裂隙型天然气水合物动态监测装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术所述裂隙型天然气水合物动态监测装置及其方法，基于室内实验条件下，针对裂隙型天然气水合物生成、分解过程模拟实时快速测量，以总结出裂隙型天然气水合物成藏规律、并为裂隙型水合物开采过程提供关键控制要点。该装置包括反应釜、高压供气瓶组、气体回收罐、采集与处理系统和低温恒温气浴室。反应釜包括反应釜本体，反应釜本体内腔填充沉积物介质，沉积物介质内设有模拟裂隙层；反应釜本体内腔沿轴向至少设有两组成像测量电极，成像测量电极通过低温电缆与采集与处理系统电连接；成像测量电极对应的反应釜本体外侧设置电极屏蔽筒。

Dynamic monitoring device and method for fractured gas hydrate

The dynamic monitoring device and method of the fractured natural gas hydrate are described in the invention. Based on laboratory experimental conditions, real-time and rapid measurements are simulated for the generation and decomposition process of the fractured natural gas hydrate, in order to summarize the reservoir-forming regularity of the fractured natural gas hydrate and provide key control points for the exploitation process of the fractured natural gas hydrate. Point. The device comprises a reaction kettle, a high-pressure gas supply cylinder group, a gas recovery tank, a collection and processing system and a low-temperature constant-temperature gas bath. The reactor body includes a reactor body, the chamber of the reactor body fills the sediment medium, and the sediment medium is provided with a simulated crack layer; the inner cavity of the reactor body is provided with at least two sets of imaging measuring electrodes along the axial direction, and the imaging measuring electrodes are electrically connected with the acquisition and processing system through a low-temperature cable; and the reactor corresponding to the imaging measuring electrode is provided with a simulation crack layer An electrode shielding cylinder is arranged on the outside side of the body.

【技术实现步骤摘要】
裂隙型天然气水合物动态监测装置及其方法
本专利技术属于海洋天然气水合物资源勘探开发工程
，具体涉及一种能够在室内试验室条件下实时模拟监测裂隙型水合物生成、分解过程的实验装置，以及应用此类监测装置的测试方法。
技术介绍
天然气水合物作为一种清洁型的化石能源，是全球能源竞争的制高点。目前全球水合物研究已经逐渐从勘探阶段整体转入试开采阶段，但距离工业化开采还有很长的路要走。根据天然气水合物在地层中的基本分布特征，目前通常将天然气水合物储层分为孔隙充填型天然气水合物储层和裂隙型天然气水合物储层。前者主要是指水气在沉积物孔隙空间中形成水合物，水合物的形成占据了原始孔隙中的流体(气体或水)；后者则表现为水合物形成过程中“驱替”原始地层沉积物颗粒，形成层状、脉状或结核状分布的水合物带。目前对天然气水合物在沉积物中的形成、分解过程的研究主要集中在对孔隙扩散性天然气水合物沉积物的研究方面，其含水合物沉积物形成主要有两种途径：①混合制样；②原位生成。前者主要的做法是先在高压低温容器中形成纯天然水气合物，在低温条件下快速粉碎与沉积物混合，压入相应的反应釜形成含水合物沉积物，然后测量其物性参数及分解过程的变化规律；后者主要的做法是先在高压低温反应釜中填装特定的沉积物湿试样，然后通入甲烷气体降温生成水合物，并实时测量水合物生成过程中物性参数的变化规律。一定时间后天然气水合物合成完毕，转入模拟开采过程，测试水合物分解过程中的天然气水合物沉积物物性参数变化规律。如2016年5月11日公开的专利技术，公开号为CN105571647A，名称天然气水合物开采多物理场演化模拟测试装置及其方法，测试装置包括反应釜，反应釜设置于温度控制模块内，反应釜分别与液体供给模块、气体供给模块、反压控制模块、围压加载模块和数据测量采集模块相连接。模拟测试方法是采用电阻层析成像技术进行沉积物中物质含量特别是水合物饱和度的实时测量，通过围压液的体积变化进行沉积物体积变化的实时测量，结合温度、孔隙压力和流速(产气以及产水速率)实验数据能够实现水合物降压开采时温度场、流场和位移场演化过程的实验模拟工作。其核心技术方案仍是围绕孔隙充填型天然气水合物储层展开的。目前尚未见关于裂隙型天然气水合物成藏规律、开采过程模拟相关的室内物理模拟实验研究报道，仅有部分研究者根据历次天然气水合物钻探航测的钻探结果提出了用于裂隙型天然气水合物地球物理评价的理论或半理论模型。由于目前的技术限制和相应的基础实验研究做支撑，国内外普遍认为孔隙分散型砂质水合物储层是最佳的优选试采场地，而裂隙型天然气水合物藏则被认为是不具备可采性。但实际上，裂隙型天然气水合物具有高饱和度特征，就其资源量而言，具有非常可观的开采诱惑力。前期全球天然气水合物勘探在美国的墨西哥湾盆地、日本南海海槽、我国西沙海域、韩国的郁龙盆地的沉积物中均发现了裂隙充填型水合物。因此在室内模拟裂隙型天然气水合物成藏、开采过程，为裂隙型天然气水合物的成藏开采一体化过程提供技术储备，对于从能源资源的角度利用裂隙型天然气水合物资源具有重要意义。电阻层析成像(ElectricalResistanceTomography简称ERT)技术是一种过程参数实时监测技术，是电学层析成像技术的一种，其图像重建过程参考了CT与MRI的数学方法。虽然其测量精度低于CT与MRI测试技术，但是由于其快速、无辐射、成本较低、模拟尺寸大的突出优点，在大尺寸裂隙型天然气水合物合成、分解过程的观测中可能具有较为广阔的应用前景。目前MikePriegnitz等少部分研究者已经将其用于砂质孔隙充填型天然气水合物分解过程测量，虽然目前显示其应用过程中还存在某些细节问题需要进一步完善，但其在水合物快速测量过程中的应用前景却毋庸置疑。
技术实现思路
本专利技术所述裂隙型天然气水合物动态监测装置，在于解决上述现有技术存在问题而基于室内实验条件下，针对裂隙型天然气水合物生成、分解过程模拟实时快速测量，以总结出裂隙型天然气水合物成藏规律、并为裂隙型水合物开采过程提供关键控制要点。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：包括反应釜、高压供气瓶组、气体回收罐、采集与处理系统和低温恒温气浴室，反应釜置于低温恒温气浴室内，并分别与高压供气瓶组、气体回收罐连通，反应釜通过低温电缆与采集与处理系统电连接，所述的反应釜包括反应釜本体，反应釜本体内腔填充沉积物介质，沉积物介质内设有模拟裂隙层；反应釜本体的两端分别设有下端盖和上端盖，下端盖上设有与反应釜本体内腔相连通的气体入口，气体入口连接高压供气瓶组，上端盖上设有与反应釜本体内腔相连通的气体出口，气体出口连接气体回收罐；反应釜本体内腔沿轴向至少设有两组成像测量电极，成像测量电极通过低温电缆与采集与处理系统电连接；成像测量电极对应的反应釜本体外侧设置电极屏蔽筒。针对目前室内测量沉积物中水合物空间分布规律效率低及裂隙型天然气水合物无相应测量手段的不足，提出一种既能控制温度压力条件又能满足裂隙型水合物电阻率层析成像测量的专用实验装置，以达到对于不同裂隙空间分布、裂隙几何尺寸条件下的含裂隙沉积物中水合物合成、分解过程模拟实验要求，最终获取不同裂隙条件、不同气体渗漏条件下水合物的生长规律、分解规律的基础数据，为识别水合物优先生长位置及优先分解位置、以及为裂隙型天然气水合物的成藏、开采过程研究提供有效的探测手段和理论基础。常规天然气水合物测试高压反应釜都由单一金属材质加工而成。本专利技术所述的反应釜本体整体采用耐压尼龙材料；或反应釜本体整体采用合金材料，反应釜本体内腔设置内筒，内筒采用耐压尼龙材料，内筒内填充沉积物介质；或反应釜本体由耐压尼龙短节和合金短节连接构成，耐压尼龙短节的两端分别连接合金短节，两个合金短节的另一端分别连接上端盖和下端盖，耐压尼龙短节内填充沉积物介质。本专利技术通过该结构，巧妙的解决了常规单一金属材质高压反应釜无法绝缘电阻层析成像电极片的缺点，并且能够满足裂隙型水合物模拟过程。特别地，每组成像测量电极沿反应釜本体同一圆周方向间隔设置，每个成像测量电极的长宽比为(1.5:1)-(2:1)，同组相邻成像测量电极的间距为成像测量电极宽度的2倍。相邻两组成像测量电极的中间位置设置一个单独的电极片，以作为屏蔽电极；不同组成像测量电极之间的间距至少为成像测量电极长度的2倍以上。进一步地，在所述上端盖的内壁上，安装有气体稳流器；在所述下端盖的内壁上，安装有气体缓冲器。气体稳流器实现气体通过反应釜本体过程中压力均衡；气体缓冲器为防止水分流入进气管路、以及保证从气体入口流入的气体能均匀的渗入上部沉积物。为提高密封性能，所述反应釜上、下端盖与反应釜本体之间采用三重密封，即反应釜本体分别与上端盖、下端盖之间，在径向端面上设置有径向密封环，在轴向端面上设置有轴向密封环。所述电极屏蔽筒上设有成像接线孔，低温电缆通过成像接线孔引入反应釜本体内并连接成像测量电极。进一步地，所述低温电缆为(n+1)芯，其中n芯连接同组的成像测量电极，1芯为接地线；连接各组成像测量电极的低温电缆，其接地线连接同一个公用的接地电极。微型航空插头在反应釜外围连接低温电缆，微型航空插头和低温电缆采用屏蔽涂层屏蔽，以减小测量过程中不同电极之间的电极干扰。在反应釜本体内填充有沉积物介质和模拟裂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种裂隙型天然气水合物动态监测装置，包括反应釜(1)、高压供气瓶组(2)、气体回收罐(3)、采集与处理系统(4)和低温恒温气浴室(6)，反应釜(1)置于低温恒温气浴室(6)内，并分别与高压供气瓶组(2)、气体回收罐(3)连通，反应釜(1)通过低温电缆(5)与采集与处理系统(4)电连接，其特征在于：所述的反应釜(1)包括反应釜本体(8)，反应釜本体(8)内腔填充沉积物介质(5)，沉积物介质(5)内设有模拟裂隙层(22)；反应釜本体(8)的两端分别设有下端盖(14)和上端盖(7)，下端盖(14)上设有与反应釜本体内腔相连通的气体入口(15)，气体入口(15)连接高压供气瓶组(2)，上端盖(7)上设有与反应釜本体内腔相连通的气体出口(20)，气体出口(20)连接气体回收罐(3)；反应釜本体(8)内腔沿轴向至少设有两组成像测量电极(12)，成像测量电极(12)通过低温电缆(5)与采集与处理系统(4)电连接；成像测量电极(12)对应的反应釜本体外侧设置电极屏蔽筒(9)。

【技术特征摘要】
1.一种裂隙型天然气水合物动态监测装置，包括反应釜(1)、高压供气瓶组(2)、气体回收罐(3)、采集与处理系统(4)和低温恒温气浴室(6)，反应釜(1)置于低温恒温气浴室(6)内，并分别与高压供气瓶组(2)、气体回收罐(3)连通，反应釜(1)通过低温电缆(5)与采集与处理系统(4)电连接，其特征在于：所述的反应釜(1)包括反应釜本体(8)，反应釜本体(8)内腔填充沉积物介质(5)，沉积物介质(5)内设有模拟裂隙层(22)；反应釜本体(8)的两端分别设有下端盖(14)和上端盖(7)，下端盖(14)上设有与反应釜本体内腔相连通的气体入口(15)，气体入口(15)连接高压供气瓶组(2)，上端盖(7)上设有与反应釜本体内腔相连通的气体出口(20)，气体出口(20)连接气体回收罐(3)；反应釜本体(8)内腔沿轴向至少设有两组成像测量电极(12)，成像测量电极(12)通过低温电缆(5)与采集与处理系统(4)电连接；成像测量电极(12)对应的反应釜本体外侧设置电极屏蔽筒(9)。2.根据权利要求1所述的裂隙型天然气水合物动态监测装置，其特征在于，每组成像测量电极(12)沿反应釜本体同一圆周方向间隔设置，同组相邻成像测量电极的间距为成像测量电极宽度的2倍，每个成像测量电极的长宽比为(1.5:1)-(2:1)。3.根据权利要求2所述的裂隙型天然气水合物动态监测装置，其特征在于，相邻两组成像测量电极的中间位置设置一个单独的电极片，以作为屏蔽电极；不同组成像测量电极之间的间距至少为成像测量电极长度的2倍以上。4.根据权利要求1所述的裂隙型天然气水合物动态监测装置，其特征在于，在所述上端盖(7)的内壁上，安装有气体稳流器(19)；在所述下端盖(14)的内壁上，安装有气体缓冲器(16)。5.根据权利要求3或4所述的裂隙型天然气水合物动态监测装置，其特征在于，反应釜本体(8)整体采用耐压尼龙材料；或反应釜本体(8)整体采用合金材料，反应釜本体(8)内腔设置内筒(8-1)，内筒(8-1)采用耐压尼龙材料，内筒(8-1)内填充沉积物介质(5)；或反应釜本体(8)由耐压尼龙短节(8-2)和合金短节(8-3)连接构成，耐压尼龙短节(8-2)的两端分别连接合金短节(8-3)，两个合金短节(8-3)的另一端分别连接上端盖(7)和下端盖(8)，耐压尼龙短节(8-2)内填充沉积物介质(5)。6.根据权利要求5所述的裂隙型天然气水合物动态监测装置，其特征在于，所述电极屏蔽筒(9)上设有成像接线孔(10)，低温电缆(5)通过成像接线孔(10)引入反应釜本体内并连接成像测量电极(12)。7.根据权利要求5所述的裂隙型天然气水合物动态监测装置，其特征在于，所述模拟裂隙层(22)在反应釜本体(8)内壁上切斜安装，模拟裂隙层(...

【专利技术属性】
技术研发人员：李彦龙，刘昌岭，孙建业，孙海亮，陈强，吴能友，
申请(专利权)人：青岛海洋地质研究所，
类型：发明
国别省市：山东,37