[发明专利]水合物沉积物原位生成与分解及其渗透率测量一体化装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于水合物沉积物原位生成与分解及其渗透率测量一体化装置，属天然气水合物基础物性测量领域。

背景技术

天然气水合物具有分布广、资源量大、埋藏浅、能量密度高、洁净等特点，是地球上尚未开发的最大未知能源库，被认为是21世纪最理想的、具有商业开发前景的新能源。天然气水合物的安全开采受到各国科学家和政府的广泛重视，已成为石油天然气工业新的研究热点，并有可能对环境科学和能源工业的发展产生深远的影响。2007年5月，我国在南海北部的神狐海域正式采集到天然气水合物实物样品，成为继美国、日本、印度之后第4个通过国家级研发计划采集到天然气水合物实物样品的国家。2008年11月，我国在青海祁连山地区发现水合物实物样品。这为我国海域及冻土区存在天然气水合物矿藏提供了强有力的证据。研究天然气水合物的基础物性、机械特性对水合物的全开采及解决我国的能源问题具有重大的现实意义。

原状的水合物沉积物岩芯获取难度较大，成本高。在钻孔取芯过程中，载荷的变化会造成沉积物结构的扰动；温度和压力的改变会使部分水合物发生分解。取得的岩芯不能真实的反应水合物沉积物储层条件。而实验室人工合成水合物沉积物试样具有参数可控性、成本低等特点。在实验室里，根据我国海域及冻土区域的地热、地貌及沉积条件等参数资料，我们可以控制沉积物的颗粒级配、初始孔隙率、水合物生成温度、压力及饱和度等参数，进而模拟自然界中天然气水合物沉积物储层环境制备试样。获得的实验参数与储层的实际情况很接近，可以用来指导水合物的安全开采。近年来，国内外许多研究机构进行了天然气水合物沉积物的实验模拟工作，设计制作了多套水合物沉积物实验室模拟装置，能够初步还原重塑天然水合物沉积物，并能在反应釜内进行相平衡、渗透率等相关参数的测量。但是当前使用的水合物沉积物模拟装置，无法进行沉积物骨架的压缩固结，无法真实模拟水合物沉积物的历史沉积条件及应力状态。并且受其尺寸及设计方面的因素影响，生成的水合物沉积物试样无法整体取出，或取其部分经过液氮冷却、车床加工等工序才能放入低温高压三轴试验机中进行力学特性等进一步的研究工作。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种水合物沉积物原位生成与分解及其渗透率测量一体化装置。该装置能够模拟自然条件下天然气水合物储层的温度、压力、沉积历史条件、饱和度、孔隙度等参数，能够进行水合物的生成与分解，能够进行渗透率等参数的测量。获得的相应尺寸的水合物沉积物试样能较方便的取出并放入低温高压三轴试验机进行力学性能测试等进一步的研究。对我国海域及冻土区域天然气水合物的勘探和安全开采起重要的指导作用。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种水合物沉积物原位生成与分解及其渗透率测量一体化装置，它主要包含一个反应釜、扫气检漏系统、温度控制系统、供气系统、供水系统、渗透率测量系统及计算机数据采集系统。所述反应釜、扫气检漏系统、温度控制系统、供气系统、供水系统和渗透率测量系统集成设置在冷库中；所述反应釜采用高耐压结构，底盘与底座之间放置下隔热板，并用螺栓固定连接；在底座的中心位置放置第一渗流垫；内罩筒采用组合式结构，放置在底座中部位置；外罩筒套在内罩筒外，相互之间为间隙配合，且外罩筒与底座之间通过第一密封圈密封；冷却罩筒套在外罩筒外，固定在固定盘上，且同样放置在底座上；压板放置在内罩筒和外罩筒上，压板与外罩筒之间通过第二密封圈密封，并用连接杆将压板与底座固定；压板上装有起吊螺母和吊环螺钉；活塞与内罩筒、外罩筒、压板及底座形成封闭的压力室，活塞与压板之间通过第三密封圈密封；在活塞的底部安装有第二渗流垫；上隔热板放置在活塞的上部。

所述底座设有底座管道，与供气系统、供水系统连接，并设置一个第二压力变送器；所述冷却罩筒通过固定盘上的管道接口与温度控制系统连接；所述活塞设有安装温度传感器的活塞通孔以及活塞管道接口，活塞管道接口与扫气检漏系统和渗透率测量系统连接，并设置一个第一压力变送器；所述底座管道与所述活塞管道接口之间连接一个压差变送器；所述活塞通孔底部设置有温度传感器。

所述扫气检漏系统主要包含一个氮气瓶，经第一减压阀及第一止回阀与活塞管道接口连接。

所述温度控制系统主要包含一个恒温槽、一个循环泵，与所述固定盘上的固定盘管道接口连接。

所述供气系统主要包含一个经第二减压阀与甲烷气瓶连接的恒压泵，恒压泵经第二止回阀与底座管道连接。

所述供水系统主要包含一个蒸馏水罐和一个电动计量泵，电动计量泵与底座管道连接；一个量筒与活塞管道接口连接；一个真空泵与活塞管道接口连接。