含水合物沉积物工程静探参数模拟装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术属海洋天然气水合物开采领域，具体涉及一种含水合物沉积物工程静探参数模拟装置，包括水合物储层模拟反应釜子系统、供气子系统、冷却子系统、静力触探子系统、监控子系统和数据采集子系统。该模拟装置是一种能够在室内通过模拟实验开展储层工程静探参数评价的装置，能够为不同储层条件下水合物沉积物工程参数计算模型的建立提供基础数据支撑，为建立专门用于含水合物沉积物工程静探参数评价的基本方法提供依据。

【技术实现步骤摘要】
含水合物沉积物工程静探参数模拟装置
本技术属海洋天然气水合物开采领域，具体涉及一种含水合物沉积物工程静探参数模拟装置。
技术介绍
天然气水合物是指在一定的温压条件下，由甲烷气体与水结合形成的笼状化合物。理想状态下1m3天然气水合物分解可以释放164m3(标况)的天然气，因此天然气水合物被认为是具有巨大能源潜能的非常规能源，通常分布在陆地永久冻土带或大陆边缘深海浅层沉积物中。为了有效开发利用天然气水合物，目前在加拿大Mallik、美国Alaska北坡、日本NankaiTrough、中国木里盆地、中国南海神狐海域都开展了一定的天然气水合物试采。获得了一定的认识，为天然气水合物资源的开发利用提供了一定的经验基础。与冻土带天然气水合物开发相比，海洋天然气水合物开采面临更大的挑战。其中关键挑战之一就是：海洋天然气水合物赋存区水深大，水合物储层工程参数评价困难大。由于工程参数评价误差导致的施工风险也将成倍增加。这些风险主要表现在：对水合物储层上覆地层工程参数评价依赖于现场工程地质调查，现场工程地质调查耗时长、成本高，无疑增加了开采成本。而且对储层工程地质参数的评价方面，目前尚为空白。我国在首次海域天然气水合物试采前夕层对试采区上覆地层的工程地质参数开展调查，取得了非常珍贵的数据，也积累了深海工程地质参数评价的基本技术。但是由于现场工程地质调查未能覆盖实际天然气水合物储层，而且目前国内外均无相关的研究报道。水合物储层工程地质参数的缺失对后期开采过程中储层稳定性评价、储层出砂过程模拟及工程地质风险评价均带来了巨大的困难。静力触探是获取现场工程地质参数的最主要手段。但实际上，现场工程静力触探具有很强的“区域依赖性”。即A区域获得的工程静力触探参数，由于受土质、孔渗、土组份等因素的影响，是无法直接挪用用于模拟计算B区域的储层工程地质参数的。因此，即使我国在首次海域天然气水合物试采中开展了针对试采区的工程地质调查，但这些参数完全无法应用于下一次试采区。为此，目前在含水合物沉积物工程静探参数评价方面存在如下瓶颈，亟待解决：(1)现场工程地质调查费时费力，需要探索新的能够降低天然气水合物开采成本的工程静探参数评价方法；(2)现场工程地质调查没有针对天然气水合物储层做工作，储层工程参数的计算依赖于经验公式，可靠性有待进一步检验；(3)不同地区工程静探参数区域依赖性强，不通用，急需建立专门用于含水合物沉积物工程静探参数评价的基本方法。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种含水合物沉积物工程静探参数模拟装置，该模拟装置是一种能够在室内通过模拟实验开展储层工程静探参数评价的装置，能够为不同储层条件下水合物沉积物工程参数计算模型的建立提供基础数据支撑，为建立专门用于含水合物沉积物工程静探参数评价的基本方法提供依据。为了实现上述目的，本技术采用如下技术方案：含水合物沉积物工程静探参数模拟装置，包括水合物储层模拟反应釜子系统、供气子系统、冷却子系统、静力触探子系统、监控子系统和数据采集子系统；所述水合物储层模拟反应釜子系统包括反应釜，所述反应釜包括反应釜本体，所述反应釜本体上下两端分别设置有上、下端盖，所述反应釜本体内设置有内胆，所述内胆的两端分别与上、下端盖密封连接，并且在反应釜本体内壁与内胆外壁之间形成密封环空，所述上、下端盖上，对应内胆的位置分别设置有出气口、进气口，所述内胆中填充有饱和沉积物，所述环空内充满氮气；所述反应釜本体的外壁上缠绕有冷却管；所述供气子系统包括甲烷气瓶；所述冷却子系统包括制冷机和换热器，所述制冷机用于循环冷却换热器中的冷媒，所述甲烷气瓶中的甲烷通过换热器冷却后由进气口通入到内胆中，所述冷却管内的冷却液循环与换热器进行热交换；所述静力触探子系统包括贯入模块和量测模块，所述贯入模块包括贯入电机，所述上端盖上设置有反力支撑架，所述贯入电机设置在反力支撑架上；所述量测模块包括静力触探探头、拉线编码器和数据采集仪，所述上端盖上，对应内胆的位置设置有通孔，所述通孔内设置有探杆，所述探杆能够沿通孔上下滑动，并与通孔之间密封配合，所述静力触探探头安装在探杆的下端，所述探杆的上端与贯入电机相连，贯入电机能够带动探杆上下运动；所述拉线编码器的本体安装在贯入电机上，所述拉线编码器的金属丝线连接在探杆上；所述静力触探探头均与数据采集仪电连接；所述监控子系统包括监控模块、温度传传感器、气压传感器和流量传感器，所述温度传传感器分别设置在换热器冷媒的出口处，甲烷气体换热器的出口处，反应釜本体的上、下端盖处以及反应釜本体内部；所述气压传感器设置在反应釜本体内壁与内胆外壁之间形成密封环空内和甲烷气体换热器的出口处；所述流量传感器设置在甲烷气瓶的出口处；所述温度传感器、气压传感器和流量传感器分别与监控模块电连接；所述数据采集子系统包括数据采集计算机，所述数据采集计算机分别与数据采集仪、监控模块和拉线编码器电连接。进一步地，所述冷却管为紫铜管，紫铜管与反应釜本体的外壁局部焊接，所述紫铜管外覆盖有保温层，所述保温层外覆盖有外保护层。进一步地，所述上端盖上连接有上端盖开启机构，所述上端盖开启机构为电动棘轮盘，所述电动棘轮盘设置在反力支撑架上。进一步地，所述上端盖上，对应环空的位置布设有安全阀。进一步地，所述监控子系统还包括电路监测模块，所述电路监测模块用于监测各传感器、数据采集子系统和量测模块的供电状态。进一步地，所述上端盖的通孔内，与探杆配合处设置有三层密封环。进一步地，所述贯入电机包括力矩电机与行星滚柱丝杠，所述行星滚柱丝杠的一端与力矩电机的转轴连接，另一端与运动压块连接，探杆的上端与运动压块连接。进一步地，所述水合物储层模拟反应釜子系统还包括用于翻转反应釜的翻转支架。本技术的另一个目的在于提供一种含水合物沉积物工程静探参数模拟方法，包括：S1.静力触探探头的真空饱和：取实际需要使用的静力触探探头，插入探头真空饱和仪抽真空，在孔压测量孔中饱和蒸馏水；S2.原位合成饱和水沉积物：安装水合物储层模拟反应釜子系统，并向内胆中填充饱和水沉积物，使饱和水沉积物与上端盖之间留存20mm-30mm的空间，缓慢向反应釜内注入甲烷并降温，模拟气体向上渗漏过程并生成含水合物沉积物；S3.开展含水合物沉积物的静力触探模拟：连接静力触探子系统，设置静力触探探头的贯入速率，启动贯入电机，逐步向水合物沉积物中压入静力触探探头并实时记录此过程中的探头锥端阻力、侧摩阻力、孔隙压力、电阻率及视频影像数据，通过拉线编码器实时记录探头的贯入深度；当探头贯入深度距离反应釜下端盖2cm时，停止贯入，反转贯入电机，上提静力触探探头；S4.根据锥端阻力、侧摩阻力及孔隙压力估算含水合物沉积物不排水抗剪强度、渗透系数、应力路径的纵向分布规律，根据电阻率计算所处层位中的含水合物饱和度，建立锥端阻力、侧摩阻力、孔隙水压力随水合物饱和度的变化规律，进而建立沉积物不排水抗剪强度、渗透系数、应力路径随水合物饱和度的变化曲线；利用静力触探过程中的视频影像数据识别静力触探过程中含水合物沉积物的破坏形态。本技术的含水合物沉积物工程静探参数模拟装置，该模拟装置是一种能够在室内通过模拟实验开展储层工程静探参数评价的装置，能够为不同储层条件下水合物沉积物工程参数计算模型的建立提供基础本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.含水合物沉积物工程静探参数模拟装置，其特征在于，包括水合物储层模拟反应釜子系统、供气子系统、冷却子系统、静力触探子系统、监控子系统和数据采集子系统；所述水合物储层模拟反应釜子系统包括反应釜，所述反应釜包括反应釜本体，所述反应釜本体上下两端分别设置有上、下端盖，所述反应釜本体内设置有内胆，所述内胆的两端分别与上、下端盖密封连接，并且在反应釜本体内壁与内胆外壁之间形成密封环空，所述上、下端盖上，对应内胆的位置分别设置有出气口、进气口，所述内胆中填充有饱和沉积物，所述环空内充满氮气；所述反应釜本体的外壁上缠绕有冷却管；所述供气子系统包括甲烷气瓶；所述冷却子系统包括制冷机和换热器，所述制冷机用于循环冷却换热器中的冷媒，所述甲烷气瓶中的甲烷通过换热器冷却后由进气口通入到内胆中，所述冷却管内的冷却液循环与换热器进行热交换；所述静力触探子系统包括贯入模块和量测模块，所述贯入模块包括贯入电机，所述上端盖上设置有反力支撑架，所述贯入电机设置在反力支撑架上；所述量测模块包括静力触探探头、拉线编码器和数据采集仪，所述上端盖上，对应内胆的位置设置有通孔，所述通孔内设置有探杆，所述探杆能够沿通孔上下滑动，并与通孔之间密封配合，所述静力触探探头安装在探杆的下端，所述探杆的上端与贯入电机相连，贯入电机能够带动探杆上下运动；所述拉线编码器的本体安装在贯入电机上，所述拉线编码器的金属丝线连接在探杆上；所述静力触探探头均与数据采集仪电连接；所述监控子系统包括监控模块、温度传传感器、气压传感器和流量传感器，所述温度传传感器分别设置在换热器冷媒的出口处，甲烷气体换热器的出口处，反应釜本体的上、下端盖处以及反应釜本体内部；所述气压传感器设置在反应釜本体内壁与内胆外壁之间形成密封环空内和甲烷气体换热器的出口处；所述流量传感器设置在甲烷气瓶的出口处；所述温度传感器、气压传感器和流量传感器分别与监控模块电连接；所述数据采集子系统包括数据采集计算机，所述数据采集计算机分别与数据采集仪、监控模块和拉线编码器电连接。...

【技术特征摘要】
1.含水合物沉积物工程静探参数模拟装置，其特征在于，包括水合物储层模拟反应釜子系统、供气子系统、冷却子系统、静力触探子系统、监控子系统和数据采集子系统；所述水合物储层模拟反应釜子系统包括反应釜，所述反应釜包括反应釜本体，所述反应釜本体上下两端分别设置有上、下端盖，所述反应釜本体内设置有内胆，所述内胆的两端分别与上、下端盖密封连接，并且在反应釜本体内壁与内胆外壁之间形成密封环空，所述上、下端盖上，对应内胆的位置分别设置有出气口、进气口，所述内胆中填充有饱和沉积物，所述环空内充满氮气；所述反应釜本体的外壁上缠绕有冷却管；所述供气子系统包括甲烷气瓶；所述冷却子系统包括制冷机和换热器，所述制冷机用于循环冷却换热器中的冷媒，所述甲烷气瓶中的甲烷通过换热器冷却后由进气口通入到内胆中，所述冷却管内的冷却液循环与换热器进行热交换；所述静力触探子系统包括贯入模块和量测模块，所述贯入模块包括贯入电机，所述上端盖上设置有反力支撑架，所述贯入电机设置在反力支撑架上；所述量测模块包括静力触探探头、拉线编码器和数据采集仪，所述上端盖上，对应内胆的位置设置有通孔，所述通孔内设置有探杆，所述探杆能够沿通孔上下滑动，并与通孔之间密封配合，所述静力触探探头安装在探杆的下端，所述探杆的上端与贯入电机相连，贯入电机能够带动探杆上下运动；所述拉线编码器的本体安装在贯入电机上，所述拉线编码器的金属丝线连接在探杆上；所述静力触探探头均与数据采集仪电连接；所述监控子系统包括监控模块、温度传传感器、气压传感器和流量传感器，所述温度传传感器分别设置在换热器冷媒的出口处，甲烷气体换热器的出口处，反应釜本体的上、下端盖处以及反应釜...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈强，刘昌岭，李彦龙，孙建业，万义钊，孟庆国，吴能友，
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