水合物沉积物合成与分解参数测试的装置及其测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术水合物沉积物合成与分解参数测试的装置，包括压力室，压力室的进口端上设置有进气流量计、注液泵和超声发射端，压力室的出口端上设置有超声接收端、气液分离计和出气流量计，压力室的内腔内沿其长度方向上设置有ＴＤＲ测量和若干个检测点，每个检测点所在的轴截面上均设置有温度传感器和压力传感器。本发明专利技术中的装置及其方法能同时获得应力应变、渗流、热、波、各组分含量等多种基本参数，能够提供不同的围压，最大围压可达３０ＭＰａ，以模拟实际水合物沉积物地层中的压力。可通过精细流量计测量水合物沉积物合成与分解中的气体量。该装置较轻，体积小，便于移动，可以方便地将其放入其他测量装置如ＣＴ，色谱仪、光谱仪下进行微观实时观测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及水合物合成与分解领域，尤其是一种。
技术介绍
天然气水合物是在适当高的压力和适当低的温度条件下，由水和天然气组成的类 冰的笼形结晶化合物。天然气水合物广泛分布在大陆、海洋和一些内陆湖的深水环境，是一 种重要的潜在资源。 随着世界油气可开采量的减少和消耗量的增加，深海水合物开采的迫切性日益显 著。美国、日本、加拿大等国开展了大量的相平衡条件、勘探方法等方面的工作，并进行了试 采。 油气开采、水合物开采或自然条件变化会导致水合物沉积物地层(简称水合物沉 积物)中水合物分解。水合物分解一方面使沉积层中的岩土介质失去胶接，另一方面会改 变沉积层的结构，生成的气体又会增大孔隙压力，从而使该沉积层的强度降低。水合物沉积 物强度的降低可引起多种严重的灾害，如由于水合物分解导致的井口周围土体大变形引起 的海上或海床中结构物的破坏，如平台倾覆、油气井毁坏等。这种灾害对海床中结构物将产 生严重危害，但是对其控制参数和演化过程等方面的研究还非常缺乏。据文献记载，挪威大 陆架边缘由于水合物分解发生的海底滑坡(Storegga滑坡)共滑走2500 3200立方公里 沉积物，是目前为止发现的最大的海底滑坡。大量的地质调查和分析表明产生该滑坡的原 因是由于当时水温增加，水合物发生了分解。水合物迅速分解将导致大面积滑坡等多种破 坏形式，并可能引起海啸。 目前世界上对于该问题的研究成果很少，有关水合物沉积物中的热合成与分解、 渗流特性以及其他力学基础数据还很缺乏，这些参数对于水合物勘探、开采和海底结构灾 害分析有重要意义，因此必须首先通过实验获得水合物沉积物的基本参数、合成与分解过 程中渗流和热扩散的规律，以及水合物合成与分解后地层的强度等为工程设计提供依据。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种水合物沉积物合成与分解渗流、热导率和力学参数测试的装置及其测试方法，该装置能同时获得应力应变、渗流、热、波、各组分含量等多种基本参数，能够提供不同的围压，以模拟实际地层中的压力。 为实现上述目的，本专利技术水合物沉积物合成与分解参数测试的装置，包括压力室，压力室的进口端上设置有进气流量计、注液泵和超声发射端，压力室的出口端上设置有超声接收端、气液分离计和出气流量计，压力室的内腔内沿其长度方向上设置有TDR测量和若干个检测点，每个检测点所在的轴截面上上均设置有温度传感器和压力传感器。 进一步，所述压力室的内壁上设置有橡皮膜和围压加载系统，通过在橡皮膜的外壁和所述压力室的内壁之间加载围压液，来调整所述压力室内的围压。 进一步，所述超声发射端和超声接收端均由超声控制器来控制。 进一步，所述压力室上还设置有控温系统，通过该控温系统来控制压力室内的温度。 进一步，所述压力室由不锈钢材质制成。 —种利用上述装置进行测试的测试方法，具体为 1)将实验土填入压力室中的橡皮膜空间内，形成具有一定干密度的沉积物骨架； 2)对沉积物加载试验指定围压，记录超声参数、TDR参数； 3)通过注液泵恒压注水进行沉积物绝对渗透率的测定，并记录其超声参数、TDR 参数； 4)打开天然气阀门，开启控温箱，控制系统适定温度，记录其超声参数、TDR参数； 5)根据实验设定方式合成与分解水合物沉积物，记录水合物合成与分解过程中各个参数的变化，待水合物沉积物末端压力与前端压力稳定的平衡，停止试验。 本专利技术中的装置及其方法能同时获得应力应变、渗流、热、波、各组分含量等多种基本参数，能够提供不同的围压，最大围压可达30MPa，以模拟实际地层中的压力。可通过精细流量计测量水合物合成和合成与分解中的气体量。该装置较轻，体积小，便于移动，可以方便地将其放入其他测量装置如CT，色谱仪、光谱仪下进行微观实时观测。附图说明 图1为本专利技术装置结构示意图； 图2为实验测得的热导率曲线图； 图3为实验测量的应力应变关系。具体实施例方式如图1至图3所示，本专利技术水合物沉积物合成与分解参数测试的装置，包括压力室 l，压力室1由不锈钢材质制成，其可承受30MPa的高压，用于固定沉积物试样19及提供围 压加载液的空间，并提供各种测量设备和气体液体的进出口等。压力室1上设置有控温系 统2、温度测量系统、压力测量系统、超声测量系统、TDR测量系统。其中控温系统2提供试 验需求的恒温条件；温度测量系统包括温度传感器3，温度传感器3设置在压力室内腔内沿 其长度方向上设置的若干个检测点的轴截面上；压力测量系统包括压力传感器4，压力传 感器4也设置在压力室内腔内沿其长度方向上设置的若干个检测点的轴截面上。压力室1 的进口端5上设置有入口阀门6、进气流量计7、注液泵8和超声发射端9，压力室1的出口 端IO上设置有出口阀门11、超声接收端12、气液分离计13和出气流量计14，超声测量系统 包括超声发射端9、超声接收端12和超声控制器15，超声发射端9和超声接收端12均由超 声控制器15来控制。温度测量系统、压力测量系统、超声测量系统、TDR测量系统18分别 提供水合物沉积物合成与分解过程中的点、线、面的饱和度等参数的变化，并反馈合成与分 解过程中水合物沉积物热物性参数的变化及合成与分解区域等，且压力温度测量系统可以 提供沿轴向中心位置的压力温度场分布，以分析各物质的热物性参数及水合物的合成与分 解渗流规律；流量计用于控制进气进液量，并记录出瞬时气量和累积出气总量，结合气液分 离计记录的水的量，共同进行沉积物中渗透率以及渗流特性的变化分析等。 压力室1的内壁上设置有橡皮膜16和围压加载系统，压力室1的侧壁上设置有围 压液加载口 17，通过在橡皮膜16的外壁和压力室1的内壁之间加载围压液，来调整压力室 1内的围压。 4)打开天然气阀门，开启控温箱，控制系统适定温度，记录其超声参数、TDR参数； 5)根据实验设定方式合成与分解水合物沉积物，记录水合物沉积物合成与分解过 程中各个参数的变化，待水合物沉积物末端压力与前端压力稳定的平衡，停止试验。 实验分析过程 通过温度的测量数据，由含相变的热传导方程(见下式)确定水合物沉积物中相 变合成与分解的热传导过程以及热物性参数；通过TDR参数分析，确定水合物合成与分解过程中的各相饱和度变化，结合温度 t确定合成与分解区域。通过超声参数分析，由下式反演确定地层的力学参数如模量和强度。其中k， ii ， P分别为体积模量，剪切模量和混合物密度，小为孔隙率，Pma为骨架 pi为孔隙流体密度。将TDR分析结果与超声参数分析结果结合，得到水合物沉积物力学参数与水合物沉积物中水合物饱和度的关系。 通过渗流排出的气体和液体的量分析得到沉积物内各相的渗透率。 & = Q乂T/A 其中&是各相，Qi是各相的总排出量，T为时间，A为截面积。 通过水量、气量的总体变化、孔隙压力的分布，由下式分析得出水合物合成与分解过程中沉积物中应力场变化。 o e = o _p 其中，。e为沉积物应力、。为初始沉积物应力，p为孔压增量。 本专利技术的优越性在于能同时获得应力应变、渗流、热、波、各组分含量等多种基本 参数，能够提供不同的围压，最大围压可达30MPa，以模拟实际水合物沉积物地层中的压力。 可通过精细流量计测量水合物沉积物合成与分解中的气体量本文档来自技高网...

【技术保护点】
水合物沉积物合成与分解参数测试的装置，其特征在于，该装置包括压力室，压力室的进口端上设置有进气流量计、注液泵和超声发射端，压力室的出口端上设置有超声接收端、气液分离计和出气流量计，压力室的内腔内沿其长度方向上设置有ＴＤＲ测量和若干个检测点，每个检测点所在的轴截面上上均设置有温度传感器和压力传感器。

【技术特征摘要】
水合物沉积物合成与分解参数测试的装置，其特征在于，该装置包括压力室，压力室的进口端上设置有进气流量计、注液泵和超声发射端，压力室的出口端上设置有超声接收端、气液分离计和出气流量计，压力室的内腔内沿其长度方向上设置有TDR测量和若干个检测点，每个检测点所在的轴截面上上均设置有温度传感器和压力传感器。2. 如权利要求1所述的水合物沉积物合成与分解参数测试的装置，其特征在于，所述 压力室的内壁上设置有橡皮膜和围压加载系统，通过在橡皮膜的外壁和所述压力室的内壁 之间加载围压液，来调整所述压力室内的围压。3. 如权利要求1所述的水合物沉积物合成与分解参数测试的装置，其特征在于，所述 超声发射端和超声接收端均由超声控制器来控制。4. 如权利要求1所述的水合物沉积物合成与分解参数测试的...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁晓兵，王淑云，张旭辉，王爱兰，赵京，李清平，姚海元，
申请(专利权)人：中国科学院力学研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]