三轴应力条件下含水合物沉积物渗透率测量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开一种三轴应力条件下含水合物沉积物渗透率测量装置，包括反应釜、与反应釜相连的检漏系统、温度控制系统、压力控制系统、水合物样品制备系统、水合物饱和度测量系统以及渗透率测量系统；温度控制系统为水合物生成和分解提供所需的温度,压力控制系统同步施加轴压和围压；水合物饱和度测量系统实时检测水合物饱和度变化。利用此渗透率测量装置可以开展含水合物沉积物三轴应力条件下的渗透率模拟实验，获取三轴应力条件下含水合物沉积物渗透率与饱和度的模拟数据，建立三轴应力条件下不同类型沉积物渗透率与水合物饱和度的计算模型，为水合物降压开采过程产水、产气规律提供有效的理论基础。

【技术实现步骤摘要】
三轴应力条件下含水合物沉积物渗透率测量装置
本技术涉及非常规油气藏工程与岩土工程基础物性测量
,具体涉及一种三轴应力条件下含水合物沉积物渗透率测量装置。
技术介绍
天然气水合物是一种蕴藏在陆地永久冻土区和深海环境中的新型能源，具有储量巨大、能量密度高、清洁无污染等特性，被誉为21世纪最有前景的替代能源之一。近年来，天然气水合物勘探开发逐渐受到各个国家的高度重视，积极开发利用天然气水合物对于缓解能源供应、调整能源结构和减少大气污染具有重要的意义。2017年，我国南海神狐海域水合物试开采取得圆满成功，证明了我国海洋水合物开采的可能性，加快了我国商业化开采水合物的步伐。然而，天然气水合物复杂的相变过程及有限的研究方式，致使水合物的开采认识存在很大争议。目前公认的开采方法是降压法，渗透率是水合物开采过程中评估产水、产气的一个关键参数，直接影响着水合物分解产生的水、气在空间的运移速率，甚至决定着天然气的采收率。同时，水合物的分解改变地层孔隙压力，从而改变骨架有效应力，容易引发海底滑坡等地质灾害。而沉积物中的水合物分解和二次形成、骨架颗粒的脱落以及多相流运移使得渗透率呈现出复杂的动态变化特征。研究含水合物沉积层的渗透率变化规律，成为了天然气水合物开发过程中实现水合物可控可采与环境安全的重要课题。研究表明，沉积物骨架颗粒尺寸、孔隙度、孔隙连通性、水合物在沉积物中的赋存形式和水合物饱和度是影响水合物沉积层渗透率的主要因素。目前水合物储层渗透率的研究主要有理论研究、数值模拟和实验研究，实验研究能为其它研究手段提供重要的参考价值。由于原位测试难度大、成本高，人工岩心具有材料广泛、成本低廉、操作简便等优点，是目前室内实验研究的主要对象。目前的实验研究主要集中在渗透率与水合物饱和度的关系上，而水合物渗透率与有效应力的响应特征研究比较匮乏。而在水合物开采过程中，降压导致的水合物分解增加孔隙度和有效渗透率，而随着水、气的产出，孔隙压力降低导致有效应力的增加，从而使储层骨架颗粒被挤压发生形变，降低孔隙度，有效渗透率降低。因此，测试不同应力条件下水合物储层渗透率数据，研究其与水合物饱和度的响应特征与规律，是揭示水合物开采过程中气、水产出的一个关键因素，是评价水合物开采可行性与天然气采收率的重要内容之一。近年来，不少研究机构和高校分别开展了含水合物沉积物渗透率的实验测量工作，获取了大量的含水合物沉积物渗透率随水合物饱和度变化规律的模拟数据。比如申请公布号为【CN107202736A】的技术专利公开一种多功能水合物特性实验装置，但其围压控制系统只能模拟一定围压条件下的渗透率实验，施加轴压时需要另外的加载系统，且围压、轴压很难保持同步施加，模拟结果与实际含水合物地层的渗透率结果是否一致有待进一步研究；另外，申请公布号为【CN102445371B】的技术专利公开一种水合物沉积物原位生成与分解及其渗透率测量一体化装置，需要另外的三轴试验机进行力学特性试验研究，过程复杂且成本较高；目前，三轴应力条件下水合物沉积层渗透率的变化规律尚不清晰，而且，上述装置在计算水合物饱和度和渗透率时，需要通过人工来读取和选择相关参数，误差较大。因此，为满足我国南海水合物资源的开发需求，定量描述三轴应力条件下的含水合物沉积层渗透率随水合物饱和度的响应规律，从而评估天然气水合物开发过程中的产水、产气量，亟待提出一种能在室内条件下模拟三轴应力条件下含水合物沉积层渗透率测量装置。
技术实现思路
本技术为弥补现有研究的不足，提出一种三轴应力条件下含水合物沉积物渗透率测量装置，能测量三轴应力条件下含水合物沉积物的渗透率。本技术是采用以下的技术方案实现的：三轴应力条件下含水合物沉积物渗透率测量装置，包括反应釜、与反应釜相连的检漏系统、温度控制系统、压力控制系统、水合物样品制备系统、水合物饱和度测量系统以及渗透率测量系统，且压力控制系统、水合物饱和度测量系统以及渗透率测量系统均与计算机相连；所述反应釜包括反应釜腔体，反应釜的两端分别连接有上法兰盖和下法兰盖、下底座及下压盖，反应釜腔体内设置有十字形活塞柱体，与反应釜腔体内壁密闭成围压腔室和轴压腔室，可实现轴压、围压一体化控制，围压腔室和轴压腔室上还分别设置有围压连接口和轴压连接口，样品通过橡胶膜包裹设置在活塞柱体与下底座之间，且在样品的两端还设置有透水石；反应釜外周连接温度控制系统，控制实验所需温度，并通过设置在围压腔室内的上侧温度传感器和下侧温度传感器测量样品两端温度；所述压力控制系统包括第一自动压力追踪装置，第一自动压力追踪装置包括第一往复式水泵和第二往复式水泵，第一往复式水泵和第二往复式水泵分别与反应釜的轴压腔室和围压腔室连通，可以同步施加轴压和围压，真实模拟含水合物储层应力情况，并通过第一控制模块和第二控制模块连接至计算机系统，第一压力控制模块和第二压力控制模块用以控制水泵出液量及出口压力，并可实现相互通信，通过计算机控制实现两路压力控制、实时动态追踪。同时，第一自动压力追踪装置也能实时检测进、出液量变化，在提供三轴应力水平的同时能精确测量样品的体变，这一特性可广泛应用于三轴力学实验中。进一步的，所述水合物饱和度测量系统包括两根时域反射探针，时域反射探针采用非对称同轴形探头，采用柔性材料制成，平行设置在样品内部，通过同轴电缆及发射接收系统与计算机相连，同轴电缆用于传播电磁脉冲；发射接收系统采用1502C型时域反射仪，准确度能达到3％以内，通过连接计算机进行信号采集、整理与输出。进一步的，所述渗透率测量系统包括第二自动压力追踪装置，第二自动压力追踪装置包括第三往复式水泵和第四往复式水泵，第三往复式水泵和第四往复式水泵分别与反应釜的孔压入口和孔压出口端相连，以进行渗透率测量，第三往复式水泵和第四往复式水泵分别通过第三压力控制模块和第四压力控制模块连接至计算机，第三压力控制模块和第四压力控制模块用以控制水泵出液量及出口压力，并可实现相互通信，第二自动压力追踪装置根据实验要求设定输出压力，能实时检测孔压入口、孔压出口端压力变化及出液量变化，待渗流达到稳定状态时，在计算机上输入渗流液体及样品相关参数，根据达西定律即可自动求取样品渗透率。进一步的，所述水合物样品制备系统包括甲烷气瓶、蒸馏水罐以及存储罐，甲烷气瓶和蒸馏水罐分别与存储罐连通，存储罐与反应釜相连通，存储罐与反应釜之间设置有第二平流泵，两者回路管线间还设置有回压阀，通过甲烷气瓶和蒸馏水罐分别向储存罐内输送一定量的甲烷气和蒸馏水，待其混合均匀后，第二平流泵以一定速率向反应釜输送含饱和气的水，调整回压阀的压力在水合物相平衡之上来形成水合物，通过温压变化判断是否形成水合物，待形成水合物时关闭阀门。进一步的，所述检漏系统主要包括气泵和第一压力表，待装置连接完成后，通过对整个装置泵送一定量的压力来检查气密性。进一步的，所述温度控制系统采用恒温水浴形式，包括设置在反应釜外侧的冷却水循环机，冷却水循环机循环介质为液态水，其和出水口进水口分别与反应釜的下连接口和上连接口相连，下进上出，上、下两连接口呈180°对角设置，有利循环液与围压腔室热量交换。进一步的，沉积物渗透率测量装置还包括反应釜专用工装，反应釜专用工装包括固定支架、升降螺杆、活动支架、限位支本文档来自技高网...

【技术保护点】
三轴应力条件下含水合物沉积物渗透率测量装置，其特征在于，包括反应釜、与反应釜相连的检漏系统、温度控制系统、压力控制系统、水合物样品制备系统、水合物饱和度测量系统以及渗透率测量系统，且压力控制系统、水合物饱和度测量系统以及渗透率测量系统均与计算机相连；所述反应釜包括反应釜腔体，反应釜腔体的两端分别连接有上法兰盖和下法兰盖、下底座及下压盖，反应釜腔体内设置有十字形活塞柱体，活塞柱体与反应釜腔体内壁密闭成围压腔室和轴压腔室，围压腔室和轴压腔室上分别设置有围压连接口和轴连接口，样品通过橡胶膜包裹设置在活塞柱体与下底座之间，且在样品的两端还设置有透水石；反应釜外周连接温度控制系统以控制实验所需温度，并通过设置在围压腔室内的上侧温度传感器和下侧温度传感器测量样品两端温度；所述压力控制系统包括第一自动压力追踪装置，第一自动压力追踪装置包括第一往复式水泵和第二往复式水泵，第一往复式水泵和第二往复式水泵分别与反应釜的轴压腔室和围压腔室连通，并分别通过第一控制模块和第二控制模块连接至计算机，第一压力控制模块和第二压力控制模块用以控制水泵出液量及出口压力，并可实现相互通信。

【技术特征摘要】
1.三轴应力条件下含水合物沉积物渗透率测量装置，其特征在于，包括反应釜、与反应釜相连的检漏系统、温度控制系统、压力控制系统、水合物样品制备系统、水合物饱和度测量系统以及渗透率测量系统，且压力控制系统、水合物饱和度测量系统以及渗透率测量系统均与计算机相连；所述反应釜包括反应釜腔体，反应釜腔体的两端分别连接有上法兰盖和下法兰盖、下底座及下压盖，反应釜腔体内设置有十字形活塞柱体，活塞柱体与反应釜腔体内壁密闭成围压腔室和轴压腔室，围压腔室和轴压腔室上分别设置有围压连接口和轴连接口，样品通过橡胶膜包裹设置在活塞柱体与下底座之间，且在样品的两端还设置有透水石；反应釜外周连接温度控制系统以控制实验所需温度，并通过设置在围压腔室内的上侧温度传感器和下侧温度传感器测量样品两端温度；所述压力控制系统包括第一自动压力追踪装置，第一自动压力追踪装置包括第一往复式水泵和第二往复式水泵，第一往复式水泵和第二往复式水泵分别与反应釜的轴压腔室和围压腔室连通，并分别通过第一控制模块和第二控制模块连接至计算机，第一压力控制模块和第二压力控制模块用以控制水泵出液量及出口压力，并可实现相互通信。2.根据权利要求1所述的渗透率测量装置，其特征在于：所述水合物饱和度测量系统包括两根时域反射探针，采用柔性材料制成，平行设置在样品内部，时域反射探针通过同轴电缆及发射接收系统与计算机相连。3.根据权利要求1所述的渗透率测量装置，其特征在于：所述渗透率测量系统包括第二自动压力追踪装置，第二自动压力追踪装置包括第三往复式水泵和第四往复式水泵，第三往复式水泵和第四往复式水泵分别与反应釜的孔压入口和孔压出口相连，以进行渗透率测量，第三往复式水泵和第四往复式水泵分别通过第三压力控制模块和第四压力控制模块连接至计算机，第三压力控制模块和第四压力控制模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：张准，刘昌岭，刘乐乐，宁伏龙，
申请(专利权)人：青岛海洋地质研究所，
类型：新型
国别省市：山东,37