[发明专利]含天然气水合物储层动静加载模拟取样实验系统及方法

说明书

一种含天然气水合物储层动静加载模拟取样实验系统，由载模拟取样系统、气体收集系统、数据采集系统、温度控制系统和供气系统组成，反应釜固定于加载架上，柱状水合物样品置于反应釜内，第一微型振动器固定在支撑座上，支撑座下端的第一传动轴将载荷通过加载配合面传递给下方的第二传动轴，第二传动轴连接模拟取样钻具；压力体积控制器与反应釜底部的进液通道相连，通过控制注入液体的压力控制反应内釜的环境压力；反应釜的排气管道经气液分离器和第一气体流量计后，连接到气体收集模块。本发明可实现压实制样、水合物合成、水合物分解、恒力加载、循环加载等多个功能，从制样到加载取样试验过程中无需样品转移，提高了实验数据的精度。

技术领域

本发明涉及一种天然气水合物加载实验系统，具体涉及一种含天然气水合物储层动静加载模拟取样实验系统及实验方法。

背景技术

天然气水合物具有燃烧热值高、清洁无污染、资源储量大等优点，倍受各国关注。单位体积固体甲烷水合物热效率是常规化石能源的2倍，海底分布范围约占海洋总面积的百分之十，其中可作为资源开发利用的资源量约为2000× 10¹²～5000×10¹²m³，可满足世界100多年的能源需求，极具开发潜力。

原位取样是直接获取天然气水合物储层信息、验证和刻度测井结果、评价天然气水合物资源量的重要途径。已有水合物取样器的取样方式按照加载方式的不同可分为基于静载荷的压入式取样和基于动载荷的冲击式取样。静力压入式取样受“桩效应”影响取样长度往往较短。以高频率、低载荷为特征的冲击式(或振动式)取样，能够使接触岩心管管壁极小范围内的沉积物共振液化，降低侧摩擦阻力，是降低取样时“桩效应”影响、增加临界填充高度的有效手段。为进一步明确不同类型的取样方式对水合物影响的差异性，亟待设计可用于相关研究的实验系统。

发明内容

本发明的目的是设计一种含天然气水合物储层动静加载模拟取样实验系统及实验方法，以满足对不同取样方式下储层中水合物稳定性的研究。

本发明采用如下的技术方案：

一种含天然气水合物储层动静加载模拟取样实验系统，由模拟取样系统、气体收集系统、数据采集系统、温度控制系统和供气系统组成，其中模拟取样系统由柱状水合物样品、反应釜、加载架、第一微型振动器、第二微型振动器、砝码、第一气泵、第二气泵、支撑座、第一传动轴、第二传动轴和模拟取样钻具组成，反应釜固定于加载架上，柱状水合物样品置于反应釜内，第一微型振动器固定在支撑座上，支撑座下端的第一传动轴将载荷通过加载配合面传递给下方的第二传动轴，第二传动轴连接模拟取样钻具，模拟取样钻具钻入柱状水合物样品进行模拟取样；第一、第二气泵分别与第一、第二微型振动器相连并作为各自振动器的动力源，第二微型振动器固定于加载架上，将振动载荷经由加载架传递到反应釜内部。

压力体积控制器与反应釜底部的进液通道相连，通过控制注入液体的压力控制反应内釜的环境压力。

气体收集系统包括气液分离器、第一气体流量计和气体收集模块。反应釜的排气管道依次与气液分离器、第一气体流量计和气体收集模块相连。

温度控制系统为二级恒温控制，整个系统置于步入式恒温箱中，空气浴控温由步入式恒温箱完成，体积较小的低温恒温槽与反应釜相连，用于辅助调温，以确保试验过程中温度的恒定。

数据采集系统的数据采集仪分别与微型温度传感器、PT100传感器和微型孔压传感器连接，微型孔隙水压力传感器安置于柱状水合物样品侧壁面，用于监测试验过程中的孔隙水压力的动态变化；PT100温度探针用于监测反应釜内环境温度；微型温度传感器分层置于柱状水合物样品内部。

供气系统由气瓶，控制阀，第二气体流量计及气体连接管道组成，气瓶中的气体经控制阀和第二气体流量计，进入反应釜底部的进气通道。

加载架一侧配有一定重量的砝码，依靠杠杆原理，砝码借由加载架施加恒定的轴向载荷，实现分层压实制样。