[发明专利]水合物沉积物渗流测试的方法及其专用装置

说明书

技术领域

本发明涉及水合物沉积物渗流测试的方法及其专用装置。

背景技术

天然气水合物是在适当高的压力和适当低的温度条件下，由水和天然气组成的类冰的笼形结晶化合物。天然气水合物广泛分布在大陆、海洋和一些内陆湖的深水环境，是一种重要的潜在资源。

随着世界油气可开采量的减少和消耗量的增加，深海水合物开采的迫切性日益显著。美国、日本、加拿大等国开展了大量的相平衡条件、勘探方法等方面的工作，并进行了试采。

油气开采、水合物开采或自然条件变化会导致水合物沉积物地层(简称水合物沉积物)中水合物分解。水合物分解一方面使沉积层中的岩土介质失去胶接，另一方面会改变沉积层的结构，生成的气体又会增大孔隙压力，引起孔隙渗流，甚至压裂，从而使该沉积层的强度降低甚至破坏，引起多种严重的灾害，如由于水合物分解导致的井口周围土体大变形引起的海上或海床中结构物的破坏，如平台倾覆、油气井毁坏等。据文献记载，挪威大陆架边缘由于水合物分解发生的海底滑坡(Storegga滑坡)共滑走2500～3200立方公里沉积物，是目前为止发现的最大的海底滑坡。大量的地质调查和分析表明产生该滑坡的原因是由于当时水温增加，水合物发生了分解。水合物迅速分解将导致大面积滑坡等多种破坏形式，并可能引起海啸。

天然气水合物开采方法的本质就是改变天然气水合物的相平衡条件，促使水合物分解，促使气体渗流溢出，然后收集。

不论是水合物相关的灾害问题，还是水合物开采问题，水合物分解后水、天然气、水蒸气在地层中的渗流过程都是其中的关键参数。

目前世界上对于该问题的研究成果很少，有关水合物沉积物中的渗流数据还很缺乏，而这些参数对于水合物勘探、开采和海底结构灾害分析有重要意义，因此必须首先通过实验获得水合物沉积物的基本渗流参数和规律，为工程设计提供依据。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水合物沉积物渗流测试的装置。

该装置包括一压力室，所述压力室的一端为进口，另一端为出口，所述进口和出口分别由端头伸进所述压力室内的第一密封盖和第二密封盖密封，所述进口和出口处分别设置有进口管道和出口管道，其特征在于：所述装置还包括：

设置在压力室内的用于容纳样品的腔室；所述腔室由橡皮膜构成，所述橡皮膜与所述压力室之间形成围压液容置空间，所述压力室的壁上开设有围压液加载口，所述橡皮膜具有进口和出口，所述橡皮膜的进口与所述第一密封盖的伸进压力室内的端头相连通，所述橡皮膜的出口与所述第二密封盖的伸进压力室内的端头相连通；所述进口管道穿过所述第一密封盖伸进所述橡皮膜内，所述出口管道穿过所述第二密封盖伸进所述橡皮膜内；

针对所述围压液进行做功的围压加载装置；

设置在所述进口管道和出口管道之间的橡皮膜内的第一透水石和第二透水石，所述第一透水石和第二透水石与所述橡皮膜之间形成样品容置空间；

设置在所述样品容置空间内的至少一个温度传感器和至少两个压力传感器；

设置在所述进口管道上的第一液体流量计；

以及设置在出口管道上的第二液体流量计。

进一步，上述第一液体流量计可以为能实现液体计量功能的平流泵。

在另一实施例中，上述装置还包括：

设置在所述进口管道上的第一气体流量计；

设置在所述出口管道上的第二气体流量计；

以及用于控制所述压力室内温度的控温装置。

上述第二液体流量计为能实现液体计量功能的气液分离计。

上述第二液体流量计与所述第二密封盖之间的出口管道上设置有回压装置。

上述出口管道的端口处还设置有气体收集装置。

本发明的另一目的在于提供一种利用上述的装置进行水合物沉积物渗流测试的方法。

该方法，包括沉积物的绝对渗透率的测试，所述绝对渗透率的测试包括如下步骤：

1)将沉积物样品从所述压力室的进口填入所述样品容置空间；将所述第一透水石和所述第二透水石组装进所述橡皮膜内；将围压液通过围压液加载口注入所述围压液容置空间；

2)开启所述围压加载装置；

3)将水从进口管道中泵进所述橡皮膜内；

4)采集所述第一液体流量计和所述第二液体流量计的数据，采集所述温度传感器和所述压力传感器的数据；

5)计算所述沉积物的绝对渗透率。

进一步讲，上述方法还包括气体和/或水的相对渗透率的测试，所述气体和/或水的相对渗透率的测试包括如下步骤：

a1)与上述步骤1)相同；