一种模拟底辟活动对水合物成藏影响规律的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种模拟底辟活动对水合物成藏影响规律的装置及方法，包括底辟侵入反应釜以及模拟附件，底辟侵入反应釜用以模拟海底地层所受的上覆地层压力，模拟天然气水合物储层温压条件，制备天然气水合物储层样品并模拟底辟物质侵入，所述模拟附件包括低温控制模块、气体供给模块、液体供给模块、底辟流体制备与供给模块、和有效应力加载模块等；通过过对底辟侵入反应釜和底辟流体制备与供给模块的特殊设计，实现对海底原位条件下水合物的成藏过程的模拟，底辟侵入过程对水合物藏中水合物饱和度空间分布影响的模拟以及底辟侵入边界及其对水合物藏宏观物性的控制规律等的模拟，为定量刻画底辟活动与水合物动态成藏间的关系提供基本的技术手段。

【技术实现步骤摘要】
一种模拟底辟活动对水合物成藏影响规律的装置及方法
本专利技术涉及天然气水合物地质过程室内实验模拟研究领域，具体涉及一种能够模拟海底底辟侵入活动并分析其对天然气水合物动态成藏影响的装置及方法。
技术介绍
海域水合物的聚集和动态演化过程受到区域构造背景和构造活动的控制，断裂、泥底辟、泥火山、气烟囱等对水合物成藏过程均有重要影响。野外实测资料解释结果显示，泥底辟等局部活动构造对水合物成藏的意义主要表现在如下三个方面：①底辟内部发育的厚层泥源层为水合物形成提供气源；②底辟在形成过程中会引起构造侧翼和顶部沉积层的倾斜和破裂，形成深部气源向上运移的良好通道；③泥底辟既可能形成局部高压，促进水合物的形成；又可影响地温场的变化，进而影响水合物成藏的稳定性。然而，目前对底辟活动与天然气水合物在储层中分布规律的上述解释都限于定性评价，缺乏定量刻画。其主要原因是：目前的研究成果均基于现场尺度的地震资料解释，缺乏对底辟侵入过程的精细化定量表征，底辟温压条件对不同地层中水合物的动态聚散过程影响规律没有厘清。特别是缺乏从微细观尺度对底辟活动与水合物动态分布间的关系进行定量识别的技术手段。
技术实现思路
本专利技术为解决现有技术中的缺陷，提出一种模拟底辟活动对海洋天然气水合物成藏影响规律的装置及方法，为定量刻画底辟活动与水合物动态成藏间的关系提供基本的技术手段。本专利技术是采用以下的技术方案实现的：一种模拟底辟活动对水合物成藏影响规律的装置，包括底辟侵入反应釜以及与底辟侵入反应釜连接的模拟附件，所述底辟侵入反应釜用以模拟海底地层所受的上覆地层压力，模拟天然气水合物储层温压条件，制备天然气水合物储层样品并模拟底辟物质侵入，具体的：所述底辟侵入反应釜包括反应釜本体，反应釜本体的上下两端设置有反应釜上端盖和反应釜下端盖，反应釜上端盖上设置有活塞容器，反应釜本体内侧壁上设有电阻率层析成像测量绝缘板，反应釜本体内部不同高度布置数组温度探头组，反应釜本体内部自上而下安装有地层上覆应力加载板、气体分流板和气室，地层上覆应力加载板与活塞容器相连，在活塞容器驱动下，地层上覆应力加载板在反应釜本体内上下移动，反应釜下端盖设置与气室8连通的高压气体入口；反应釜本体的底部设置有底辟流体注入孔，气体分流板上设有与底辟流体注入孔配合的通孔，即底辟流体注入孔穿透反应釜下端盖、气体分流板并与二者密封，；所述模拟附件包括低温控制模块、气体供给模块、液体供给模块、底辟流体制备与供给模块、有效应力加载模块和数控中心模块，底辟流体制备与供给模块通过底辟流体注入孔与底辟侵入反应釜相连，所述低温控制模块用以维持底辟侵入反应釜内部水合物合成所需的温度环境，所述气体供给模块和液体供给模块用以向底辟侵入反应釜和底辟流体制备与供给模块提供制备所述气体和液体，所述有效应力加载模块用以对上覆应力加载板施加相应应力；数控中心模块实现对模拟过程中是参数控制及数据记录。进一步的，所述底辟流体制备与供给模块包括柱塞式高压缸，柱塞式高压缸内部设置有底辟输送盘管、搅拌桨、高压缸内芯和气体注入盘管，柱塞式高压缸外围设置有波尔贴，底辟输送盘管从柱塞式高压缸顶部延伸到高压缸内芯上部，所述气体注入盘管从高压缸内芯下部延伸至柱塞式高压缸底部；所述柱塞式高压缸顶部设置有底辟制备液体入口、放空口以及与底辟输送盘管相连的底辟流体出口，柱塞式高压缸底部安装有高压缸底座，高压缸底座上设置有搅拌桨驱动器、底辟制备气体入口、柱塞推动液体入口；所述底辟制备气体入口与气体供给模块连接，底辟制备液体入口、柱塞推动液体入口与液体供给模块连接，底辟流体出口与底辟流体注入孔连接，搅拌桨驱动器与数控中心模块通讯。进一步的，所述有效应力加载模块包括与活塞容器相连的压力跟踪泵、储液罐以及设置在上浮应力加载版上的位移传感器，储液罐出口与压力跟踪泵入口连接，压力跟踪泵出口与活塞容器的加载柱塞入口连接，实验过程中设定上覆地层施加的有效应力值，压力跟踪泵自动控制，位移传感器用于实时记录上覆应力加载板的纵向位移。进一步的，所述低温控制模块包括低温水浴系统、包裹在反应釜本体外围的水浴腔及包裹在水浴腔外围的保温层，水浴腔与低温水浴系统相连，主要用以给反应釜系统降温。进一步的，所述气体供给模块包括高压甲烷气瓶和气体流量控制器，在水合物合成阶段，气体流量控制器出口与反应釜下端盖上的高压气体入口连接，向气室中注入甲烷，气室甲烷穿透多孔分流板，均匀向上渗入沉积物，并在沉积物中与水反应合成天然气水合物；在底辟侵入模拟阶段，气体流量控制器出口与底辟流体制备与供给模块连接，向底辟流体制备与供给模块注入甲烷，使底辟流体制备与供给模块中的泥水混合物饱和甲烷气体。进一步的，所述气体分流板采用耐压带孔板材和透气不透水的半透膜压制而成，气体分流板的下方与反应釜下端盖内侧壁之间形成的空隙即为气室。进一步的，所述电阻率层析成像测量绝缘板以环状形式嵌入到反应釜本体内侧壁上，每个电阻率层析成像测量绝缘板上等间距安装若干个测量电极。本专利技术另外还提出一种模拟底辟活动对水合物成藏影响规律的方法，包括以下步骤：步骤A：天然气水合物模拟储层制备：(1)安装装置，测量沉积物的孔隙度，按照预设的天然气水合物饱和度将蒸馏水与沉积物混合均匀，然后将沉积物分层压实填装到反应釜本体内部，抽真空并降温；(2)向气室中注入高压甲烷气体，甲烷气体均匀穿透多孔分流板，在沉积物中合成天然气水合物，测试水合物合成过程中沉积物内部的温度变化，并实时获取沉积物内部的水合物分布规律，完成天然气水合物模拟储层样品的制备；步骤B：底辟模拟流体的制备：(1)将模拟所用的泥质沉积物装入柱塞式高压缸，并向柱塞式高压缸中注入盐水，启动搅拌桨搅拌，使盐水和泥质沉积物充分混合；(2)而后向柱塞式高压缸中注入高压甲烷气体，同时进行搅拌，并对柱塞式高压缸内部混合物加热；待柱塞式高压缸内部流体被甲烷饱和、流体温度达到预设的温度值后，转入底辟侵入模拟步骤；步骤C：底辟侵入模拟：(1)调节底辟流体出口压力与天然气水合物模拟储层孔隙压力相等，然后接通底辟流体制备与供给模块和底辟侵入反应釜；(2)以恒定速率向柱塞式高压缸下部注入蒸馏水，驱动高压缸内芯向上运动，底辟模拟流体以恒定速率挤入天然气水合物模拟储层；(3)同步地，记录底辟侵入模拟过程中沉积物内部空间温度数据、位移传感器数据、电阻率层析成像数据和孔隙压力数据，用于分析底辟流体侵入过程中水合物储层的动态响应特征，当底辟模拟流体注入量达到预设值后，停止侵入模拟；步骤D：底辟冷静期水合物再成藏过程模拟：关闭底辟侵入反应釜出入口所有阀门，持续观察底辟侵入后内部沉积物中温度、压力及电阻率层析成像值的变化，记录底辟侵入结束后沉积物的纵向位移变化情况，从而达到模拟底辟冷静期水合物再成藏过程的目的；当监测到的所有数据维持稳定后，则底辟冷静期模拟结束；步骤E：改变天然气水合物模拟储层中沉积物的组份、天然气水合物饱和度、上覆地层应力水平、底辟模拟流体的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟底辟活动对水合物成藏影响规律的装置，包括底辟侵入反应釜以及与底辟侵入反应釜连接的模拟附件，所述模拟附件包括低温控制模块、气体供给模块、液体供给模块、底辟流体制备与供给模块(19)、有效应力加载模块和数控中心模块(21)，底辟流体制备与供给模块(19)与底辟侵入反应釜相连，低温控制模块用以维持底辟侵入反应釜内部水合物合成所需的温度环境，气体供给模块和液体供给模块用以向底辟侵入反应釜和底辟流体制备与供给模块(19)提供制备所需气体和液体，有效应力加载模块用以对底辟侵入反应釜施加相应应力；数控中心模块(21)实现对模拟过程中是参数控制及数据记录，其特征在于：/n所述底辟侵入反应釜包括反应釜本体(1)、反应釜上端盖(2)和反应釜下端盖(3)，反应釜上端盖(2)上设置有活塞容器，反应釜本体(1)内侧壁上设有电阻率层析成像测量绝缘板(4)，反应釜本体(1)内部不同高度布置数组温度探头组(6)；反应釜本体(1)内部自上而下安装有地层上覆应力加载板(5)、气体分流板(7)和气室(8)，所述地层上覆应力加载板(5)与活塞容器相连，反应釜下端盖(3)设置与气室(8)连通的高压气体入口(13)；反应釜本体(1)的底部设置有底辟流体注入孔(9)，气体分流板(7)上设有与底辟流体注入孔(9)配合的通孔；/n所述底辟流体制备与供给模块(19)包括柱塞式高压缸(19-1)，柱塞式高压缸(19-1)内部设置有底辟输送盘管(19-6)、搅拌桨(19-7)、高压缸内芯(19-8)和气体注入盘管(19-9)，底辟输送盘管(19-6)从柱塞式高压缸(19-1)顶部延伸到高压缸内芯(19-8)上部，所述气体注入盘管(19-9)从高压缸内芯(19-8)下部延伸至柱塞式高压缸(19-1)的底部，搅拌桨(19-7)设置在高压缸内芯(19-8)上。/n...

【技术特征摘要】
1.一种模拟底辟活动对水合物成藏影响规律的装置，包括底辟侵入反应釜以及与底辟侵入反应釜连接的模拟附件，所述模拟附件包括低温控制模块、气体供给模块、液体供给模块、底辟流体制备与供给模块(19)、有效应力加载模块和数控中心模块(21)，底辟流体制备与供给模块(19)与底辟侵入反应釜相连，低温控制模块用以维持底辟侵入反应釜内部水合物合成所需的温度环境，气体供给模块和液体供给模块用以向底辟侵入反应釜和底辟流体制备与供给模块(19)提供制备所需气体和液体，有效应力加载模块用以对底辟侵入反应釜施加相应应力；数控中心模块(21)实现对模拟过程中是参数控制及数据记录，其特征在于：
所述底辟侵入反应釜包括反应釜本体(1)、反应釜上端盖(2)和反应釜下端盖(3)，反应釜上端盖(2)上设置有活塞容器，反应釜本体(1)内侧壁上设有电阻率层析成像测量绝缘板(4)，反应釜本体(1)内部不同高度布置数组温度探头组(6)；反应釜本体(1)内部自上而下安装有地层上覆应力加载板(5)、气体分流板(7)和气室(8)，所述地层上覆应力加载板(5)与活塞容器相连，反应釜下端盖(3)设置与气室(8)连通的高压气体入口(13)；反应釜本体(1)的底部设置有底辟流体注入孔(9)，气体分流板(7)上设有与底辟流体注入孔(9)配合的通孔；
所述底辟流体制备与供给模块(19)包括柱塞式高压缸(19-1)，柱塞式高压缸(19-1)内部设置有底辟输送盘管(19-6)、搅拌桨(19-7)、高压缸内芯(19-8)和气体注入盘管(19-9)，底辟输送盘管(19-6)从柱塞式高压缸(19-1)顶部延伸到高压缸内芯(19-8)上部，所述气体注入盘管(19-9)从高压缸内芯(19-8)下部延伸至柱塞式高压缸(19-1)的底部，搅拌桨(19-7)设置在高压缸内芯(19-8)上。


2.根据权利要求1所述的模拟底辟活动对水合物成藏影响规律的装置，其特征在于：所述柱塞式高压缸(19-1)外围设置有波尔贴(19-5)，柱塞式高压缸(19-1)顶部设置有底辟制备液体入口(19-2)、放空口(19-3)以及与底辟输送盘管(19-6)相连的底辟流体出口(19-4)；柱塞式高压缸(19-1)底部安装有高压缸底座(19-10)，高压缸底座(19-10)上设置有与搅拌桨(19-7)相连的搅拌桨驱动器(19-11)、与气体注入盘管(19-9)相连的底辟制备气体入口(19-12)以及柱塞推动液体入口(19-13)；
所述底辟制备气体入口(19-12)与气体供给模块连接，底辟制备液体入口(19-2)、柱塞推动液体入口(19-13)与液体供给模块连接，底辟流体出口(19-4)与底辟流体注入孔(9)连接，搅拌桨驱动器(19-11)与数控中心模块(21)通讯。


3.根据权利要求1所述的模拟底辟活动对水合物成藏影响规律的装置，其特征在于：所述有效应力加载模块包括与活塞容器相连的压力跟踪泵(24)、储液罐(25)以及设置在上浮应力加载版(5)上的位移传感器(11)，储液罐(25)出口与压力跟踪泵(24)入口连接，压力跟踪泵(24)出口与活塞容器的加载柱塞入口连接。


4.根据权利要求1所述的模拟底辟活动对水合物成藏影响规律的装置，其特征在于：所述低温控制模块包括低温水浴系统(14)、包裹在反...

【专利技术属性】
技术研发人员：李彦龙，王宏斌，孙建业，吴能友，李清，陈强，
申请(专利权)人：青岛海洋地质研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37