三维综合性储层水合物模拟分析装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种三维综合性储层水合物模拟分析装置，包括：用于填充海底水合物储层泥质粉砂多孔介质的矩形模拟腔；用于测量多孔介质在不同模拟实验中数据的参数测量系统；对实验过程进行数据采集、分析和结果输出的数据采集处理单元。本发明专利技术可研究水合物合成和分解过程中温度场的空间分布、饱和度场的空间分布、水合物分解前沿的推进速度、水合物的分解机理等，为水合物的开发方案设计提供理论依据。

【技术实现步骤摘要】
三维综合性储层水合物模拟分析装置
本专利技术涉及地质领域，特别涉及一种能够真实模拟海底水合物储层的三维可视模拟装置。
技术介绍
本世纪以来，全世界都认识到天然气水合物是一种替代常规化石燃料的清洁能源。全球已发现水合物矿藏点超过200处，以目前的能源消费趋势，仅开采15％的水合物就可供全球使用200年之久。但是，其自身形成的稳定温压条件，决定了其开采方式的特殊性，另外其开采过程中对与环境的影响还有待进一步的评估。因此，目前对水合物开采的研究除少数国家和地区进行过单井或单一井组的试开采以外，绝大部分研究还处于实验室物理模拟和数值模拟的阶段。目前为了对这种储量巨大的能源进行开发利用，研究人员提出了很多方法：①注热法：利用注入热水、蒸汽或者热盐水将水合物加热到平衡温度之上分解；②降压法：将水合物藏的压力降低到平衡分解压力以下；③化学剂法：注入化学药剂，比如甲醇或者乙二醇以改变水合物平衡生成条件。目前国内外在实验内研究热力法开采甲烷水合物的研究仅限于一维长岩心夹持器、二维垂直井模拟。然而水合物开发与常规油气无异，同样是一个三维渗流场压力不断降低的过程。为了更加真实有效的了解掌握水合物的合成、分解以及开采过程中不同开发方式、不同开发井组条件下的储层物性、温度、压力、产量变化规律等影响试采的重要敏感参数，需要一个多功能三维水合物开采实验模拟，以在三维尺度上全面研究水合物的产生和分解行为。而现在研制领域缺少一种能够全方位加工该套天然气水合物开发模拟实验装置，以对我国陆域冻土区钻探岩心在室内研究合成、分解天然气水合物机理，以及为掌握陆域水合物试采过程中在不同开发方式、不同开发井组条件下的储层物性、温度、压力、产量变化规律等影响试采的重要敏感参数提供物理模拟方面的支撑。
技术实现思路
特别地，本专利技术提供一种能够真实模拟海底水合物储层的三维可视模拟装置。具体地，本专利技术提供的三维综合性储层水合物模拟分析装置，包括：矩形模拟腔，包括两端开口用于填充海底水合物储层泥质粉砂多孔介质的矩形腔体，分别放置在矩形腔体开口两端且封闭开口端的上盖板和下盖板，以及分别固定上盖板和下盖板的上压板和下压板；其中，上盖板的外径大于矩形腔体的内径且卡在矩形腔体侧边上的台阶凹槽中，下盖板的外径等于矩形腔体的内径且位于矩形腔体内，上压板将上盖板限制在当前位置，下压板在固定过程中对下盖板施加挤压内部多孔介质的挤压力；在下压板和下盖板上均匀分布有多个对应的测量孔，在矩形腔体的两个相对侧边设置有连接外部系统的输入孔和排出实验过程中物质的输出孔；参数测量系统，包括安装在各所述测量孔中以同时测量多孔介质在不同模拟实验中数据的测量组件，包括同时安装在一个测量孔中或分散安装在不同测量孔中测量压力的囊式测压器、测量温度的温度传感器和测量电阻的电极；数据采集处理单元，包括带有数据处理软件的控制系统，在控制实验过程的同时对不同的实验过程实现数据采集、分析和结果输出。在本专利技术的一个实施方式中，所述上盖板上均匀分布有与矩形腔体内连通的安装孔，在安装孔内安装有高压玻璃，在高压玻璃的轴向两端分别设置有固定用夹持件，所述夹持件包括平面的环形圈和由环形圈平面一侧轴向凸出的卡环，卡环的内径与高压玻璃的外径相同，安装孔的孔壁上设置有向圆心凸出的环形台，两个夹持件通过卡环分别套在高压玻璃的轴向两端后利用穿过环形圈上通孔的螺栓与环形台固定；在高压玻璃的外圆周与环形台之间设置有密封用四氟垫圈，在夹持件与所述上盖板之间设置有挤压密封的缓冲垫圈；在所述上盖板与安装孔对应的位置设置有倒圆锥形观察孔。在本专利技术的一个实施方式中，所述上盖板与所述台阶凹槽接触的侧边处安装有密封压条，所述下盖板与所述矩形腔体接触的侧边设置有容纳密封压条的内缩台阶，在所述上压板和所述下压板上分别安装有顶紧密封压条的压紧螺钉。在本专利技术的一个实施方式中，所述上盖板为整块透明的耐高压玻璃板，所述上压板为矩形框或中间带加强杆的矩形框，所述矩形槽以套压方式固定玻璃板的四周。在本专利技术的一个实施方式中，所述下盖板在所述下压板的挤压下对多孔介质施加模拟地层压力的围压，所述下盖板的移动距离为0～20mm。在本专利技术的一个实施方式中，所述矩形腔体的输入孔和输出孔与多孔介质之间设置有隔离泥沙的过滤器，同时输入孔位于腔体内一侧出口的侧面上设置有将输出的液体分散成面输出的导流槽，所述导流槽包括矩形间隔分布在该端面上的环形槽，和连通轴向通孔与各环形槽的径向槽。在本专利技术的一个实施方式中，在所述下盖板内设置有容水的底水腔，底水腔与所述下压板接触的一面上设置有一至四个与所述下压板连通的进水口，与所述矩形空腔内部接触的一面均匀分布设置有多个出水口。在本专利技术的一个实施方式中，所述矩形模拟腔安装在角度调整装置上，所述角度调整装置包括水平对称固定在所述矩形腔体两个相对面外侧上的固定柱，其中一根固定柱的端部通过带有轴承的轴承座安装在一个支撑在地面上的支座内，所述轴承座与所述支座为弧形滑动接触；另一根通过轴承与蜗轮升降机构连接，蜗轮升降机构通过控制固定柱实现矩形腔体实现水平旋转和垂直高度上的升降。在本专利技术的一个实施方式中，所述下盖板上的测量孔为三段内径逐渐缩小的台阶结构且内径最小的一端靠近矩形腔体；所述下压板上的测量孔内径与所述下盖板上测量孔内径最大的相同，所述测量孔的数量为25～30个。在本专利技术的一个实施方式中，所述压力传感器、温度传感器和电极沿所述矩形腔体内的气液流动方向依次分布；一个测量孔中安装一个囊式测压器、一个温度传感器或一个电极，或一个测量孔中同时安装多个囊式测压器、温度传感器和电极。在本专利技术的一个实施方式中，所述参数测量系统还包括固定座，限制片和防脱套，所述固定座密封固定在所述测量孔内且内部设置有中心通道，所述限制片为柔性或金属圆片且设置有多个轴向贯穿插孔，其水平安装在固定座的中心通道内，所述防脱套通过外螺纹拧在中心通道的外部开口端，其前端顶紧所述限制片；所述囊式测压器、温度传感器和电极穿过防脱套和限制片上的插孔后伸入所述矩形腔体内，所述防脱套与所述固定座接触一端的外圆周上设置有密封件，另一端设置有防止信号线缆松动的防转螺栓，所述防转螺栓的径向上设置有通孔，在所述防脱套上设置有对应的限制孔，当防转螺栓转到位后，通过固定螺栓拧入通孔和限制孔避免防转螺栓转动。在本专利技术的一个实施方式中，所述限制片安装在所述下盖板上测量孔的中间台阶结构处，所述限制片安装有多个且各所述限制片相互之间间隔或接触安装。在本专利技术的一个实施方式中，所述囊式测压器包括测压管，套在测压管外部的引压管，位于引压管端部且密封容纳测压管端部的囊式隔离套，向所述引压管内注入防冻液的注入装置；所述引压管的端部外表面设置有多道径向凸环，所述囊式隔离套为一端开口的柔性套，在开口端的内表面设置有与凸环对应的凹环，所述囊式隔离套利用凹环与所述引压管上的凸环卡合后连接在一起，在内部形成容纳防冻液的保护空间。在本专利技术的一个实施方式中，同一所述测量孔处的所述温度传感器至少设置有4个，且分别位于所述下盖板至所述矩形腔体的水平中心剖切线的1/4、2/4、3/4和水平中心剖切线处。在本专利技术的一个实施方式中，在所述矩形腔体内设置有实现稳态热丝测量的稳态测量装置，所述稳态测量装置包括插装在所述矩形腔体内且位于水平中部的铂材热丝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.三维综合性储层水合物模拟分析装置，其特征在于，包括：矩形模拟腔，包括两端开口用于填充海底水合物储层泥质粉砂多孔介质的矩形腔体，分别放置在矩形腔体开口两端且封闭开口端的上盖板和下盖板，以及分别固定上盖板和下盖板的上压板和下压板；其中，上盖板的外径大于矩形腔体的内径且卡在矩形腔体侧边上的台阶凹槽中，下盖板的外径等于矩形腔体的内径且位于矩形腔体内，上压板将上盖板限制在当前位置，下压板在固定过程中对下盖板施加挤压内部多孔介质的挤压力；在下压板和下盖板上均匀分布有多个对应的测量孔，在矩形腔体的两个相对侧边设置有连接外部系统的输入孔和排出实验过程中物质的输出孔；参数测量系统，包括安装在各所述测量孔中以同时测量多孔介质在不同模拟实验中数据的测量组件，包括同时安装在一个测量孔中或分散安装在不同测量孔中测量压力的囊式测压器、测量温度的温度传感器和测量电阻的电极；数据采集处理单元，包括带有数据处理软件的控制系统，在控制实验过程的同时对不同的实验过程实现数据采集、分析和结果输出。

【技术特征摘要】
1.三维综合性储层水合物模拟分析装置，其特征在于，包括：矩形模拟腔，包括两端开口用于填充海底水合物储层泥质粉砂多孔介质的矩形腔体，分别放置在矩形腔体开口两端且封闭开口端的上盖板和下盖板，以及分别固定上盖板和下盖板的上压板和下压板；其中，上盖板的外径大于矩形腔体的内径且卡在矩形腔体侧边上的台阶凹槽中，下盖板的外径等于矩形腔体的内径且位于矩形腔体内，上压板将上盖板限制在当前位置，下压板在固定过程中对下盖板施加挤压内部多孔介质的挤压力；在下压板和下盖板上均匀分布有多个对应的测量孔，在矩形腔体的两个相对侧边设置有连接外部系统的输入孔和排出实验过程中物质的输出孔；参数测量系统，包括安装在各所述测量孔中以同时测量多孔介质在不同模拟实验中数据的测量组件，包括同时安装在一个测量孔中或分散安装在不同测量孔中测量压力的囊式测压器、测量温度的温度传感器和测量电阻的电极；数据采集处理单元，包括带有数据处理软件的控制系统，在控制实验过程的同时对不同的实验过程实现数据采集、分析和结果输出。2.根据权利要求1所述的三维综合性储层水合物模拟分析装置，其特征在于，所述上盖板上均匀分布有与矩形腔体内连通的安装孔，在安装孔内安装有高压玻璃，在高压玻璃的轴向两端分别设置有固定用夹持件，所述夹持件包括平面的环形圈和由环形圈平面一侧轴向凸出的卡环，卡环的内径与高压玻璃的外径相同，安装孔的孔壁上设置有向圆心凸出的环形台，两个夹持件通过卡环分别套在高压玻璃的轴向两端后利用穿过环形圈上通孔的螺栓与环形台固定；在高压玻璃的外圆周与环形台之间设置有密封用四氟垫圈，在夹持件与所述上盖板之间设置有挤压密封的缓冲垫圈；在所述上盖板与安装孔对应的位置设置有倒圆锥形观察孔。3.根据权利要求2所述的三维综合性储层水合物模拟分析装置，其特征在于，所述上盖板与所述台阶凹槽接触的侧边处安装有密封压条，所述下盖板与所述矩形腔体接触的侧边设置有容纳密封压条的内缩台阶，在所述上压板和所述下压板上分别安装有顶紧密封压条的压紧螺钉。4.根据权利要求1所述的三维综合性储层水合物模拟分析装置，其特征在于，所述上盖板为整块透明的耐高压玻璃板，所述上压板为矩形框或中间带加强杆的矩形框，所述矩形槽以套压方式固定玻璃板的四周。5.根据权利要求1所述的三维综合性储层水合物模拟分析装置，其特征在于，所述下盖板在所述下压板的挤压下对多孔介质施加模拟地层压力的围压，所述下盖板的移动距离为0～20mm。6.根据权利要求1所述的三维综合性储层水合物模拟分析装置，其特征在于，所述矩形腔体的输入孔和输出孔与多孔介质之间设置有隔离泥沙的过滤器，同时输入孔位于腔体内一侧出口的侧面上设置有将输出的液体分散成面输出的导流槽，所述导流槽包括矩形间隔分布在该端面上的环形槽，和连通轴向通孔与各环形槽的径向槽。7.根据权利要求1所述的三维综合性储层水合物模拟分析装置，其特征在于，在所述下盖板内设置有容水的底水腔，底水腔与所述下压板接触的一面上设置有一至四个与所述下压板连通的进水口，与所述矩形空腔内部接触的一面均匀分布设置有多个出水口。8.根据权利要求1所述的三维综合性储层水合物模拟分析装置，其特征在于，所述矩形模拟腔安装在角度调整装置上，所述角度调整装置包括水平对称固定在所述矩形腔体两个相对面外侧上的固定柱，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶建良，秦绪文，邱海峻，陆程，孙晓晓，耿澜涛，李占钊，马超，贺会策，万庭辉，王偲，张渴为，
申请(专利权)人：广州海洋地质调查局，
类型：发明
国别省市：广东,44