一种多孔介质中气水合物模拟实验测试系统技术方案

本发明专利技术公开了一种多孔介质中气水合物模拟实验测试系统，主要包括反应釜、传感系统、硬件接口设备和数据处理系统，反应釜用以盛装被测介质，传感系统安装在反应釜内，传感系统通过硬件接口设备接入数据处理系统；传感系统包括电学、声学、温度和压力传感器，数据处理系统通过多路切换模块控制分别采集各传感器的信号并进行处理，实现实验室环境下沉积物中天然气水合物生成分解过程的模拟、声学与电学参数联合测试的实施，利用此系统和对应的测试方法可以高效地开展天然气水合物相关的物理模拟实验，获取蕴含丰富信息的声学和电学测试参数数据，建立准确的天然气水合物饱和度计算模型。

【技术实现步骤摘要】
一种多孔介质中气水合物模拟实验测试系统
本专利技术属于油气勘探
，特别涉及一种天然气水合物储层的勘探技术，具体为一种多孔介质中气水合物模拟实验测试系统。
技术介绍
天然气水合物是一种具有巨大潜力的能量资源，主要分布于陆地永久冻土带和大陆架边缘的海底沉积物中，其具有分布广、储量大、能量密度高、清洁等特点，对天然气水合物资源的勘探与开发引起了世界各国的广泛重视。天然气水合物储层是一种特殊类型的储层，目前对其评价主要沿用油气评价理论与方法，即将天然气水合物作为流体来处理。实际上天然气水合物是以固态形式存在，而且其物理化学性质、赋存状态、成藏模式也与油气有较大差异。因此，在借鉴油气评价理论与方法的同时，需要针对天然气水合物的特性探索新的理论、技术和方法，以更有效地对天然气水合物储层进行识别、对水合物的赋存状态和饱和度进行评价，为制定和优化水合物开采方案提供理论和数据支撑。地球物理测井是对天然气水合物储层进行定量评价的重要手段，利用地球物理测井技术可以在原位高压低温环境下对储层物理性质进行探测，数据可靠性较高，通过测井解释技术进一步可以获得岩石孔隙度、含水合物饱和度、储层厚度等参数，为天然气水合物储层的定量评价提供必要的信息。国内外对天然气水合物资源调查中大都实施了测井作业，由于天然气水合物的电学和声学性质与储层岩石其他组分之间的差异最为显著，目前对水合物饱和度的评价主要基于传统的电阻率测井响应和声波测井响应开展解释工作。如前所述，与油气储层相比天然气水合物储层具有其特殊性，因此在对测井响应进行解释之前需要构建适用于天然气水合物储层的测井解释模型。构建测井解释模型不仅需要建立理论模型，而且需要收集大量的测井数据资料以及岩石物理实验数据对理论模型进行验证和参数优化。因此，大量地开展针对天然气水合物的岩石物理模拟实验，获取高质量的声学与电学实验测试数据，对于构建天然气水合物储层的声波与电法测井解释模型具有不可替代的重要意义，进而为声波与电法测井技术应用于天然气水合物储层精细评价提供模型基础。除此之外，在针对天然气水合物开展岩石物理模拟实验过程中，深入研究新的声学和电学测试系统和方法也为开发新的测井技术(包括测井仪器和相应的数据解释模型与方法)提供理论基础，同时也为探索天然气水合物生成/分解过程的动力学规律以及多孔介质内各相物质的空间分布状态变化规律提供有效的探测技术手段。声学和电学测试技术的优点在于：激励信号与测量信号安全无辐射；测试过程为非侵入式，对被测体系干扰小；传感器制作成本较低而且可根据不同的测量需求灵活设计；电信号与声信号(声信号通常也转换为电信号)测量和处理所需的电路性能高、模块化、可靠性强，信号采集速度快；数据分析处理方法灵活多样且易于软件实现。现有的天然气水合物模拟实验测试系统及测试方法中，所涉及到的声学和电学测试技术绝大多数采取各自独立实施的方式。申请号为2013102252657的专利公布了“天然气水合物沉积物动三轴力学-声学-电学同步测试的实验装置及方法”，但是其测试系统和方法有以下特点：利用了传统的电阻率测试技术，即仅获取了被测介质的电阻信息而忽视了容抗信息；仅使用一对电极作为传感器，测试的空间范围较窄；没有考虑电学传感器与声学传感器在测试空间的复合，导致声学传感器和电学传感器的测试对象(空间测试范围)不完全一致，从而导致两类传感器所获取的信息无法统一，无法对两类传感器的测量数据进行联合(融合)处理。
技术实现思路
本专利技术提供一种多孔介质内天然气水合物模拟实验测试系统，可实现实验室环境下沉积物中天然气水合物生成分解过程的模拟、声学与电学参数联合测试的实施。利用此系统和对应的测试方法可以高效地开展天然气水合物相关的物理模拟实验，获取蕴含丰富信息的声学和电学测试参数数据，建立准确的天然气水合物饱和度计算模型，从而为探索天然气水合物生成/分解过程的动力学规律以及多孔介质内各相物质的空间分布状态变化规律提供有效的探测技术手段，同时也为开发新的测井技术(包括测井仪器和相应的数据解释模型与方法)提供理论基础。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：本专利技术的多孔介质中气水合物模拟实验测试系统，主要包括反应釜、传感系统、硬件接口设备和数据处理系统，反应釜用以盛装被测介质，传感系统安装在反应釜内，传感系统通过硬件接口设备接入数据处理系统；传感系统主要由声学传感器、电学传感器、温度传感器和压力传感器组成，硬件接口设备包括：波形发生器，用以产生传感系统所需的激励信号，作为传感系统的输入；声电信号数据采集模块、阻抗测量电路和超声激励信号功率放大器，超声激励信号经超声激励信号功率放大器放大后作为声学传感器的输入，声学传感器的输出由声电信号数据采集模块采集，声电信号数据采集模块经阻抗测量电路采集电学传感器的信号输出；温度采集模块和压力采集模块分别采集温度传感器和压力传感器的信号；多路切换模块Ⅰ用以切换波形发生器与传感系统的连通；多路切换模块Ⅱ用以切换各采集模块和相应传感系统的连通；数据处理系统接收并处理各数据采集模块发送的数据。数据处理系统经远程控制器接收并处理各数据采集模块发送的数据。反应釜为同轴双筒结构，内筒同轴置于外筒内，外筒上端设置顶盖用于密封，反应釜底部安装滤网，同一平面上反应釜内筒和外筒经内、外筒同一直径上对应设置若干个孔，孔内对应安装声学传感器和电学传感器，反应釜底部设置若干孔，孔内安装温度传感器，反应釜顶盖开两个孔，分别安装气体导管和引出传感器的连接导线，气体导管上安装阀门和压力传感器，反应釜底部开两个孔，分别连接气体导管和液体导管。同一直径上的内筒和外筒上设置用以发射和接收的声学传感或用以发射和接收的电学传感器。声学传感器和电学传感器为一体化的声电传感器，同一直径上的内筒和外筒上设置用以发射和接收的声电传感器。一体化声电传感器的声学传感器采用圆柱形，电学传感器采用环形，声学传感器的一端置于电学传感器的环内。一体化声电传感器的声学传感器采用圆柱形，电学传感器采用矩形，矩形中心具有圆孔，声学传感器的一端置于电学传感器的圆孔内。矩形上沿反应釜轴向设置若干个圆孔，声学传感器的一端置于电学传感器的圆孔内。该测试技术借鉴了现代信息领域的多传感器复合与数据融合的思想，针对天然气水合物的特点而提出。通过设计新型的反应釜并对传感器进行阵列式排布，实现多传感器的不同复合方式，使得传感器覆盖面更广、其可靠性和鲁棒性更强，从而针对同一被测对象或状态可以获取多类相关且具有一致性的信息，所获得的信息量更大、置信度更高。通过对传感器测量数据进行不同层次的融合、采用不同的融合系统结构和融合算法，从而可以构建不同的数据融合模型，以此为基础可以更加深入地挖掘蕴含在声学与电学传感器测量数据中的信息，为建立水合物饱和度计算模型和探索水合物生成/分解过程的动力学规律以及多孔介质中各相物质的空间分布状态变化规律提供更多的有用信息。基于含天然气水合物多孔介质的电性参数频散特性参数(如复电阻率频散度)来获取天然气水合物饱和度信息。现有的基于介质电学性质计算水合物饱和度的方法中，主要利用电阻率数据并结合阿尔奇经验公式对水合物饱和度进行估算，在此类方法中仅利用了介质的部分电学性质(即电阻特性)来描述多孔介质中水合物饱和度的变化规律。对介质电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多孔介质中气水合物模拟实验测试系统，主要包括反应釜、传感系统、硬件接口设备和数据处理系统，反应釜用以盛装被测介质，传感系统安装在反应釜内，传感系统通过硬件接口设备接入数据处理系统；其特征在于：传感系统主要由声学传感器、电学传感器、温度传感器和压力传感器组成，硬件接口设备包括：波形发生器，用以产生传感系统所需的激励信号，作为传感系统的输入；声电信号数据采集模块、阻抗测量电路和超声激励信号功率放大器，超声激励信号经超声激励信号功率放大器放大后作为声学传感器的输入，声学传感器的输出由声电信号数据采集模块采集，声电信号数据采集模块经阻抗测量电路采集电学传感器的信号输出；温度采集模块和压力采集模块分别采集温度传感器和压力传感器的信号；多路切换模块Ⅰ用以切换波形发生器与传感系统的连通；多路切换模块Ⅱ用以切换各采集模块和相应传感系统的连通；数据处理系统接收并处理各数据采集模块发送的数据。

【技术特征摘要】
1.一种多孔介质中气水合物模拟实验测试系统，主要包括反应釜、传感系统、硬件接口设备和数据处理系统，反应釜用以盛装被测介质，传感系统安装在反应釜内，传感系统通过硬件接口设备接入数据处理系统；其特征在于：传感系统主要由声学传感器、电学传感器、温度传感器和压力传感器组成；反应釜轴向方向上安排一层或多层声学传感器对和电学传感器对，温度传感器的感温部分与声学传感器、电学传感器位于同一横截面，且位于两对传感器之间；硬件接口设备包括：波形发生器，用以产生传感系统所需的激励信号，作为传感系统的输入；声电信号数据采集模块、阻抗测量电路和超声激励信号功率放大器，超声激励信号经超声激励信号功率放大器放大后作为声学传感器的输入，声学传感器的输出由声电信号数据采集模块采集，声电信号数据采集模块经阻抗测量电路采集电学传感器的信号输出；温度采集模块和压力采集模块分别采集温度传感器和压力传感器的信号；多路切换模块Ⅰ用以切换波形发生器与传感系统的连通；多路切换模块Ⅱ用以切换各采集模块和相应传感系统的连通；数据处理系统接收并处理各数据采集模块发送的数据。2.根据权利要求1所述的多孔介质中气水合物模拟实验测试系统，其特征在于：反应釜为同轴双筒结构，内筒同轴置于外筒内，外筒上端设置顶盖用于密封，反应釜底部安装滤网，同一平面上反应釜内筒和外筒经内、外筒同一直径上对应设置若干个孔，孔内对应安装声学传感器和电学传感器，反应釜底部设置若干孔，孔内安装...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢兰昌，刘昌岭，陈强，耿艳峰，华陈权，祁雨，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，青岛海洋地质研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37