天然氣水合物飽和度和沉積物滲透率同步測量裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種天然氣水合物飽和度和沉積物滲透率同步測量裝置，包括倒置的反應(yīng)釜，反應(yīng)釜的底端分別連接有抽真空系統(tǒng)、圍壓控制系統(tǒng)和循環(huán)制備樣品系統(tǒng)，反應(yīng)釜的頂端分別連接有滲透率瞬態(tài)測量系統(tǒng)、水合物飽和度測量系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，滲透率瞬態(tài)測量系統(tǒng)、水合物飽和度測量系統(tǒng)、和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分別與計算機(jī)相連接；反應(yīng)釜、循環(huán)制備樣品系統(tǒng)和滲透率瞬態(tài)測量系統(tǒng)均設(shè)置于溫度控制系統(tǒng)內(nèi)。本實(shí)用新型能夠?qū)崿F(xiàn)合成與分解過程中水合物飽和度及其沉積物滲透率的同步瞬態(tài)測量，為儲層滲透率在水合物成藏與開采過程中的變化規(guī)律研究提供可靠的實(shí)驗(yàn)平臺。
【專利說明】
天然氣水合物飽和度和沉積物滲透率同步測量裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于非常規(guī)油氣藏工程與巖土工程基礎(chǔ)物性測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種天然氣水合物飽和度和沉積物滲透率同步測量裝置?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]天然氣水合物勘探開發(fā)受到各國政府、高校和研究機(jī)構(gòu)的高度重視，已經(jīng)成為非常規(guī)油氣藏工程的研究熱點(diǎn)，其涉及的含水合物沉積物結(jié)構(gòu)較常規(guī)土體結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，對巖土工程相關(guān)理論的工程應(yīng)用提出了更高的要求。我國南海海域和青藏高原蘊(yùn)含著豐富的水合物資源，海域水合物試開采的實(shí)施迫在眉睫，然而在水合物成藏理論與開采機(jī)理方面仍然存在一些問題，特別是不同飽和度和微觀賦存形式的水合物對其沉積物滲透率的影響規(guī)律及理論模型研究仍然不能較好的滿足工程實(shí)際需求。
[0003]由于現(xiàn)場取芯技術(shù)的難度大、成本高，而人工合成的樣品具有操作簡便、參數(shù)可控和成本低廉等特點(diǎn)，常被選為室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究的主要對象。水合物飽和度與微觀賦存形式是其沉積物滲透率的重要影響因素，而水合物成藏過程與開采過程中水合物微觀賦存形式隨水合物飽和度的變化規(guī)律存在著較大差異。水合物勘探開發(fā)引起的沉積物有效應(yīng)力變化會造成微觀孔隙結(jié)構(gòu)的擾動，進(jìn)而導(dǎo)致含水合物沉積物滲透率的變化。近年來，國內(nèi)外許多高校以及研究機(jī)構(gòu)開展了含水合物沉積物滲透率的實(shí)驗(yàn)測量工作，研制了多套實(shí)驗(yàn)測量裝置，能夠一定程度上模擬水合物成藏與開采過程，根據(jù)氣量變化間接確定水合物飽和度，采用穩(wěn)態(tài)滲流法測量沉積物滲透率。但是目前已有的含水合物沉積物滲透率測量裝置無法對水合物飽和度進(jìn)行實(shí)時動態(tài)測量，測量時難以形成理想的穩(wěn)態(tài)滲流狀態(tài)，特別是對于我國南海海域以粘土質(zhì)粉砂等細(xì)顆粒為主的含水合物沉積物而言，測量精度低，消耗時間長，水合物飽和度易發(fā)生變化，無法實(shí)現(xiàn)水合物飽和度及其沉積物滲透率的同步瞬態(tài)測量，制約了水合物合成與分解過程中沉積物滲透率隨水合物飽和度變化規(guī)律及理論模型的研究工作?！緦?shí)用新型內(nèi)容】
[0004]為了克服現(xiàn)有測量裝置存在的上述問題，本實(shí)用新型提供一種水合物飽和度及其沉積物滲透率同步瞬態(tài)測量裝置。該裝置能夠模擬自然條件下水合物儲層的溫度、壓力和孔隙度等參數(shù)，能夠模擬水合物成藏過程與開采過程，能夠?qū)崟r動態(tài)測量水合物飽和度，無需穩(wěn)態(tài)滲流狀態(tài)即可快速測量沉積物滲透率，能夠?qū)崿F(xiàn)水合物飽和度及其沉積物滲透率的同步瞬態(tài)測量，測量精度高，消耗時間短，測量時水合物飽和度不會發(fā)生變化。
[0005]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是，一種天然氣水合物飽和度和沉積物滲透率同步測量裝置，包括倒置的反應(yīng)釜，反應(yīng)釜的底端分別連接有抽真空系統(tǒng)、圍壓控制系統(tǒng)和循環(huán)制備樣品系統(tǒng)，反應(yīng)釜的頂端分別連接有滲透率瞬態(tài)測量系統(tǒng)、水合物飽和度測量系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，滲透率瞬態(tài)測量系統(tǒng)、水合物飽和度測量系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分別與計算機(jī)相連接;反應(yīng)釜、循環(huán)制備樣品系統(tǒng)和滲透率瞬態(tài)測量系統(tǒng)均設(shè)置于溫度控制系統(tǒng)內(nèi)。
[0006]進(jìn)一步地，反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)有成型模盒，成型模盒內(nèi)設(shè)置導(dǎo)熱導(dǎo)壓的橡膠筒，橡膠筒與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連接，橡膠筒內(nèi)包裹沉積物樣品，沉積物樣品的頂部和底部分別設(shè)置有第一透水石和第二透水石，沉積物樣品與水合物飽和度測量系統(tǒng)相連接;反應(yīng)釜之內(nèi)且在橡膠筒之外的圍壓環(huán)腔內(nèi)充滿液體;反應(yīng)釜整體放置于溫度控制系統(tǒng)內(nèi)。
[0007]進(jìn)一步地，水合物飽和度測量系統(tǒng)包括兩根平行的時域反射探針、同軸電纜、時域反射儀和計算機(jī);時域反射探針設(shè)置于沉積物樣品內(nèi)部，時域反射探針設(shè)置有2個，2個時域反射探針平行設(shè)置;兩個時域反射探針均通過同軸電纜與時域反射儀相連接;時域反射儀與計算機(jī)相連接。
[0008]進(jìn)一步地，時域反射儀為TDR100時域反射儀。
[0009]進(jìn)一步地，滲透率瞬態(tài)測量系統(tǒng)包括上游滲透容器、下游滲透容器、第二高壓注液栗、第二儲水容器；
[0010]上游滲透容器通過第一管道與反應(yīng)釜的頂端相連接;下游滲透容器通過第二管道與反應(yīng)釜的底端連接，第一管道和第二管道通過第三管道相連接;上游滲透容器和下游滲透容器均與第二高壓注液栗、第二儲水容器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)相連接;上游滲透容器與循環(huán)制備樣品系統(tǒng)相連接。
[0011]進(jìn)一步地，循環(huán)制備樣品系統(tǒng)包括高壓氣瓶、第一儲水容器、飽和水容器、磁力攪拌器、第一高壓注液栗、第一壓力表、第二壓力表、真空栗和回壓閥；圍壓控制系統(tǒng)包括第三高壓注液栗和第三儲水容器;抽真空系統(tǒng)包括真空栗；
[0012]上游滲透容器通過第四管道與第二儲水容器相連接，下游滲透容器通過第五管道與第四管道相連接；圍壓環(huán)腔通過第六管道依次連接有第六閥門、第三高壓注液栗和第三儲水容器;飽和水容器的底部盛放有超飽和氣的水，飽和水容器內(nèi)且在超飽和氣的水上方盛放有氣體，超飽和氣的水中盛放有磁力攪拌器；
[0013]飽和水容器的底端通過第七管道與第一管道相連接，飽和水容器的頂端分別通過第八管道、第九管道和第十管道與高壓氣瓶、第一儲水容器和第二管道相連接;第九管道通過第十一管道連接有真空栗；
[0014]第一管道上設(shè)置有第九閥門，第九閥門設(shè)置于第一管道和第三管道的交點(diǎn)以及第一管道和第七管道的交點(diǎn)之間；第三管道上設(shè)置有第十閥門；第二管道上設(shè)置有第八閥門，第八閥門設(shè)置于第二管道和第三管道的交點(diǎn)以及第二管道和第十管道的交點(diǎn)之間；自第二儲水容器開始，第四管道上依次設(shè)置有第十四閥門、第二高壓注液栗、第二壓力表、第十三閥門和第十一閥門，第五管道設(shè)置于第十三閥門和第十一閥門之間，第五管道上設(shè)置有第十二閥門；自第三儲水容器開始，第六管道上依次設(shè)置有第三高壓注液栗、第六閥門； 自飽和水容器的底部開始，所述第七管道上依次設(shè)置有第五閥門、第一高壓注液栗和第七閥門；自高壓氣瓶開始，第八管道上依次設(shè)置有第一壓力表和第一閥門；第九管道上且在第九管道與第十一管道的交點(diǎn)之后設(shè)置有第二閥門；第十一管道上設(shè)置有第三閥門；自飽和水容器的頂部開始，第十管道上依次設(shè)置有回壓閥和第四閥門。
[0015]進(jìn)一步地，溫度控制系統(tǒng)包括第一恒溫水浴箱、第二恒溫水浴箱和第三恒溫水浴箱，反應(yīng)釜設(shè)置于第一恒溫水浴箱內(nèi)，上游滲透容器、下游滲透容器和第二儲水容器均設(shè)置于第二恒溫水浴箱內(nèi)，磁力攪拌器設(shè)置于第三恒溫水浴箱內(nèi)。
[0016]進(jìn)一步地，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括第一溫度探頭、第二溫度探頭、第三溫度探頭、第四溫度探頭和第五溫度探頭、壓差傳感器、第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、第三壓力傳感器、第四壓力傳感器、第五壓力傳感器和數(shù)據(jù)采集模塊；
[0017]所述數(shù)據(jù)采集模塊分別與第一溫度探頭、第二溫度探頭、第三溫度探頭、第四溫度探頭和第五溫度探頭、壓差傳感器、第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、第三壓力傳感器、第四壓力傳感器、第五壓力傳感器和計算機(jī)相連接；
[0018]所述第一溫度探頭、第二溫度探頭、第三溫度探頭、第四溫度探頭和第五溫度探頭分別與橡膠筒、飽和水容器、上游滲透容器、下游滲透容器和第二儲水容器相連接;第一管道和第三管道之間設(shè)置有壓差傳感器，壓差傳感器的一端設(shè)置于第一管道和第三管道的交點(diǎn)與第十閥門之間;壓差傳感器的另一端設(shè)置于第二管道和第三管道的交點(diǎn)與第八閥門之間；
[0019]第一壓力傳感器與飽和水容器相連接，第二壓力傳感器設(shè)置于第七管道上且設(shè)置于第七閥門以及第七管道和第一管道的交點(diǎn)之間；第三壓力傳感器設(shè)置于第十管道上且設(shè)置于第四閥門以及第十管道和第二管道的交點(diǎn)之間；第四壓力傳感器設(shè)置于第一管道上且在第九閥門以及第一管道和第三管道的交點(diǎn)之間；第五壓力傳感器設(shè)置于第二管道上且設(shè)置于第二管道和第三管道的交點(diǎn)以及壓差傳感器與第二管道的交點(diǎn)之間。
[0020]本實(shí)用新型的有益效果是:這種天然氣水合物飽和度及其沉積物滲透率同步瞬態(tài)測量裝置整體放置于步入式冷庫，主要包含反應(yīng)釜、水合物飽和度測量系統(tǒng)、滲透率瞬態(tài)測量系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、圍壓控制系統(tǒng)、循環(huán)制備樣品系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)和計算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。步入式冷庫為測量實(shí)驗(yàn)提供一個穩(wěn)定的外界溫度條件;反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行水合物合成與分解，是測試裝置的核心部件;水合物飽和度測量系統(tǒng)實(shí)時動態(tài)測量水合物含量;滲透率瞬態(tài)測量系統(tǒng)在非穩(wěn)態(tài)滲流條件下快速測量沉積物滲透率;溫度控制系統(tǒng)為水合物合成與分解以及滲透率測量提供一個更為精確恒定的溫度條件;圍壓控制系統(tǒng)模擬實(shí)際的水合物地層壓力;抽真空系統(tǒng)排除測量裝置內(nèi)部的其它氣體，為測量實(shí)驗(yàn)開始做準(zhǔn)備;計算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集并存儲水合物飽和度、滲透率、溫度、壓力和壓差等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。[0021 ]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)還在于:[〇〇22]1、反應(yīng)釜設(shè)計壓力為0_30MPa，設(shè)計溫度為_20°C?室溫，圍壓加載上限為25MPa，能夠模擬自然條件下海底水合物儲層的溫度、孔隙壓力和應(yīng)力條件，滿足室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究的需求；
[0023]2、步入式冷庫和溫度控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)溫度的快速、精確及穩(wěn)定控制，滿足實(shí)驗(yàn)需求；
[0024]3、計算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時測量與持續(xù)存儲，配備專業(yè)的數(shù)據(jù)及圖像分析軟件；
[0025]4、反應(yīng)釜頂蓋和底蓋均能夠快速拆卸，實(shí)驗(yàn)后方便清洗；
[0026]5、水合物飽和度測量系統(tǒng)采用時域反射技術(shù)實(shí)現(xiàn)合成與分解過程中水合物飽和度的實(shí)時動態(tài)測量；
[0027]6、滲透率瞬態(tài)測量系統(tǒng)能夠在非穩(wěn)態(tài)滲流條件下獲得沉積物滲透率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，測量精度高，消耗時間短，測量過程對水合物合成與分解過程影響?。?br>[0028]7、所述的測量裝置能夠?qū)崿F(xiàn)合成與分解過程中水合物飽和度及其沉積物滲透率的同步瞬態(tài)測量，為儲層滲透率在水合物成藏與開采過程中的變化規(guī)律研究提供可靠的實(shí)驗(yàn)平臺。【附圖說明】
[0029]圖1是本實(shí)用新型天然氣水合物飽和度和沉積物滲透率同步測量裝置的結(jié)構(gòu)框圖；
[0030]圖2是本實(shí)用新型天然氣水合物飽和度和沉積物滲透率同步測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。[0031 ]圖中，1.沉積物樣品，2-1.第一透水石，2-2.第二透水石，3.圍壓環(huán)腔，4.溫度控制系統(tǒng)，4-1.第一恒溫水浴箱，4-2.第二恒溫水浴箱，4-3.第三恒溫水浴箱；5.時域反射探針，6-1 ?第一壓力傳感器，6-2 ?第二壓力傳感器，6-3 ?第三壓力傳感器，6-4 ?第四壓力傳感器，6-5.第五壓力傳感器，7-1.第一溫度探頭，7-2.第二溫度探頭，7-3.第三溫度探頭，7-4.第四溫度探頭，7-5.第五溫度探頭，8-1.第一高壓注液栗，8-2.第二高壓注液栗，8-3.第三高壓注液栗，9.氣體，10.超飽和氣的水，11.磁力攪拌器，12.高壓氣瓶，13-1.第一儲水容器，13-2.第二儲水容器，13-3.第三儲水容器，14.真空栗，15.回壓閥，16-1.第一閥門，16-2.第二閥門，16-3.第三閥門，16-4.第四閥門，16-5.第五閥門，16-6.第六閥門，16-7.第七閥門，16-8.第八閥門，16-9.第九閥門，16-10.第十閥門，16-11.第^^一閥門，16-12.第十二閥門，16-13 ?第十三閥門，16-14 ?第十四閥門，17-1 ?第一壓力表，17-2 ?第二壓力表，18 ?壓差傳感器，19-1.上游滲透容器，19-2.下游滲透容器，20.橡膠筒，21.時域反射儀，22.同軸電纜，23.計算機(jī)，24.反應(yīng)釜，25.抽真空系統(tǒng)，26.圍壓控制系統(tǒng)，27.循環(huán)制備樣品系統(tǒng)， 28.滲透率瞬態(tài)測量系統(tǒng)，29.水合物飽和度測量系統(tǒng)，30.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，31.飽和水容器， 32-1.第一管道，32-2.第二管道，32-3.第三管道，32-4.第四管道，32-5.第五管道，32-6.第六管道，32-7.第七管道，32-8.第八管道，32-9.第九管道，32-10.第十管道，32-11.第^^一管道?！揪唧w實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0033]圖1所示為一種天然氣水合物飽和度及其沉積物滲透率同步瞬態(tài)測量裝置的結(jié)構(gòu)框圖，其工作過程為:分層裝填土樣并安裝反應(yīng)釜，連接高壓管線并檢查整套裝置的氣密性，開啟步入式冷庫和恒溫水浴箱制冷至設(shè)定溫度，高壓氣瓶和儲水容器向飽和水容器注水注氣，制備超飽和氣的水，在高壓注液栗作用下實(shí)現(xiàn)超飽和氣的水在沉積物樣品與飽和水容器之間循環(huán)流動，通過調(diào)整回壓閥的壓力值以實(shí)現(xiàn)水合物的合成與分解，水合物飽和度測量系統(tǒng)在此過程中實(shí)時動態(tài)測量水合物含量，根據(jù)水合物飽和度的變化采用滲透率瞬態(tài)測量系統(tǒng)快速獲得滲透率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，測量過程中的溫度和壓力等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)由計算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集并分析。
[0034]圖2所示為一種天然氣水合物飽和度及其沉積物滲透率同步瞬態(tài)測量裝置的流程圖，本實(shí)用新型的天然氣水合物飽和度和沉積物滲透率同步測量裝置結(jié)構(gòu)如下:一種天然氣水合物飽和度和沉積物滲透率同步測量裝置，包括反應(yīng)釜24，反應(yīng)釜24的頂端分別連接有抽真空系統(tǒng)25、圍壓控制系統(tǒng)26和循環(huán)制備樣品系統(tǒng)27,反應(yīng)釜24的底端分別連接有滲透率瞬態(tài)測量系統(tǒng)28、水合物飽和度測量系統(tǒng)2和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)30,滲透率瞬態(tài)測量系統(tǒng)28、水合物飽和度測量系統(tǒng)29和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)30分別與計算機(jī)23相連接;反應(yīng)釜24、循環(huán)制備樣品系統(tǒng)27和滲透率瞬態(tài)測量系統(tǒng)28均設(shè)置于溫度控制系統(tǒng)4內(nèi)。[〇〇35]反應(yīng)釜24內(nèi)設(shè)有成型模盒，成型模盒內(nèi)設(shè)置導(dǎo)熱導(dǎo)壓的橡膠筒20,橡膠筒20與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)30相連接，橡膠筒20內(nèi)包裹沉積物樣品1，沉積物樣品1的頂部和底部分別設(shè)置有第一透水石2-1和第二透水石2-2,沉積物樣品1與水合物飽和度測量系統(tǒng)29相連接;反應(yīng)釜24之內(nèi)且在橡膠筒20之外的圍壓環(huán)腔3內(nèi)充滿液體;反應(yīng)釜24整體放置于溫度控制系統(tǒng)4 內(nèi)。
[0036]水合物飽和度測量系統(tǒng)29包括兩根平行的時域反射探針5、同軸電纜22、時域反射儀21和計算機(jī)23;時域反射探針5設(shè)置于沉積物樣品1內(nèi)部，時域反射探針5設(shè)置有2個，2個時域反射探針5平行設(shè)置;兩個時域反射探針5為2跟同樣長度平行布置的銅絲;時域反射儀 21與計算機(jī)23相連接。時域反射儀21為TDR100時域反射儀。[〇〇37]滲透率瞬態(tài)測量系統(tǒng)28包括上游滲透容器19-1、下游滲透容器19-2、第二高壓注液栗8-2、第二儲水容器13-2;[〇〇38]上游滲透容器19-1通過第一管道32-1與反應(yīng)釜24的底端相連接；下游滲透容器 19-2通過第二管道32-2與反應(yīng)釜24的頂端連接，第一管道32-1和第二管道32-2通過第三管道32-3相連接;上游滲透容器19-1和下游滲透容器19-2均與第二高壓注液栗8-2、第二儲水容器13-2、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)30和溫度控制系統(tǒng)4相連接;上游滲透容器19-1與循環(huán)制備樣品系統(tǒng)27相連接。[〇〇39]循環(huán)制備樣品系統(tǒng)27包括高壓氣瓶12、第一儲水容器13-1、飽和水容器31、磁力攪拌器11、第一高壓注液栗8-1、第一壓力表17-1、第二壓力表17-2、真空栗14和回壓閥15;圍壓控制系統(tǒng)26包括第三高壓注液栗8-3和第三儲水容器13-3;抽真空系統(tǒng)25包括真空栗14;
[0040]上游滲透容器19-1通過第四管道32-4與第二儲水容器13-2相連接，下游滲透容器 19-2通過第五管道32-5與第四管道32-4相連接;圍壓環(huán)腔3通過第六管道32-6依次連接有第六閥門16-6、第三高壓注液栗8-3和第三儲水容器13-3;飽和水容器31的底部盛放有超飽和氣的水10,飽和水容器31內(nèi)且在超飽和氣的水10上方盛放有氣體9,超飽和氣的水10中盛放有磁力攪拌器11;
[0041]飽和水容器31的底端通過第七管道32-7與第一管道32-1相連接，飽和水容器31的頂端分別通過第八管道32-8、第九管道32-9和第十管道32-10與高壓氣瓶12、第一儲水容器 13-1和第二管道32-2相連接;第九管道32-9通過第^^一管道32_11連接有真空栗14;[〇〇42]第一管道32-1上設(shè)置有第九閥門16-9,第九閥門16-9設(shè)置于第一管道32-1和第三管道32-3的交點(diǎn)以及第一管道32-1和第七管道32-7的交點(diǎn)之間；第三管道32-3上設(shè)置有第十閥門16-10;第二管道32-2上設(shè)置有第八閥門16-8，第八閥門16-8設(shè)置于第二管道32-2 和第三管道32-3的交點(diǎn)以及第二管道32-2和第十管道32-10的交點(diǎn)之間；自第二儲水容器 13-2開始，第四管道32-4上依次設(shè)置有第十四閥門16-14、第二高壓注液栗8-2、第二壓力表 17-2、第十三閥門16-13和第^^一閥門16-11，第五管道32-5設(shè)置于第十三閥門16-13和第十一閥門16-11之間，第五管道32-5上設(shè)置有第十二閥門16-12;自第三儲水容器開始，第六管道32-6上依次設(shè)置有第三高壓注液栗8-3、第六閥門16-6;自飽和水容器31的底部開始，第七管道32-7上依次設(shè)置有第五閥門16-5、第一高壓注液栗8-1和第七閥門16-7;自高壓氣瓶 12開始，第八管道32-8上依次設(shè)置有第一壓力表17-1和第一閥門16-1;第九管道32-9上且在第九管道32-9與第十一管道32-11的交點(diǎn)之后設(shè)置有第二閥門16-2;第十一管道32-4上設(shè)置有第三閥門16-3;自飽和水容器31的頂部開始，第十管道32-10上依次設(shè)置有回壓閥15 和第四閥門16-4。[〇〇43]溫度控制系統(tǒng)4包括第一恒溫水浴箱4-1、第二恒溫水浴箱4-2和第三恒溫水浴箱 4-3,反應(yīng)釜24設(shè)置于第一恒溫水浴箱4-1內(nèi)，上游滲透容器19-1、下游滲透容器19-2和第二儲水容器13-2均設(shè)置于第二恒溫水浴箱4-2內(nèi)，磁力攪拌器11設(shè)置于第三恒溫水浴箱4-3 內(nèi)。[〇〇44]數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)30包括第一溫度探頭7-1、第二溫度探頭7-2、第三溫度探頭7-3、第四溫度探頭7-4和第五溫度探頭7-5、壓差傳感器18、第一壓力傳感器6-1、第二壓力傳感器 6-2、第三壓力傳感器6-3、第四壓力傳感器6-4、第五壓力傳感器6-5和數(shù)據(jù)米集模塊；
[0045]數(shù)據(jù)采集模塊分別與第一溫度探頭7-1、第二溫度探頭7-2、第三溫度探頭7-3、第四溫度探頭7-4和第五溫度探頭7-5、壓差傳感器18、第一壓力傳感器6-1、第二壓力傳感器 6-2、第三壓力傳感器6-3、第四壓力傳感器6-4、第五壓力傳感器6-5和計算機(jī)23相連接；
[0046]第一溫度探頭7-1、第二溫度探頭7-2、第三溫度探頭7-3、第四溫度探頭7-4和第五溫度探頭7-5分別與橡膠筒20、飽和水容器31、上游滲透容器19-1、下游滲透容器19-2和第二儲水容器13-2相連接;第一管道32-1和第三管道32-3之間設(shè)置有壓差傳感器18,壓差傳感器18的一端設(shè)置于第一管道32-1和第三管道32-3的交點(diǎn)與第十閥門16-10之間；壓差傳感器18的另一端設(shè)置于第二管道32-2和第三管道32-3的交點(diǎn)與第八閥門16-8之間；[〇〇47]第一壓力傳感器6-1與飽和水容器31相連接，第二壓力傳感器6-2設(shè)置于第七管道 32-7上且設(shè)置于第七閥門16-7以及第七管道32-7和第一管道32-1的交點(diǎn)之間；第三壓力傳感器6-3設(shè)置于第十管道32-10上且設(shè)置于第四閥門16-4以及第十管道32-10和第二管道 32-2的交點(diǎn)之間；第四壓力傳感器6-4設(shè)置于第一管道32-1上且在第九閥門16-9以及第一管道32-1和第三管道的交點(diǎn)之間；第五壓力傳感器6-5設(shè)置于第二管道32-2上且設(shè)置于第二管道32-2和第三管道32-3的交點(diǎn)以及壓差傳感器18與第二管道32-2的交點(diǎn)之間。
[0048]其中，天然氣水合物飽和度和沉積物滲透率同步測量裝置整體設(shè)置在步入式冷庫中，反應(yīng)釜24頂端和底端連接循環(huán)制備樣品系統(tǒng)和滲透率瞬態(tài)測量系統(tǒng)，頂端和底端分別安裝有第二壓力傳感器6-2和第三壓力傳感器6-3;反應(yīng)釜24的底端與圍壓控制系統(tǒng)26連接;反應(yīng)釜24內(nèi)設(shè)有成型模盒，成型模盒內(nèi)設(shè)置導(dǎo)熱導(dǎo)壓橡膠筒20，橡膠筒20外布置第一溫度探頭7-1，橡膠筒20內(nèi)包裹沉積物樣品1，沉積物樣品1內(nèi)部設(shè)置兩根平行的時域反射探針 5,沉積物樣品1的上下兩端分別安裝有第一透水石2-1和第二透水石2-2;反應(yīng)釜24之內(nèi)橡膠筒20之外的環(huán)形空間充滿液體用來施加圍壓;反應(yīng)釜24整體放置于第一恒溫水浴箱4-1 內(nèi)。[〇〇49]水合物飽和度測量系統(tǒng)29包括兩根平行的時域反射探針5、同軸電纜22、TDR100時域反射儀21和計算機(jī)23。時域反射探針5直徑小于1毫米，且探針表面粗糙不平，以防止?jié)B流通道形成而影響沉積物滲透率測量；同軸電纜22用于傳播電磁脈沖;采用TDR100時域反射儀21發(fā)射并接受電磁脈沖;計算機(jī)23用來實(shí)時顯示時域反射波形以及水合物飽和度計算結(jié)果，其中，水合物飽和度是通過沉積物樣品中的兩根平行探針[水合物飽和度測量系統(tǒng)]測量沉積物含水量變化，進(jìn)而計算水合物飽和度。
[0050]滲透率瞬態(tài)測量系統(tǒng)28包括上游滲透容器19-1、下游滲透容器19-2、第二高壓注液栗8-2和第二儲水容器13-2。上游滲透容器19-1與下游滲透容器19-2之間布置一個壓差傳感器18;采用第二高壓注液栗8-2向上游滲透容器19-1內(nèi)注入液體;第二儲水容器13-2用于儲存第二高壓注液栗8-2所注入的液體，并安裝第五溫度探頭7-5測量第二儲水容器13-2 的溫度變化;上游滲透容器19-1、下游滲透容器19-2和第二儲水容器13-2均放置在第二恒溫水洛來目4_2內(nèi)。
[0051]循環(huán)制備樣品系統(tǒng)27包括高壓氣瓶12、第一儲水容器13-1、飽和水容器31、磁力攪拌器11、第一高壓注液栗8-1、第一壓力表17-1、第二壓力表17-2、真空栗14和回壓閥15。高壓氣瓶12為水合物合成所需氣源;第一儲水容器13-1儲存水合物合成所需水源;飽和水容器31用來制備并儲存超飽和氣體的水，放置于第三恒溫水浴箱4-3內(nèi)；飽和水容器31上布置有第二溫度探頭7-2和第一壓力傳感器6-1;第一高壓注液栗8-1用來實(shí)現(xiàn)超飽和氣體的水在飽和水容器31和沉積物樣品1之間的循環(huán)流動；回壓閥15用來控制沉積物樣品1孔隙壓力的大小以保證樣品孔隙壓力與樣品溫度滿足水合物相平衡條件。[〇〇52]溫度控制系統(tǒng)4包括三個恒溫水浴箱，分別用來控制循環(huán)制備樣品系統(tǒng)的飽和水容器、滲透率瞬態(tài)測量系統(tǒng)的三個容器以及反應(yīng)釜的溫度。
[0053]數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)30包括溫度探頭、壓差傳感器、壓力傳感器和數(shù)據(jù)采集模塊，采集的溫度、壓力和壓差數(shù)據(jù)傳輸至計算機(jī)處理并記錄。[〇〇54]下面對其具體的實(shí)施步驟加以說明:[〇〇55]水合物合成與分解:[〇〇56]步驟1、倒置反應(yīng)釜24,安裝好第一透水石2-1、橡膠筒20和時域反射探針5,將一定質(zhì)量的干燥砂土分層均勻裝入橡皮筒20內(nèi)；[〇〇57]步驟2、檢查系統(tǒng)氣密性:打開第六閥門16-6,采用第三高壓注液栗8-3施加IMPa圍壓，關(guān)閉第二閥門16-2、第三閥門16-3和第十四閥門16-14，打開其它閥門，注氣至0.2MPa， 關(guān)閉第一閥門16-1，等待至少30分鐘，若系統(tǒng)中氣體壓力保持不變，則系統(tǒng)氣密性完好； [〇〇58]步驟3、抽真空:關(guān)閉第一閥門16-1、第二閥門16-2和第十四閥門16-14,打開其它所有閥門，開啟真空栗14抽氣至少一個小時，關(guān)閉第三閥門16-3;
[0059]步驟4、注水飽和:打開第二閥門16-2和第十四閥門16-14,利用第一儲水容器13-1和第二儲水容器13-2對測量裝置進(jìn)行注水，使沉積物樣品1飽和，使上游滲透容器19-1和下游滲透容器19-2充滿水，向飽和水容器31內(nèi)注水至一半后關(guān)閉第二閥門16-2和第十三閥門 16-13；[〇〇6〇]步驟5、降溫:開啟步入式冷庫和第一恒溫水浴箱4-1、第二恒溫水浴箱4-2和第三恒溫水浴箱4-3,將沉積物樣品1、飽和水容器31、上游滲透容器19-1和下游滲透容器19-2的溫度降低至同一個設(shè)定值并保持恒定；
[0061]步驟6、通入反應(yīng)氣體:打開第一閥門16-1，向飽和水容器31內(nèi)注入氣體至設(shè)定壓力值后關(guān)閉第一閥門16-1，開啟磁力攪拌器11攪拌至少十二小時，以加速氣體溶解于水；
[0062]步驟7、循環(huán)制樣:關(guān)閉第八閥門16-8和第九閥門16-9,開啟第一高壓注液栗8-1， 使超飽和氣的水10在反應(yīng)釜24內(nèi)沉積物樣品1與飽和水容器31之間循環(huán)流動，調(diào)整回壓閥 15的壓力至水合物相平衡壓力之上以合成水合物，隨后調(diào)整回壓閥15的壓力至水合物相平衡壓力之下以分解水合物；
[0063]步驟8、采用時域反射探針5、同軸電纜22和時域反射儀21實(shí)時動態(tài)測量水合物飽和度；
[0064]滲透率瞬態(tài)測量:
[0065]步驟9、在上述水合物合成與分解過程中，根據(jù)實(shí)時動態(tài)測量的水合物飽和度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對沉積物滲透率進(jìn)行瞬態(tài)測量；
[0066]步驟10、初始壓力平衡:關(guān)閉第八閥門16-8和第九閥門16-9，打開第十閥門16-10、 第i^一閥門16-11、第十二閥門16-12、第十三閥門16-13和第十四閥門16-14,開啟第二高壓注液栗8-2注水，使上游滲透容器19-1和下游滲透容器19-2的壓力與沉積物樣品孔隙壓力相當(dāng)；
[0067]步驟11、壓力脈沖產(chǎn)生:關(guān)閉第九閥門16-9、第十閥門16-10和第十一閥門16-12， 開啟第二高壓注液栗8-2,使上游滲透容器19-1的壓力上升至設(shè)定值，然后關(guān)閉第十一閥門 16-11；[〇〇68]步驟12、瞬態(tài)測量:打開第九閥門16-9,采用壓差傳感器18測量上游滲透容器19-1和下游滲透容器19-2之間的壓差隨時間的衰減過程，據(jù)此計算沉積物滲透率值。
[0069]上面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的實(shí)施方式作了詳細(xì)說明，但本實(shí)用新型并不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以對其作出種種變化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種天然氣水合物飽和度和沉積物滲透率同步測量裝置，其特征在于，包括倒置的 反應(yīng)釜(24)，所述反應(yīng)釜(24)的底端分別連接有抽真空系統(tǒng)(25)、圍壓控制系統(tǒng)(26)和循 環(huán)制備樣品系統(tǒng)(27)，所述反應(yīng)釜(24)的頂端分別連接有滲透率瞬態(tài)測量系統(tǒng)(28)、水合 物飽和度測量系統(tǒng)(29)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(30)，所述滲透率瞬態(tài)測量系統(tǒng)(28)、水合物飽和 度測量系統(tǒng)(29)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(30)分別與計算機(jī)(23)相連接;所述反應(yīng)釜(24)、循環(huán)制 備樣品系統(tǒng)(27)和滲透率瞬態(tài)測量系統(tǒng)(28)均設(shè)置于溫度控制系統(tǒng)(4)內(nèi)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然氣水合物飽和度和沉積物滲透率同步測量裝置，其特征 在于，所述反應(yīng)釜(24)內(nèi)設(shè)有成型模盒，成型模盒內(nèi)設(shè)置導(dǎo)熱導(dǎo)壓的橡膠筒(20)，橡膠筒 (20)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(30)相連接，橡膠筒(20)內(nèi)包裹沉積物樣品(1 )，所述沉積物樣品(1) 的頂部和底部分別設(shè)置有第一透水石(2-1)和第二透水石(2-2)，沉積物樣品(1)與水合物 飽和度測量系統(tǒng)(29)相連接;反應(yīng)釜(24)之內(nèi)且在橡膠筒(20)之外的圍壓環(huán)腔(3)內(nèi)充滿 液體;反應(yīng)釜(24)整體放置于溫度控制系統(tǒng)(4)內(nèi)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的天然氣水合物飽和度和沉積物滲透率同步測量裝置，其特征 在于，所述水合物飽和度測量系統(tǒng)(29)包括兩根平行的時域反射探針(5)、同軸電纜(22)、 時域反射儀(21)和計算機(jī)(23);所述時域反射探針(5)設(shè)置于沉積物樣品(1)內(nèi)部，所述時 域反射探針(5)設(shè)置有2個，2個時域反射探針(5)平行設(shè)置;兩個時域反射探針(5)均通過同 軸電纜(22)與時域反射儀(21)相連接;所述時域反射儀(21)與計算機(jī)(23)相連接。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的天然氣水合物飽和度和沉積物滲透率同步測量裝置，其特征 在于，所述時域反射儀(21)為TDR100時域反射儀。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的天然氣水合物飽和度和沉積物滲透率同步測量裝置，其特征 在于，所述滲透率瞬態(tài)測量系統(tǒng)(28)包括上游滲透容器(19-1)、下游滲透容器(19-2)、第二 高壓注液栗(8-2)、第二儲水容器(13-2);所述上游滲透容器(19-1)通過第一管道(32-1)與反應(yīng)釜(24)的頂端相連接;所述下游 滲透容器(19-2)通過第二管道(32-2)與反應(yīng)釜(24)的底端連接，所述第一管道(32-1)和第 二管道(32-2)通過第三管道(32-3)相連接;所述上游滲透容器(19-1)和下游滲透容器(19-2)均與第二高壓注液栗(8-2)、第二儲水容器(13-2)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(30)和溫度控制系統(tǒng) (4)相連接;所述上游滲透容器(19-1)與循環(huán)制備樣品系統(tǒng)(27)相連接。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的天然氣水合物飽和度和沉積物滲透率同步測量裝置，其特征 在于，所述的循環(huán)制備樣品系統(tǒng)(27)包括高壓氣瓶(12)、第一儲水容器(13-1)、飽和水容器 (31)、磁力攪拌器(11)、第一高壓注液栗(8-1)、第一壓力表(17-1)、第二壓力表(17-2)、真 空栗(14)和回壓閥(15);所述的圍壓控制系統(tǒng)(26)包括第三高壓注液栗(8-3)和第三儲水 容器(13-3);所述的抽真空系統(tǒng)(25)包括真空栗(14);所述上游滲透容器(19-1)通過第四管道(32-4)與第二儲水容器(13-2)相連接，所述下 游滲透容器(19-2)通過第五管道(32-5)與第四管道(32-4)相連接;所述圍壓環(huán)腔(3)通過 第六管道(32-6)依次連接有第六閥門(16-6)、第三高壓注液栗(8-3)和第三儲水容器(13-3);所述飽和水容器(31)的底部盛放有超飽和氣的水(10)，所述飽和水容器(31)內(nèi)且在超 飽和氣的水(10)上方盛放有氣體(9)，所述超飽和氣的水(10)中盛放有磁力攪拌器(11);所述飽和水容器(31)的底端通過第七管道(32-7)與第一管道(32-1)相連接，所述飽和水容器(31)的頂端分別通過第八管道(32-8)、第九管道(32-9)和第十管道(32-10)與高壓 氣瓶(12)、第一儲水容器(13-1)和第二管道(32-2)相連接;所述第九管道(32-9)通過第十 一管道(32-11)連接有真空栗(14);所述第一管道(32-1)上設(shè)置有第九閥門(16-9)，所述第九閥門(16-9)設(shè)置于第一管道 (32-1)和第三管道(32-3)的交點(diǎn)以及第一管道(32-1)和第七管道(32-7)的交點(diǎn)之間;所述 第三管道(32-3)上設(shè)置有第十閥門(16-10);所述第二管道(32-2)上設(shè)置有第八閥門(16-8)，所述第八閥門(16-8)設(shè)置于第二管道(32-2)和第三管道(32-3)的交點(diǎn)以及第二管道 (32-2)和第十管道(32-10)的交點(diǎn)之間；自第二儲水容器(13-2)開始，所述第四管道(32-4) 上依次設(shè)置有第十四閥門(16-14)、第二高壓注液栗(8-2)、第二壓力表(17-2)、第十三閥門 (16-13)和第十一閥門(16-11)，所述第五管道(32-5)設(shè)置于第十三閥門(16-13)和第十一 閥門(16-11)之間，所述第五管道(32-5)上設(shè)置有第十二閥門(16-12);所述自第三儲水容 器開始，所述第六管道(32-6)上依次設(shè)置有第三高壓注液栗(8-3)、第六閥門(16-6);自飽 和水容器(31)的底部開始，所述第七管道(32-7)上依次設(shè)置有第五閥門(16-5)、第一高壓 注液栗(8-1)和第七閥門(16-7);自高壓氣瓶(12)開始，所述第八管道(32-8)上依次設(shè)置有 第一壓力表(17-1)和第一閥門(16-1);所述第九管道(32-9)上且在第九管道(32-9)與第十 一管道(32-11)的交點(diǎn)之后設(shè)置有第二閥門(16-2);所述第十一管道(32-4)上設(shè)置有第三 閥門(16-3);自飽和水容器(31)的頂部開始，所述第十管道(32-10)上依次設(shè)置有回壓閥 (15)和第四閥門(16-4)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的天然氣水合物飽和度和沉積物滲透率同步測量裝置，其特征 在于，所述的溫度控制系統(tǒng)(4)包括第一恒溫水浴箱(4-1)、第二恒溫水浴箱(4-2)和第三恒 溫水浴箱(4-3)，所述反應(yīng)釜(24)設(shè)置于第一恒溫水浴箱(4-1)內(nèi)，所述上游滲透容器(19-1)、下游滲透容器(19-2)和第二儲水容器均設(shè)置于第二恒溫水浴箱(4-2)內(nèi)，所述磁力攪拌 器(11)設(shè)置于第三恒溫水浴箱(4-3)內(nèi)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的天然氣水合物飽和度和沉積物滲透率同步測量裝置，其特征 在于，所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(30)包括第一溫度探頭(7-1)、第二溫度探頭(7-2)、第三溫度探 頭(7-3)、第四溫度探頭(7-4)和第五溫度探頭(7-5)、壓差傳感器(18)、第一壓力傳感器(6-1)、第二壓力傳感器(6-2)、第三壓力傳感器(6-3)、第四壓力傳感器(6-4)、第五壓力傳感器 (6-5)和數(shù)據(jù)采集模塊；所述數(shù)據(jù)采集模塊分別與第一溫度探頭(7-1 )、第二溫度探頭(7-2 )、第三溫度探頭(7-3)、第四溫度探頭(7-4)和第五溫度探頭(7-5)、壓差傳感器(18)、第一壓力傳感器(6-1)、第 二壓力傳感器(6-2)、第三壓力傳感器(6-3)、第四壓力傳感器(6-4)、第五壓力傳感器(6-5) 和計算機(jī)(23)相連接；所述第一溫度探頭(7-1)、第二溫度探頭(7-2)、第三溫度探頭(7-3)、第四溫度探頭(7-4)和第五溫度探頭(7-5)分別與橡膠筒(20)、飽和水容器(31)、上游滲透容器(19-1)、下游 滲透容器(19-2)和第二儲水容器(13-2)相連接;所述第一管道(32-1)和第三管道(32-3)之 間設(shè)置有壓差傳感器(18)，所述壓差傳感器(18)的一端設(shè)置于第一管道(32-1)和第三管道 (32-3)的交點(diǎn)與第十閥門(16-10)之間；所述壓差傳感器(18)的另一端設(shè)置于第二管道 (32-2)和第三管道(32-3)的交點(diǎn)與第八閥門(16-8)之間；所述第一壓力傳感器(6-1)與飽和水容器(31)相連接，所述第二壓力傳感器(6-2)設(shè)置于第七管道(32-7)上且設(shè)置于第七閥門(16-7)以及第七管道(32-7)和第一管道(32-1)的 交點(diǎn)之間；第三壓力傳感器(6-3)設(shè)置于第十管道(32-10)上且設(shè)置于第四閥門(16-4)以及 第十管道(32-10)和第二管道(32-2)的交點(diǎn)之間;所述第四壓力傳感器(6-4)設(shè)置于第一管 道(32-1)上且在第九閥門(16-9)以及第一管道(32-1)和第三管道的交點(diǎn)之間；所述第五壓 力傳感器(6-5)設(shè)置于第二管道(32-2)上且設(shè)置于第二管道(32-2)和第三管道(32-3)的交 點(diǎn)以及壓差傳感器(18)與第二管道(32-2)的交點(diǎn)之間。
【文檔編號】G01N15/08GK205593889SQ201620106469
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年2月3日
【發(fā)明人】劉樂樂, 劉昌嶺, 胡高偉, 陳強(qiáng)
【申請人】青島海洋地質(zhì)研究所