J］. Well Logging Technology， 2016， 40（4）： 392-398.

景鹏飞，胡高伟，卜庆涛，等. 天然气水合物地球物理勘探技术的应用及发展［J］. 地球物理学进展，2019，34（5）：2046-2064.

JING P F， HU G W， BU Q T， et al. Application and development of geophysical technology in gas hydrate exploration［J］. Progress in Geophysics， 2019， 34（5）： 2046-2064.

ADRIAN R J. Multi-point optical measurements of simultaneous vectors in unsteady flow-a review［J］. International Journal of Heat and Fluid Flow， 1986， 7（2）： 127-145.

张晶晶，范学良，蔡小舒. 单帧单曝光图像法测量气固两相流速度场［J］. 工程热物理学报，2012，33（1）：79-82.

ZHANG J J， FAN X L， CAI X S. Measurement for the velocity vector field of gas-solid two phase flow using single frame and single exposure imaging［J］. Journal of Engineering Thermophysics，2012， 33（1）： 79-82.

HSIEH C C， WANG S B， PAN C. Dynamic visualization of two-phase flow patterns in a natural circulation loop［J］. International Journal of Multiphase Flow， 1997， 23（6）： 1147-1169.

HAY K J， LIU Z C， HANRATTY T J. A backlighted imaging technique for particle size measurements in two-phase flows［J］. Experiments in Fluids， 1998， 25（3）： 226-232.

LI H W， ZHOU Y L， HOU Y D，et al.Flow pattern map and time frequency spectrum characteristics of nitrogen-water two phase flow in small vertical upward noncircular channels［J］. Experimental Thermal and Fluid Science， 2014， 54： 47-60.

周云龙，陈飞，孙斌. 基于灰度共生矩阵和支持向量机的气液两相流流型识别［J］. 化工学报，2007，58（9）：2232-2237.

ZHOU Y L， CHEN F， SUN B. Identification method of gas-liquid two-phase flow regime based on gray level co-occurrence matrix and support vector machine［J］. Journal of Chemical Industry and Engineering， 2007， 58（9）： 2232-2237.

LIU L， GONG S J， SUN H D， et al. Continuity wave in the elongated bubble region of horizontal slug flow［J］. Heat Transfer—Asian Research， 2005， 34（8）： 547-554.

DINH T B， KIM B S， CHOI T S. Application of image processing techniques to air/water two-phase flow［C］//Applications of Digital Image Processing XXII. International Society for Optics and Photonics， 1999， 3808： 725-730.

LÓPEZ J， PINEDA H， BELLO D， et al. Study of liquid-gas two-phase flow in horizontal pipes using high speed filming and computational fluid dynamics［J］. Experimental Thermal and Fluid Science， 2016， 76： 126-134.

龚圣捷，刘磊，张海鹏，等. 水平管泡状流强制扰动下的空隙波特性［J］. 西安交通大学学报，2004，38（5）：537-540.

GONG S J， LIU L， ZHANG H P， et al. Characteristics of void fraction wave in horizontal bubbly flow with forced disturbance［J］. Journal of Xi’an Jiaotong University， 2004， 38（5）： 537-540.

张弘，蔡小舒，尚志涛，等. 单帧图像二次水滴粒径、速度和流动角度测量方法研究［J］. 热力透平，2008（1）：26-29.

ZHANG H， CAI X S， SHANG Z T， et al. The measurement of size， velocity and flow angle of coarse water with single image method［J］. Thermal Turbine， 2008（1）： 26-29.

吴学成，王怀，胡倩，等. 基于轨迹图像的煤粉颗粒速度和粒径测量［J］. 浙江大学学报（工学版），2011，45（8）：1458-1462.

WU X C， WANG H， HU Q， et al. Velocity and size measurement of coal particle by trajectory imaging［J］. Journal of Zhejiang University（Engineering Science）， 2011， 45（8）： 1458-1462.

陈晶丽，李琛，蔡小舒，等. 流动多参数场的单帧图像法测量方法研究［J］. 实验流体力学，2015，29（6）：67-73.

CHEN J L， LI C， CAI X S， et al. Research on the single frame imaging method for measuring multi-parameter fields in flow field［J］. The Journal of Experiments in Fluid Mechanics， 2015， 29（6）： 67-73.

张伟，葛耀君，杨泳昕. 粒子图像测速技术互相关算法研究进展［J］.力学进展，2007，37（3）：443-452.

ZHANG W， GE Y J， YANG Y X. Research progress of cross-correlation algorithms for particle image velocimetry［J］. Advances in Mechanics， 2007，37（3）：443-452.

张晶晶. 基于单帧单曝光图像法的多相流速度场和粒度分布测量研究［D］. 上海：上海理工大学， 2011： 1-2.

ZHANG J J. Study on measurement for velocity vector field and granularity distribution of multi-phase flow based on single-frame and single-exposure imaging［D］. Shanghai： University of Shanghai for Science and Technology， 2011： 1-2.

周云龙. 基于数字图像处理技术的多相流参数检测技术［M］. 北京：科学出版社，2012.

ZHOU Y L.Multiphase flow parameters measurement based on digital image processing technology［M］.Bei-jing： Science Press， 2012.

周守为，陈伟，李清平. 深水浅层天然气水合物固态流化绿色开采技术［J］. 中国海上油气，2014，26（5）：1-7.

ZHOU S W， CHEN W， LI Q P. The green solid fluidization development principle of natural gas hydrate stored in shallow layers of deep water［J］. China Offshore Oil and Gas， 2014， 26（5）： 1-7.

徐明，王昊利. 基于低密度粒子图像叠加的micro-PIV速度场测量［J］. 实验流体力学，2013，27（2）：106-112.

XU M， WANG H L. Measurement of velocity by micro-PIV technique based on overlap of low density particle images［J］.Journal of Experiments in Fluid Mechanics， 2013，27（2）： 106-112.

OLSEN M G， ADRIAN R G. Out-of-focus effects on particle image visibility and correlation in microscopic particle image velocimetry［J］. Experiments in Fluids， 2000， 29（1）： S166-S174.

MEINHART C D， WERELEY S T， GRAY M H B. Volume illumination for two-dimensional particle image velocimetry［J］. Measurement Science and Technology， 2000， 11（6）： 809-814.

NGUYEN C V， FOURAS A， CARBERRY J. Improvement of measurement accuracy in micro-PIV by image overlapping［J］. Experiments in Fluids， 2010， 49（3）： 701-712.

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

海底表层水合物绞吸单齿破碎仿真分析

分形在南海北部陆坡断裂与天然气水合物关系研究中的应用

海底天然气水合物绞吸式开采方法研究