本发明专利技术公开了一种气体水合物渗流压裂综合测量装置，包括低温高压反应釜、高压流体推进系统、高压流体收集系统、温控系统、轴压推进系统和数据采集系统；低温高压反应釜内放置有制成具有中空结构且呈圆柱体状的沉积物样品，高压流体推进系统与低温高压反应釜连接并向沉积物样品内部定量注入高压流体，高压流体收集系统与低温高压反应釜相连并用于调控低温高压反应釜内压力和流出气体速率；低温高压反应釜位于温控系统内；轴压推进系统与低温高压反应釜连接并为其内部提供液压推力。本装置采用中空结构的含水合物沉积物作为测试样品，通过向内部注气，外部排气的方式完成渗流和压裂等测试，实现对含水合物沉积物压裂、渗流等过程的原位测量。程的原位测量。程的原位测量。
【技术实现步骤摘要】
一种气体水合物渗流压裂综合测量装置
[0001]本专利技术涉及气体水合物宏观定性和定量表征设备
，尤其涉及一种气体水合物渗流压裂综合测量装置。
技术介绍
[0002]天然气水合物是水与甲烷等小分子气体形成的非化学计量性的笼状晶体物质。广泛分布于浅海大陆架的沉积物层以及高原冻土层中。由于存储于天然气水合物中的碳的含量是其他碳源的两倍，所以从天然气水合物中提取潜在烃越来越受到关注。因此，它也被视为未来重要的清洁能源。
[0003]由于天然气水合物的开采离不开对含水合物沉积物力学性能和流体渗流性能的全面深入研究，然而天然气水合物的稳定赋存需要高压低温环境，同时，沉积物的力学性能受水合物饱和度的影响较大。因此，针对含水合物沉积物的力学和渗流性能测试在常温常压下展开，需要复杂的温度、压力、流体推进系统来支持。当前，含水合物沉积物力学性能和流体渗流性能的测量主要依赖伪三轴力学测量设备，该设备中实心圆柱形的岩心样品置于高压低温反应釜中央，样品侧壁面由橡胶皮套包裹，上端面由连有高压进气孔的端盖覆盖。测量时，通过向高压低温反应釜空腔内注入液态水以模拟围压，通过活塞来模拟样品受到的轴向压力。该装置能够测量出样品的抗压强度和渗透率，但是无法模拟样品受到的压裂作用，存在一定的局限性。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种气体水合物渗流压裂综合测量装置。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案来实现的：一种气体水合物渗流压裂综合测量装置，包括低温高压反应釜、高压流体推进系统、高压流体收集系统、温控系统、轴压推进系统和数据采集系统；所述低温高压反应釜内放置有制成具有中空结构且呈圆柱体状的沉积物样品，所述高压流体推进系统与所述低温高压反应釜连接并向沉积物样品内部定量注入高压流体，所述高压流体收集系统与所述低温高压反应釜相连并用于调控低温高压反应釜内压力和流出气体速率；所述低温高压反应釜位于所述温控系统内；所述轴压推进系统与所述低温高压反应釜连接并为其内部提供液压推力，所述数据采集系统分别与所述低温高压反应釜、高压流体推进系统、高压流体收集系统、温控系统、轴压推进系统分别相连并用于收集各结构的数据。
[0006]所述低温高压反应釜为顶部开口的圆柱形筒状结构，其顶部由端盖密封；所述轴压推进系统包括液压驱动的可上下移动的活塞杆，所述活塞杆安装在所述端盖上，所述活塞杆下端面与沉积物样品上端面直接接触，所述活塞杆内部设有中空的高压流体管路；所述低温高压反应釜壁面设有两个耐高压观察窗，一个观察窗设置有光源，另一个观察窗外部设有镜头对准沉积物样品的照相机；所述沉积物样品的中空结构为圆柱体结构且与所述
沉积物样品同轴，所述沉积物样品的中空结构与所述高压流体管路相连通。活塞杆下端面用于固定或者对沉积物样品施加轴压；高压流体管路，用于向沉积物样品内部注入高压流体。
[0007]所述沉积物样品的中空结构内壁面设有不锈钢防砂网，所述低温高压反应釜底部中央设有用于放置沉积物样品的底座，所述底座中央设有用以固定所述不锈钢防砂网的定位盲孔。
[0008]所述不锈钢防砂网的外径小于所述高压流体管路的内径。当活塞杆下端面持续下压时，不锈钢防砂网可插入活塞内部高压流体管路，防止弯折。
[0009]所述观察窗为采用蓝宝石材质或树脂玻璃材质制成的观察窗。
[0010]所述端盖分别设有排气管路、辅助进气管路和液压缸筒；所述活塞杆包括活塞、活塞杆本体和活塞杆下端面，所述活塞杆本体上端与所述活塞固定，其下端与所述活塞杆下端面固定，所述活塞杆下端面位于所述低温高压反应釜内并与沉积物样品上端面直接接触；所述轴压推进系统还包括高压平流泵、以及与所述液压缸筒连接且用于输入液压而驱动所述活塞上下移动的液压管路，所述高压平流泵与所述液压管路相连；所述高压流体推进系统包括高压气源、三条高压流体推进管线、高压流体储集装置、数控减压阀、高压推进泵、防爆阀、差压传感器和真空泵，所述防爆阀设有若干个，分别设置在三条高压流体推进管线上；三条高压流体推进管线一端与所述高压流体储集装置相连，其另一端分别与所述高压流体管路、排气管路、辅助进气管路相连；所述高压气源分别与高压流体管路、排气管路相连；所述差压传感器、数控减压阀安装在所述高压流体管路与所述高压气源之间的管路上，与所述高压流体储集装置相连的第一管线接入所述数控减压阀与所述高压气源之间的管路上；所述差压传感器的管路一分为二，一路与所述高压流体管路相连，另一路与所述排气管路相连；与所述高压流体储集装置相连的第二管线通过所述高压推进泵后与所述高压流体管路、辅助进气管路分别连接，所述真空泵与所述辅助进气管路相连；与所述高压流体储集装置相连的第三管线与所述排气管路相连；所述高压流体收集系统包括依次相连的背压阀、干燥器和流量计，所述背压阀接入所述差压传感器与所述排气管路之间的管路上。轴压推进系统，用于向活塞杆提供液压推力以及检测活塞轴向位移。
[0011]所述温控系统为低温恒温空气浴。低温恒温空气浴，用于给低温高压反应釜提供恒定的温度环境。
[0012]所述数据采集系统与所述流量计、低温高压反应釜、高压流体储集装置、高压平流泵、高压推进泵、数控减压阀、高压气源、照相机、辅助进气管路分别连接。
[0013]所述高压流体为甲烷、氮气和二氧化碳中的一种以上。
[0014]与现有技术对比，本专利技术的优点在于：
[0015](1)本装置实现在高压低温环境下对含水合物沉积物压裂、渗流等过程的原位测量；
[0016](2)本装置采用中空结构的含水合物沉积物作为测试样品，通过向内部注气，外部排气的方式完成渗流和压裂等测试，规避了传统单侧渗流和压裂测试中沉积物与反应釜避免之间产生的壁面效应，即部分气体从避免与沉积物之间的缝隙中通过而不是从样品内部通过，提高了测量准确性；
[0017](3)本装置提出将空高压流体管路集成在了活塞杆内部，极大的简化了反应釜内
的气路和轴压结构，避免了复杂结构对测量产生的误差。
[0018](4)本装置提出将反应釜壁面对称设置两个耐高压观察窗和照相机可以实时观察渗流和压裂过程中形变，可以与活塞位移和沉积物内外差压一同判别沉积物是否发生蠕变或者压裂。
附图说明
[0019]图1为本专利技术实施例的结构示意图；
[0020]图2为本专利技术实施例低温高压反应釜的结构示意图。
[0021]图中附图标记含义：1、低温高压反应釜；101、高压流体管路；102、液压管路；103、排气管路；104、沉积物样品；105、防砂网；106、底座；107、液压缸筒；108、活塞；109、辅助进气管路；110、端盖；111、活塞杆下端面；112、低温高压反应釜壁面；113、定位盲孔；2、温控系统；3、高压气源；4、高压平流泵；5、高压推进泵；6、差压传感器；7、数控减压阀；8、高压流体储集装置；9、背压阀；10、干燥器；11、流量计；12、数据采集系统；13、真空泵；14、照相机；151、第一管线；152、第二管本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种气体水合物渗流压裂综合测量装置，其特征在于：包括低温高压反应釜、高压流体推进系统、高压流体收集系统、温控系统、轴压推进系统和数据采集系统；所述低温高压反应釜内放置有制成具有中空结构且呈圆柱体状的沉积物样品，所述高压流体推进系统与所述低温高压反应釜连接并向沉积物样品内部定量注入高压流体，所述高压流体收集系统与所述低温高压反应釜相连并用于调控低温高压反应釜内压力和流出气体速率；所述低温高压反应釜位于所述温控系统内；所述轴压推进系统与所述低温高压反应釜连接并为其内部提供液压推力，所述数据采集系统分别与所述低温高压反应釜、高压流体推进系统、高压流体收集系统、温控系统、轴压推进系统分别相连并用于收集各结构的数据。2.根据权利要求1所述的气体水合物渗流压裂综合测量装置，其特征在于：所述低温高压反应釜为顶部开口的圆柱形筒状结构，其顶部由端盖密封；所述轴压推进系统包括液压驱动的可上下移动的活塞杆，所述活塞杆安装在所述端盖上，所述活塞杆下端面与沉积物样品上端面直接接触，所述活塞杆内部设有中空的高压流体管路；所述低温高压反应釜壁面设有两个耐高压观察窗，一个观察窗设置有光源，另一个观察窗外部设有镜头对准沉积物样品的照相机；所述沉积物样品的中空结构为圆柱体结构且与所述沉积物样品同轴，所述沉积物样品的中空结构与所述高压流体管路相连通。3.根据权利要求2所述的气体水合物渗流压裂综合测量装置，其特征在于：所述沉积物样品的中空结构内壁面设有不锈钢防砂网，所述低温高压反应釜底部中央设有用于放置沉积物样品的底座，所述底座中央设有用以固定所述不锈钢防砂网的定位盲孔。4.根据权利要求3所述的气体水合物渗流压裂综合测量装置，其特征在于：所述不锈钢防砂网的外径小于所述高压流体管路的内径。5.根据权利要求2所述的气体水合物渗流压裂综合测量装置，其特征在于：所述观察窗为采用蓝宝石材质或树脂玻璃材质制成的观察窗。6.根据权利要求2所述的气体水合物渗流压裂综合测量装置，其特征在于：所述端盖分别设有排...
【专利技术属性】
技术研发人员：周雪冰，梁德青，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：发明
国别省市：
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