[发明专利]泥质粉砂型水合物降压开采过程中粘土膨胀和运移的可视化模拟方法

权利要求书

1.一种泥质粉砂型水合物降压开采过程中粘土膨胀和运移的可视化模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.配置粘土悬浮液；

S2.冲洗可视化模拟装置的玻璃刻蚀模型:

可视化模拟装置包括注入系统、可视化反应釜、玻璃刻蚀模型、冷却循环泵、产出系统、围压控制系统、回压控制系统和图像数据采集系统,玻璃刻蚀模型位于可视化反应釜内；

所述注入系统包括气体注入单元、液体注入单元、六通阀I，气体注入单元包括依次连接的甲烷气瓶、减压阀、气体流量计和单向阀，单向阀与六通阀I连接，液体注入单元包括平流泵、六通阀II、中间容器I、中间容器II和中间容器III，平流泵、中间容器I、中间容器II和中间容器III分别与六通阀II连接，中间容器I内盛放去离子水，中间容器II内盛放盐水，中间容器III内盛放粘土悬浮液，中间容器III带有搅拌功能，三个中间容器的出口分别与六通阀I连接，六通阀I还与可视化反应釜和压力传感器I连接；

所述可视化反应釜包括釜体、上顶盖和下底盖，上顶盖和下底盖的中心位置分别设有可视窗，上顶盖与釜体的顶部固定连接，下底盖与釜体的底部固定连接，釜体的中心设有中空腔体，釜体壁内设有环形腔体，釜体上设有循环液进口和循环液出口，循环液进口和循环液出口分别与冷却循环泵连接，使冷却循环液在釜体的环形腔体循环，上顶盖处设有开口I和开口II，开口I与围压控制系统连接，开口II与温度传感器连接，下底盖处设有开口III和开口IV，开口III与的六通阀I连接，开口IV与产出系统连接，玻璃刻蚀模型的进口与开口III对接，玻璃刻蚀模型的出口与开口IV对接；

所述产出系统包括六通阀III、压力传感器II、回收池、固相分离器、回压阀、气液分离器、集气瓶和集液瓶，六通阀III分别与下底盖的开口IV、回收池、固相分离器的入口和压力传感器II连接，回压阀的入口与固相分离器的出口连接，回压阀的出口与气液分离器的入口连接，气液分离器的出气口与集气瓶连接，气液分离器的出液口与集液瓶连接；

所述围压控制系统包括围压控制泵和三通阀I，围压控制泵通过三通阀I与上顶盖的开口I连通，压力传感器III连接于三通阀I，所述回压控制系统包括回压控制泵和三通阀II，回压控制泵通过三通阀II与回压阀的压力接口连通，压力传感器IV连接于三通阀II；

所述图像数据采集系统包括视频显微镜、光源和计算机，视频显微镜通过数据传输线连接计算机，计算机还通过数据线连接与压力传感器I、压力传感器II、压力传感器III、压力传感器IV和温度传感器连接；

调节六通阀II和六通阀I，使平流泵、中间容器I和下底盖的开口III连通，调节六通阀III使玻璃刻蚀模型的产出流体流入回收池，中间容器I内的去离子水注入玻璃刻蚀模型中，反复冲洗玻璃刻蚀模型，排净玻璃刻蚀模型中的气泡和残渣；

S3.盐水浸泡玻璃刻蚀模型：

调节六通阀I，连通平流泵、中间容器II和下底盖的开口III，中间容器II内的盐水注入玻璃刻蚀模型内，使玻璃刻蚀模型得到充分浸泡；

S4.向玻璃刻蚀模型中注入粘土悬浮液：

调节六通阀II，使平流泵、中间容器III和下底盖的开口III连通，中间容器III内的粘土悬浮液注入玻璃刻蚀模型中，通过视频显微镜观察到玻璃刻蚀模型内部的孔道表面吸附上一层粘土后，关闭平流泵，停止注入粘土悬浮液；

S5.驱出玻璃刻蚀模型的孔道表面附着不牢固的粘土颗粒：

调节六通阀I，使气体注入单元与下底盖的开口III连通，依次打开甲烷气瓶、减压阀、单向阀和气体流量计，向玻璃刻蚀模型中注入气体，驱出玻璃刻蚀模型的孔道表面附着不牢固的粘土颗粒；

S6.重复S4和S5，反复向玻璃刻蚀模型中注入粘土悬浮液和气体，通过视频显微镜观察到孔道表面粘土含量和分布趋于稳定后，停止注入粘土悬浮液和气体；

S7.再次使用盐水浸泡玻璃刻蚀模型；

S8.保持盐水注入，调节六通阀III，使固相分离器的入口与下底盖的开口IV连通，同步调整回压控制泵和围压控制泵，使回压和围压逐渐升高至预设压力，并始终保持回压小于围压1MPa，并调节冷却循环泵的温度到预设温度；

S9.生成水合物：

当压力传感器I、压力传感器II测到的压力值、以及温度传感器测量的温度值达到稳定后，调节六通阀I，使气体注入单元、液体注入单元同时与下底盖的开口III连通，按照比例向玻璃刻蚀模型中注入甲烷气体和盐水，待气-水渗流稳定后，停止注入，关闭六通阀I与气体注入单元、液体注入单元连通的阀门，关闭六通阀III与回收池、固相分离器连通的阀门，使玻璃刻蚀模型保持封闭，静待水合物生成；

S10.当通过视频显微镜观察到玻璃刻蚀模型中水合物生成且稳定后，调节六通阀III，使固相分离器的入口与下底盖的开口IV连通，调节回压控制泵，使回压逐渐下降，同时调整围压控制泵使围压同步下降，并始终保持围压高于回压1Mpa；

S11.随着回压的降低，水合物逐渐分解，利用视频显微镜实时观察水合物分解过程中粘土的行为响应，由压力传感器I和压力传感器II实时测量玻璃刻蚀模型的前、后压力。