[发明专利]水合物-沉积物混合体系界面作用力测试装置及方法

说明书

本发明涉及天然水合物储层探测与评价领域，特别是一种水合物‑沉积物混合体系界面作用力测试装置及方法。所述径向测力模块的一端伸入可视化反应釜模块内，并与可视化反应釜模块内的载物台连接，所述可视化反应釜模块包括上盖、筒体和下盖，筒体内设有环形腔体，上盖与筒体的顶部密封连接，下盖与筒体的底部密封连接，上盖、筒体和下盖组成样品腔体；下盖顶部表面的中心固定设有载物台，载物台位于筒体的中央位置，且载物台位于蓝宝石玻璃的正下方。实现裂隙型天然气水合物储层中水合物‑沉积物界面作用力的可视化直观探测，兼顾多类型水合物沉积物的直剪破坏特征的探测和出砂地层水合物二次合成后泥、水合物混合物质在管道壁面的粘附特征探测。

技术领域

本发明涉及天然水合物储层探测与评价领域，特别是一种水合物-沉积物混合体系界面作用力测试装置及方法。

背景技术

天然气水合物处于化石能源金字塔的中下部，储量巨大，但资源品位差、聚集程度弱，现有技术条件下的资源经济可采性较差。根据天然气水合物赋存介质的差异，可以将天然气水合物储层划分为富含砂质水合物储层、泥质粉砂裂隙充填型储层和局部低饱和度弥散型泥质储层。基于对天然气水合物储层孔渗特征、技术可采难度的认识，国际主流普遍认为赋存在砂层沉积物中的水合物应该是天然气水合物试采的优选目标。

然而，地球物理和取芯结果表明，92%以上的泥质粉砂沉积物中水合物则往往呈现出结核状、透镜体状、脉状、厚块状等完全不同于砂质沉积物的赋存特征。为便于表述，并与孔隙型储层相区分，我们将泥质粉砂沉积物中水合物以这些特殊形态赋存形成的储层统称为裂隙型储层，并将独立于沉积物存在的水合物结构体本身称之为水合物单体。我国目前在南海北部神狐海域和琼东南盆地都钻获了大量的裂隙型天然气水合物样品，裂隙型天然气水合物在我国南海北部水合物资源总量中占据非常重要的地位。

在水合物开采过程中，裂隙型水合物系统中水合物单体与沉积物基质之间的相互作用不仅对储层的稳定性产生严重影响，也直接关系到裂隙型水合物开采过程中的压力传导特征，决定储层改造过程中裂缝的走向。因此，裂隙型储层中水合物单体与沉积物界面作用力是裂隙型水合物开发的面临的最关键科学问题之一。然而，由于目前裂隙型水合物开发的多重技术挑战，目前尚未进行该类型储层的开采试验，因此水合物单体-沉积物基质之间的作用力尚未受到国内外研究人员的关注，也缺乏直接观测水合物单体-沉积物基质之间作用力的技术手段和方法。

裂隙型天然气水合物广泛分布于我国南海神狐/琼东南及周边重点海域，裂隙型天然气水合物开发是我国实现天然气水合物产业化的必经之路，探讨和厘清裂隙型水合物储层中水合物单体与沉积物基质之间的作用力，将为裂隙型储层改造、稳定性分析提供理论支撑。为此，本发明将提供一种专门用于水合物储层中水合物与沉积物之间相互作用力的测试系统及其测试方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提出了一种水合物-沉积物混合体系界面作用力测试装置及方法，实现裂隙型天然气水合物储层中水合物-沉积物界面作用力的可视化直观探测，兼顾多类型水合物沉积物的直剪破坏特征的探测和出砂地层水合物二次合成后泥、水合物混合物质在管道壁面的粘附特征探测。

本发明的技术方案是：一种水合物单体-沉积物界面作用力测试装置，包括可视化反应釜模块、径向测力模块、显微测试模块、气液供给模块，其中，所述径向测力模块的一端伸入可视化反应釜模块内，并与可视化反应釜模块内的载物台连接，显微测试模块位于可视化反应釜模块的上方；

所述可视化反应釜模块包括上盖、筒体和下盖，筒体内设有环形腔体，上盖与筒体的顶部密封连接，下盖与筒体的底部密封连接，上盖、筒体和下盖组成样品腔体；

上盖的中部设有圆形视窗开口，圆形视窗开口处设有蓝宝石玻璃，蓝宝石玻璃的底部表面与上盖的底部表面平齐，蓝宝石玻璃的环形外壁与圆形视窗开口的内壁之间存在间隙，柔性压板从上盖的底部挤压进入蓝宝石玻璃和上盖板之间，将蓝宝石玻璃固定在圆形视窗开口内，蓝宝石玻璃的外壁与上盖的内壁之间设有径向密封组件；