天然气水合物储层原位性质参数模拟测试系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种天然气水合物储层原位性质参数模拟测试系统及方法。系统包括装填填料的模拟室，模拟室与温度测量单元、温度控制单元、电阻率测量单元、渗透率测量单元、声波测量单元和气体体积标定室连接，压力控制单元与模拟室、气体体积标定室连接，气体体积标定室安装有温度传感器、压力传感器，温度测量单元、温度控制单元、压力控制单元、电阻率测量单元、渗透率测量单元、声波测量单元和气体体积标定室的温度传感器、压力传感器与数据处理和信号管控单元连接。运用本发明专利技术可获得被模拟的天然气水合物储层的孔隙度、渗透率、水合物饱和度等天然气水合物储层性质参数与其声波、电阻率等地球物理参数之间的关联关系。

Simulated Testing System and Method for in-situ Property Parameters of Natural Gas Hydrate Reservoir

The invention discloses a gas hydrate reservoir in-situ property parameter simulation test system and method. The system consists of a simulation chamber filled with fillers, which is connected with temperature measurement unit, temperature control unit, resistivity measurement unit, permeability measurement unit, acoustic measurement unit and gas volume calibration chamber, pressure control unit with simulation chamber and gas volume calibration chamber, gas volume calibration chamber with temperature sensor, pressure sensor, temperature measurement unit and temperature calibration chamber. Control unit, pressure control unit, resistivity measurement unit, permeability measurement unit, acoustic measurement unit and temperature sensor of gas volume calibration room, pressure sensor and data processing and signal control unit are connected. By using the present invention, the relationship between the properties parameters of natural gas hydrate reservoirs, such as porosity, permeability, hydrate saturation, and geophysical parameters such as acoustic wave, resistivity, etc., can be obtained.

【技术实现步骤摘要】
天然气水合物储层原位性质参数模拟测试系统及方法
本专利技术涉及一种天然气水合物储层原位性质参数模拟测试系统，以及基于该系统实现的天然气水合物储层原位性质参数模拟测试方法，属于天然气水合物勘探开采领域。
技术介绍
据专家估计，全世界石油总储量在2700亿吨到6500亿吨之间。按照21世纪的消耗速度，再有50～60年，全世界的石油资源将消耗殆尽。天然气水合物的发现，让陷入能源危机的人类看到了新希望。天然气水合物(甲烷水合物，俗称可燃冰)是一种潜在的地质能源，储量大，分布广泛。据国际地质勘探组织估算，地球深海中水合甲烷的蕴藏量足以超过2.84×1021m3，是常规气体能源储存量的800倍，其中，可燃冰层中可能蕴藏着1.135×1020m3的气体。水合甲烷一旦得到开采，将使人类的燃料使用史延长几个世纪。但要进行可燃冰开采，必须掌握可燃冰储层的基本性质，获得相关参数。从实际开采来看，由于天然气水合物易分解的特性，且其分解导致强烈的储层结构变化，要获得其储层原位参数所面临的技术挑战很大，目前还没有成熟的直接性测试技术条件和能力。由此可见，设计出一种天然气水合物储层原位性质参数模拟测试技术，无疑是前景广阔的技术发展方向，对于天然气水合物资源评价和开采工程技术研究来说具有很高的实用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种天然气水合物储层原位性质参数模拟测试系统，以及基于该系统实现的天然气水合物储层原位性质参数模拟测试方法，其可获得被模拟的天然气水合物储层的孔隙度、渗透率、水合物饱和度等天然气水合物储层性质参数与其声波、电阻率等地球物理参数之间的关联关系，为认识被模拟的天然气水合物储层的地质性质特征和开采工程条件提供了可靠的实验数据。为了实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种天然气水合物储层原位性质参数模拟测试系统，其特征在于：它包括装填填料的模拟室，填料用于模拟天然气水合物储层；模拟室与温度测量单元、温度控制单元、电阻率测量单元、渗透率测量单元、声波测量单元和气体体积标定室连接，压力控制单元与模拟室、气体体积标定室连接，气体体积标定室安装有温度传感器、压力传感器，温度测量单元、温度控制单元、压力控制单元、电阻率测量单元、渗透率测量单元、声波测量单元，以及气体体积标定室的温度传感器、压力传感器与数据处理和信号管控单元连接。一种基于所述的天然气水合物储层原位性质参数模拟测试系统实现的天然气水合物储层原位性质参数模拟测试方法，其特征在于，它包括如下步骤：1)用工作气体清洗系统，检测系统空载状态下的气密性；2)测量系统空载状态时的系统总空间体积，并基于净腔体体积，标定出系统死体积；3)制备用于模拟天然气水合物储层的填料；4)用制备的填料填满所述模拟室的腔体，腔体两端口分别通过注入堵头、输出堵头封堵住；5)检测腔体载料状态下的气密性；6)用工作气体清洗填满填料的所述模拟室腔体及与其相连通的空间；7)借由所述渗透率测量单元测量并控制腔体输出的气体流量，以及测量腔体的气体输入、输出端口的压力，计算出所述模拟室腔体内填料的初始渗透率；8)测量腔体载料状态下的系统总空余空间体积，并基于标定的系统死体积和净腔体体积，计算出腔体内填料的初始空隙体积，从而得到填料的初始孔隙度；9)合成天然气水合物，监测合成过程中及合成完成后的声波参数和电阻率参数；10)测量天然气水合物合成完成后的系统总空余空间体积，并基于标定的系统死体积和净腔体体积，计算出含天然气水合物的填料的空隙体积，从而得到含天然气水合物的填料的孔隙度，进而计算天然气水合物饱和度；11)借由所述渗透率测量单元测量并控制腔体输出的气体流量，以及测量腔体的气体输入、输出端口的压力，计算出含天然气水合物的填料的渗透率；12)将温度和压力调控到被模拟的天然气水合物储层的温度和压力，测定获得储层环境条件下的含天然气水合物的填料的声波参数和电阻率参数；13)天然气水合物储层原位性质参数模拟测试结束。本专利技术的优点是：本专利技术针对被模拟的天然气水合物储层，基于声波和电学地球物理测试原理，通过模拟实验方式获得储层的孔隙度、渗透率、水合物饱和度等储层性质参数与其声波、电阻率等地球物理参数之间的关联关系，可有效地服务于天然气水合物的资源评价和开采工程方案设计，为通过地球物理测试技术手段获得天然气水合物储层的原位状态关键储层性质参数提供了有关数据关联的可靠依据。附图说明图1是本专利技术天然气水合物储层原位性质参数模拟测试系统的组成示意图。图2是本专利技术天然气水合物储层原位性质参数模拟测试系统的一较佳实施例示意图。图3是增压组件的构成示意图。图4是声波测量单元的组成示意图。具体实施方式如图1所示，本专利技术天然气水合物储层原位性质参数模拟测试系统包括装填填料的模拟室10，填料用于模拟天然气水合物储层；模拟室10与温度测量单元50、温度控制单元40、电阻率测量单元20、渗透率测量单元70、声波测量单元30和气体体积标定室80连接，压力控制单元60与模拟室10和气体体积标定室80连接，气体体积标定室80安装有温度传感器81、压力传感器82，温度传感器81、压力传感器82分别用来测量气体体积标定室80内的温度、压力，温度测量单元50、温度控制单元40、压力控制单元60、电阻率测量单元20、渗透率测量单元70、声波测量单元30中的传感器及开关阀等作动器件、气体体积标定室80的温度传感器81、压力传感器82均与数据处理和信号管控单元(图中未示出)连接。如图2，模拟室10包括腔体，腔体两端口分别安装有注入堵头13、输出堵头14，腔体内壁为绝缘材质制成，注入堵头13的注入口、输出堵头14的输出口内安装有防堵塞滤网，腔体外安装有加强模拟室10轴向强度以防止因受压发生轴向弯曲的加强丝杠。在本专利技术中，注入堵头13、输出堵头14应密封设计，其可根据各单元需要连接相关器件，如阀门等，注入堵头13、输出堵头14与腔体之间应为密封连接且可拆卸，以方便装填、更换腔体内填料。在实际实施时，因天然气水合物合成需要在高压低温的环境下进行，所以模拟室10腔体需要采用耐高压材料制成，其耐压能力应保障35MPa，温度承受能力范围覆盖-20℃～50℃，腔体可设计呈圆柱体。在实际设计中，参考图2，温度控制单元40包括紧附于腔体外壁上的制冷流体夹套41，制冷流体夹套41连接制冷流体供输流路(图中未示出)，制冷流体夹套41外设有保温层42，其中，制冷流体供输流路对进出制冷流体夹套41的流体进行控制，以达到制冷流体夹套41调节腔体内温度，使腔体处于设定温度的目的，制冷流体供输流路受数据处理和信号管控单元的控制。制冷流体供输流路、制冷流体夹套41为本领域的已有设备和常规设计。在本专利技术中，温度测量单元50包括安装在腔体内壁上的若干温度传感器52和安装在腔体外壁上、介于腔体与制冷流体夹套41之间的若干温度传感器51，温度传感器51、52的信号端口与数据处理和信号管控单元的相应信号端口连接。温度传感器51用于检测腔体内温度，温度传感器52用于检测腔体制冷流体温度，它们均将温度数据反馈给数据处理和信号管控单元进行处理等操作。参考图3，压力控制单元包括气体调压阀和增压组件61，增压组件61的输气进口通过第一多通控制阀101与甲烷气源200和工作气源300连接，增压组本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种天然气水合物储层原位性质参数模拟测试系统，其特征在于：它包括装填填料的模拟室，填料用于模拟天然气水合物储层；模拟室与温度测量单元、温度控制单元、电阻率测量单元、渗透率测量单元、声波测量单元和气体体积标定室连接，压力控制单元与模拟室、气体体积标定室连接，气体体积标定室安装有温度传感器、压力传感器，温度测量单元、温度控制单元、压力控制单元、电阻率测量单元、渗透率测量单元、声波测量单元，以及气体体积标定室的温度传感器、压力传感器与数据处理和信号管控单元连接。

【技术特征摘要】
1.一种天然气水合物储层原位性质参数模拟测试系统，其特征在于：它包括装填填料的模拟室，填料用于模拟天然气水合物储层；模拟室与温度测量单元、温度控制单元、电阻率测量单元、渗透率测量单元、声波测量单元和气体体积标定室连接，压力控制单元与模拟室、气体体积标定室连接，气体体积标定室安装有温度传感器、压力传感器，温度测量单元、温度控制单元、压力控制单元、电阻率测量单元、渗透率测量单元、声波测量单元，以及气体体积标定室的温度传感器、压力传感器与数据处理和信号管控单元连接。2.如权利要求1所述的天然气水合物储层原位性质参数模拟测试系统，其特征在于：所述模拟室包括腔体，腔体两端口分别安装有注入堵头、输出堵头，腔体内壁为绝缘材质制成，注入堵头的注入口、输出堵头的输出口内安装有防堵塞滤网。3.如权利要求2所述的天然气水合物储层原位性质参数模拟测试系统，其特征在于：所述温度控制单元包括紧附于所述腔体外壁上的制冷流体夹套，制冷流体夹套连接制冷流体供输流路，制冷流体夹套外设有保温层；所述温度测量单元包括安装在所述腔体内壁上的若干温度传感器和安装在所述腔体外壁上、介于所述腔体与制冷流体夹套之间的若干温度传感器；所述压力控制单元包括气体调压阀和增压组件；增压组件的输气进口通过第一多通控制阀与甲烷气源和工作气源连接，增压组件的输气出口与气体调压阀的进气口连接；气体调压阀的出气口与第二多通控制阀的进气口连接，第二多通控制阀的一出气口与所述注入堵头的注入口连接，第二多通控制阀的另一出气口与所述气体体积标定室的气体入口连接；所述气体体积标定室的气体出口、贯通外部的排放口与所述注入堵头的注入口三者之间通过第三多通控制阀连接；所述电阻率测量单元包括环布于所述腔体上、与所述腔体绝缘的若干圈电阻率测量电极，电阻率测量电极与电阻率测量装置连接，其中：各圈电阻率测量电极沿所述模拟室长度方向等间隔均匀布设；每圈电阻率测量电极上均匀设有若干电阻率测量点，电阻率测量点上的探针贯穿所述腔体探入腔内；所述声波测量单元包括安装在所述腔体内壁上的若干对相向安装的声偶极子，各对声偶极子沿所述模拟室长度方向等间隔均匀分布在所述腔体的中间段，其中：对于每对声偶极子，一个声偶极子贯穿所述腔体与声波发射装置连接，另一个声偶极子贯穿所述腔体与声波接收装置连接；所述渗透率测量单元包括与注入堵头的注入口连接的气体压力测量计，以及与输出堵头的输出口连接的输出气体流量测控阀和气体压力测量计。4.如权利要求3所述的天然气水合物储层原位性质参数模拟测试系统，其特征在于：所述增压组件包括增压泵，增压泵的进气口通过所述第一多通控制阀与所述甲烷气源和所述工作气源连接，增压泵的出气口经由高压气体储罐与所述气体调压阀的进气口连接，增压泵的进气口、高压气体储罐的进气口和出气口安装有防止流体返回的背压阀；增压泵连接有空气压缩机，以在空气压缩机的辅助驱动下工作。5.一种基于权利要求1至4中任一项所述的天然气水合物储层原位性质参数模拟测试系统实现的天然气水合物储层原位性质参数模拟测试方法，其特征在于，它包括如下步骤：1)用工作气体清洗系统，检测系统空载状态下的气密性；2)测量系统空载状态时的系统总空间体积，并基于净腔体体积，标定出系统死体积；3)制备用于模拟天然气水合物储层的填料；4)用制备的填料填满所述模拟室的腔体，腔体两端口分别通过注入堵头、输出堵头封堵住；5)检测腔体载料状态下的气密性；6)用工作气体清洗填满填料的所述模拟室腔体及与其相连通的空间；7)借由所述渗透率测量单元测量并控制腔体输出的气体流量，以及测量腔体的气体输入、输出端口的压力，计算出所述模拟室腔体内填料的初始渗透率；8)测量腔体载料状态下的系统总空余空间体积，并基于标定的系统死体积和净腔体体积，计算出腔体内填料的初始空隙体积，从而得到填料的初始孔隙度；9)合成天然气水合物，监测合成过程中及合成完成后的声波参数和电阻率参数；10)测量天然气水合物合成完成后的系统总空余空间体积，并基于标定的系统死体积和净腔体体积，计算出含天然气水合物的填料的空隙体积，从而得到含天然气水合物的填料的孔隙度，进而计算天然气水合物饱和度；11)借由所述渗透率测量单元测量并控制腔体输出的气体流量，以及测量腔体的气体输入、输出端口的压力，计算出含天然气水合物的填料的渗透率；12)将温度和压力调控到被模拟的天然气水合物储层的温度和压力，测定获得储层环境条件下的含天然气水合物的填料的声波参数和电阻率参数；13)天然气水合物储层原位性质参数模拟测试结束。6.如权利要求5所述的天然气水合物储层原位性质参数模拟测试方法，其特征在于：所述步骤2)包括如下步骤：2-1)在确认处于系统空载状态的所述模拟室与所述气体体积标定室已相互连通，但对外封闭的情况下，切断所述气体体积标定室与所述模拟室之间的气路，向所述气体体积标定室注入工作气体，直至压力处于设定范围内，测量所述气体体积标定室内工作气体的温度T0和压力P0，测量所述模拟室的温度T和压力P，根据实际气体状态方程通过下式1)计算出所述气体体积标定室内工作气体的原始摩尔数n0：式1)中，V0为所述气体体积标定室的体积，R为普适气体常数，a和b为工作气体的范德瓦耳斯修正量，2-2)连通所述气体体积标定室与所述模拟室之间的气路，待所述气体体积标定室与所述模拟室之间达到气体压力平衡并稳定后，断开该气路，测量所述气体体积标定室内工作气体的温度T1和压力P1，根据实际气体状态方程通过下式2)计算出所述气体体积标定室内剩余工作气体的摩尔数n1：2-3)待所述模拟室内气体温度平衡在温度T后，测量所述模拟室内气体压力P’，...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪双清，黄春华，沈斌，张小涛，曾普胜，许智超，
申请(专利权)人：国家地质实验测试中心，
类型：发明
国别省市：北京,11