[发明专利]一种非成岩水合物粉砂岩芯制作装置及方法

说明书

本发明公开了一种非成岩水合物粉砂岩芯制作装置及方法。本实验装置利用粉砂颗粒自沉淀的方法构造岩芯骨架，通过冷冻方式，使孔隙水凝结成冰作为胶结物，提升岩芯强度，经过切割后再低温高压环境使冰转化为水合物，最终形成含水合物的弱胶结岩芯。该岩芯内水合物分解后具有恢复无胶结、低强度、不成岩的特点，能更好的模拟海相水合物层。

技术领域

本发明涉及新能源开发技术领域，是一种利用固体颗粒在液体中的沉降作用制作无胶结超细粉砂骨架后在岩芯内部生成水合物的实验装置和方法。

背景技术

目前，人们水合物的开采关注度正逐渐提高，了解水合物的分解状况来指导水合物的开采成为关注的焦点。中国珠江口神狐海域天然气水合物(可燃冰)于2017年5月10日点火试采，试采进行31天后总产气量达到21万立方米，平均日产6800立方米。然而依旧未达到可以进行商业开采的标准，因此积极开展针对水合物储层的研究非常重要。

在实验室中研究岩芯内水合物，实验室制作的用来模拟地层情况的水合物岩芯对于后期实验具有重要意义。我国神狐海域天然气水合物储层属于弱胶结的极细粉砂储层，目前对于水合物岩芯的制作方法很多，对于极细粉砂岩芯的制作少有涉及。一般岩芯制作方法对于极细粉砂岩芯的制作有一定困难并且不能模拟真实地层。为解决该问题，本发明设计了一种实验室水合物岩芯制作方法，通过该方法可得到骨架颗粒尺寸小、非成岩、弱胶结、高孔隙度的人造岩芯，能够良好模拟海域水合物储层。这对于研究水合物开采特别是我国水合物藏的探索具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的问题是针对现有岩芯制作技术难以正确制成符合真实地层情况的水合物岩芯，提供一种利用颗粒自沉降方法制作岩石骨架并在岩石内部生成水合物的装置和方法，以获得与实际地层物理力学特性更加接近的水合物岩样制备方法，为天然气水合物资源的钻探和开发提供实验支撑。

本发明提到的一种非成岩水合物粉砂岩芯制作装置，主要设计了可拆卸颗粒沉淀装置、可拆卸直筒取芯装置、多反应釜水合物生成装置，并同时使用到冷库，数控压力机，岩芯切割机，真空干燥箱，变温冰箱等。

在可拆卸颗粒沉淀装置中完成颗粒沉淀过程，利用数控压力机控制可拆卸直筒取芯装置取芯，利用冰箱冷冻岩芯，在冷库中使用岩芯切割机加工岩芯形状，最后用多反应釜水合物生成装置在岩芯中生成水合物。

本发明的技术方案如下：

一种非成岩水合物粉砂岩芯制作装置及方法，利用颗粒在液体中的沉降作用使粒径小的石英粉砂在水中的沉淀装置中自然沉淀,得到求欠压实、低强度的岩石骨架形状，由于使用的是颗粒在液体自沉降的方法，所以在沉降过程中生成的岩石骨架颗粒均匀分布并且在骨架生成后也是饱和水状态。过程中可以通过定量控制配砂质量、配水体积、沉降时间和析水量来控制制成岩石骨架的体积、密度、孔隙度，使骨架参数达到一定程度模拟真实水合物藏的要求。

在骨架形成后，通过冷冻的方法固结岩芯骨架，本来无胶结低强度的岩石骨架形成了以冰为胶结物的具有一定强度岩芯，以便岩芯形状的二次加工，达到能够进行形状切割、磨平端面的目的。

通过将形状加工好的含冰岩芯放入水合物生成釜中，在高压低温下通入甲烷气，将岩芯内部的冰转化为水合物，通过控制恒定反应釜内的温度，利用气体损耗判定水合物生成情况。

当气体不再损耗后，可将制得岩芯一直放在反应釜中备用，能够通过关闭某反应釜气阀，在不影响其他反应釜的情况下取出岩芯使用。

附图说明：

图1为根据本发明可拆卸颗粒沉淀装置及其和其部件的结构示意图。

图中：1—半圆带槽筒；2—向下固定底座；3—密封硅胶条。

图2为根据本发明可拆卸直筒取芯装置和其部件结构示意图。

图中：4—内径25mm薄壁取芯筒；5—向上固定底座。