CT专用水合物电阻率测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及CT专用水合物电阻率测量装置及方法，所述装置包括射线穿透式夹持器、电阻率测量模块、围压控制模块、温控模块、孔压控制模块、数据采集模块以及CT成像系统；射线穿透式夹持器包括承压管、密封端盖、卡套螺母，承压管采用PEEK材质；上端盖上设置有孔压流体出口和围压流体出口，下端盖上设置有孔压流体入口和围压流体入口；电阻率测量模块包括电阻率探针、电阻率探针套管和环形电极等，环形电极等间距设置在电阻率探针上。通过该装置既可准确测定水合物生成分解过程中的电阻率的空间变化规律，又能实现X‑CT扫描成像，从而实现水合物沉积物体系电阻率及孔隙连通性时空演化规律的同步测量。

CT dedicated gas hydrate resistivity measuring device and method

The present invention relates to CT special hydrate resistivity measuring device and method, which comprises a ray penetration type holder, resistivity measurement module, control module, temperature control module of confining pressure and pore pressure control module, data acquisition module and CT imaging system; ray penetration type clamping device comprises a pressure pipe and a sealing end cover, sleeve nut bearing pipe made of PEEK material; the upper cover is provided with a fluid outlet pore pressure and confining pressure of fluid outlet, the lower cover is provided with a fluid entrance pore pressure and confining pressure of fluid entrance; resistivity measurement module including resistivity probe, electrical resistivity probe casing and annular electrode, electrode spacing ring is arranged in the resistivity probe. The device can not only spatial variation of the resistivity of the accurate determination of hydrate formation in the decomposition process, and can realize the X CT scan imaging, so as to realize the simultaneous measurement of resistivity and pore connectivity of hydrate sediments system the time-space evolution of the.

【技术实现步骤摘要】
CT专用水合物电阻率测量装置及方法
本专利技术属于海洋天然气水合物储层电阻率等物性参数测量技术与应用领域，具体涉及一种用于X-CT探测的水合物电阻率测量装置与方法。
技术介绍
天然气水合物在自然界中广泛存在，主要分布在水深300米以下的海洋陆架边缘或者冰川冻土区，被认为是一种潜在的能源资源。自然界中不同的物质的导电能力也不尽相同，而导电能力可用阻抗、电阻率等电学参数来表示。海底沉积物中由于赋存了天然气水合物，其电阻特性发生明显的变化，因此，电学特性是水合物储层主要的物性参数。通过测量海底沉积物地层中的电阻率变化，即可判定水合物储层，进一步通过电阻率与水合物饱和度的定量分析，可以估算天然气水合物的储量。目前，国内外现有的实验室水合物电阻率测试技术都是基于宏观尺度，利用不同的电极或传感器，对高压射线穿透式夹持器中沉积物体系或不同层位进行测试，其结果是整个体系或某个层位的平均电阻变化，由于天然气水合物生成是随机的，其在沉积物孔隙中的分布不均匀的，故目前基于宏观电阻率探测的实验结果不能准确刻画水合物储存状态、及其在沉积物孔隙中分布情况对电阻率的影响；无法反映沉积物内部水合物微观分布条件对电阻率的影响，尤其是无法判断在水合物合成或生成过程中电阻率变化规律与沉积物孔喉参数变化的响应规律，无法从微观尺度解释水合物生成、分解过程中电阻率变化的机理。实际上，在天然气水合物生成或分解的过程中，沉积物孔隙连通性、孔隙中的溶解气体、水量及离子浓度都会发生变化，而这些正是改变反应介质导电性的主要因素。在水合物沉积物微观结构探测方面，国内也有相关的研究：如公开号CN102636503B公开了一种天然气水合物天然岩芯CT重整专用射线穿透式夹持器及方法；公开号CN101246117B和CN104155188B的专利技术专利分别从不同的角度将含水合物沉积物力学参数测量装置与CT微观探测技术结合，专利技术了宏微观结合探索沉积物力学特性变化规律的方法。但目前尚无专门针对电阻率参数与含水合物沉积物微观孔吼结构探测相结合的实验装置或方法，难以对水合物饱和度、沉积物孔隙连通性、孔隙中的溶解气体等参数与电阻率数值间的相关关系进行定量分析。因此，开发一套即既可准确测定水合物生成分解过程中电阻率，又能同时观测沉积物孔隙连通性、水合物、溶解气体及水量的变化情况的实验测试装置与方法，对获得可靠的电阻率与水合物饱和度相关关系、提高水合物资源量估算的准确度有重要意义，也有助于从机理上解释水合物合成与分解过程中电阻率参数变化规律的微观响应机制。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种CT专用水合物电阻率测量装置及方法，所述装置安放在X-CT成像系统的透射成像转台上，既可准确测定水合物生成分解过程中的电阻率，又能同时实现X-CT扫描成像，从而观测沉积物孔隙连通性、水合物、溶解气体及水量的变化情况，实现水合物沉积物体系电阻率及孔隙连通性的同步测量。本专利技术是采用以下的技术方案实现的：CT专用水合物电阻率测量装置，包括射线穿透式夹持器、电阻率测量模块、围压控制模块、温控模块、孔压控制模块、数据采集模块以及设置在射线穿透式夹持器两侧的CT成像系统；所述温控模块、围压控制模块以及孔压控制模块均与射线穿透式夹持器相连；所述数据采集模块分别与电阻率测量模块和CT成像系统相连；所述射线穿透式夹持器包括承压管、密封端盖、卡套螺母，承压管采用PEEK材质，壁厚小于2mm，承压管的内部设有沉积物试样胶桶，沉积物试样胶桶的两端设有模套段塞；承压管的两端外侧壁上设有卡套固定凸起，所述卡套固定凸起与卡套螺母配合，将密封端盖与承压管压紧固定；所述密封端盖包括分别设置在承压管两端的上端盖和下端盖，所述上端盖上设置有孔压流体出口和围压流体出口，下端盖上分别设置有与孔压控制模块和围压控制模块相连的孔压流体入口和围压流体入口，且在孔压流体出口内设有与沉积物试样胶桶连通的孔压流出管路；所述电阻率测量模块包括组合式多测点电阻率探针以及电阻率监测切换装置，以获得不同条件下样品的电阻率数据；所述组合式多测点电阻率探针包括电阻率探针、电阻率探针套管和环形电极，所述环形电极等间距设置在电阻率探针上，所述电阻率探针通过孔压流出管路插入到沉积物试样内部。进一步的，所述围压控制模块包括柱塞泵围压循环系统和背压控制阀，柱塞泵围压循环系统通过背压控制阀与围压流体出口端相连，利用柱塞泵围压循环系统提供压力源，配合背压控制阀实现系统围压控制，围压最大10Mpa，背压控制阀由计算机自动控制，可以设置围压的高低并自动控制，围压控制精度达到0.1FS。进一步的，所述温控模块包括恒温空气浴控制箱及循环温控系统，循环控温系统与柱塞泵围压循环系统的注入管线连接,用于控制流体回路中的温度，使射线穿透式夹持器进口处能够实现将温度控制在-5℃-室温之间，在两者的共同作用下，实现控温精度±0.5℃。进一步的，所述孔压控制模块包括柱塞泵注液系统、钢瓶注气系统和减压控制阀，所述钢瓶注气系统通过减压控制阀与柱塞泵注液系统相连，然后共同连接至孔压流体入口端，柱塞泵注液系统与钢瓶注气系统在射线穿透式夹持器孔压流体入口前混合注入，并通过减压控制阀控制两者的压力平衡，避免气体灌入柱塞泵注液系统或液体进入钢瓶注气系统。进一步的，所述电阻率探针在插入到沉积物试样中的实际有效长度为40mm，所述环形电极包括4个，相邻环形电极之间的距离为10mm，每个环形电极既可以作为电子发射极，也可以作为电子接收极，这样就可以测量沉积物内部电阻率值共计组，有效观察水合物合成和分解过程中电阻率的空间变化规律。进一步的，所述电阻率探针套管的外径为3mm，采用硬质绝缘材料，电阻探针套管与孔压流出管路间的环空为实际孔压流体流出通道。进一步的，所述模套段塞上设置有两处密封凸起，模套段塞与沉积物试样胶桶之间过盈配合，密封沉积物试样，以进一步增强沉积物试样两端密封性，防止孔压、围压串通。进一步的，所述承压管内侧壁与密封端盖之间设置有O型密封圈安装槽，通过O型圈安装凹槽内部的密封圈实现密封端盖与承压管之间的密封。进一步的，所述的孔压流体入口、孔压流体出口均设置在密封端盖的正中心，并分别通过孔压流体入口管线和孔压流体出口管线与模套段塞相连接，实现孔隙压力的注入和输出。进一步的，为防止孔压流体出口与围压流体出口之间的固定螺母发生相互干涉，以及防止孔压流体入口和围压流体入口发生干涉，所述围压流体出口在上端盖内部设置有向密封端盖外缘流动的孔隙，且围压流体入口在下端盖内部设置有向下端盖外缘流动的孔隙，方便实验。本专利技术另外还公开一种利用上述CT专用水合物电阻率测量装置的测量方法，包括以下步骤：(1)装样与安装：①打开射线穿透式夹持器，在沉积物试样胶桶内填满沉积物并加入适量水溶液；②插入电阻率探针套管和电阻率探针，密封端盖；③把射线穿透式夹持器安装到CT成像系统载物台上；(2)生成天然气水合物：①打开温控模块开关，设置循环水温度，使射线穿透式夹持器内沉积物样品温度达到实验的温度需求；②通过注塞泵注液系统注入设定液体到样品内部至设定压力；调节减压控制阀，加入反应气体，使得射线穿透式夹持器中压力达到实验所需的压力；③利用柱塞泵围压循环系统提供压力源，配合背压控制阀，实现系统实本文档来自技高网...

【技术保护点】
CT专用水合物电阻率测量装置，其特征在于，包括射线穿透式夹持器、电阻率测量模块、围压控制模块、温控模块、孔压控制模块、数据采集模块以及设置在射线穿透式夹持器两侧的CT成像系统；所述温控模块、围压控制模块以及孔压控制模块均与射线穿透式夹持器相连；所述数据采集模块分别与电阻率测量模块和CT成像系统相连；所述射线穿透式夹持器包括承压管、密封端盖、卡套螺母，承压管采用PEEK材质，壁厚小于2mm，承压管的内部设有沉积物试样胶桶，沉积物试样胶桶的两端设有模套段塞；承压管的两端外侧壁上设有卡套固定凸起，所述卡套固定凸起与卡套螺母配合，将密封端盖与承压管压紧固定；所述密封端盖包括分别设置在承压管两端的上端盖和下端盖，所述上端盖上设置有孔压流体出口和围压流体出口，下端盖上分别设置有与孔压控制模块和围压控制模块相连的孔压流体入口和围压流体入口，且在孔压流体出口内设有与沉积物试样胶桶连通的孔压流出管路；所述电阻率测量模块包括组合式多测点电阻率探针以及电阻率监测切换装置，以获得不同条件下样品的电阻率空间分布数据；所述组合式多测点电阻率探针包括电阻率探针、电阻率探针套管和环形电极，所述环形电极等间距设置在电阻率探针上，所述电阻率探针通过孔压流出管路插入到沉积物试样内部。...

【技术特征摘要】
1.CT专用水合物电阻率测量装置，其特征在于，包括射线穿透式夹持器、电阻率测量模块、围压控制模块、温控模块、孔压控制模块、数据采集模块以及设置在射线穿透式夹持器两侧的CT成像系统；所述温控模块、围压控制模块以及孔压控制模块均与射线穿透式夹持器相连；所述数据采集模块分别与电阻率测量模块和CT成像系统相连；所述射线穿透式夹持器包括承压管、密封端盖、卡套螺母，承压管采用PEEK材质，壁厚小于2mm，承压管的内部设有沉积物试样胶桶，沉积物试样胶桶的两端设有模套段塞；承压管的两端外侧壁上设有卡套固定凸起，所述卡套固定凸起与卡套螺母配合，将密封端盖与承压管压紧固定；所述密封端盖包括分别设置在承压管两端的上端盖和下端盖，所述上端盖上设置有孔压流体出口和围压流体出口，下端盖上分别设置有与孔压控制模块和围压控制模块相连的孔压流体入口和围压流体入口，且在孔压流体出口内设有与沉积物试样胶桶连通的孔压流出管路；所述电阻率测量模块包括组合式多测点电阻率探针以及电阻率监测切换装置，以获得不同条件下样品的电阻率空间分布数据；所述组合式多测点电阻率探针包括电阻率探针、电阻率探针套管和环形电极，所述环形电极等间距设置在电阻率探针上，所述电阻率探针通过孔压流出管路插入到沉积物试样内部。2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述围压控制模块包括柱塞泵围压循环系统和背压控制阀，柱塞泵围压循环系统通过背压控制阀与围压流体出口端相连。3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述温控模块包括恒温空气浴控制箱及循环温控系统，循环控温系统与柱塞泵围压循环系统的注入管线连接。4.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述孔压控制模块包括柱塞泵注液系统、钢瓶注气系统和减压控制阀，所述钢瓶注气系统通过减压控制阀与柱塞泵注液系统相连，然后共同连接至孔压流体入口端。5.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述电阻率探针在插入到沉积物试样中的实际有效长度为40mm，所述环形电极包括4个，相邻环形电极之间的距离为10mm。6.根据权利要求5所述的测量装置，其特征在于：所述电阻率探针套管的外径为3mm，采用硬质绝缘材料，电阻探针...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘昌岭，李彦龙，程军，李承峰，刘乐乐，
申请(专利权)人：青岛海洋地质研究所，上海岩间机电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37