專利名稱：水合物沉積物滲流測(cè)試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及水合物沉積物滲流測(cè)試裝置。
背景技術(shù)：
天然氣水合物是在適當(dāng)高的壓力和適當(dāng)?shù)偷臏囟葪l件下，由水和天然氣組成的類冰的籠形結(jié)晶化合物。天然氣水合物廣泛分布在大陸、海洋和一些內(nèi)陸湖的深水環(huán)境，是一種重要的潛在資源。隨著世界油氣可開采量的減少和消耗量的增加，深海水合物開采的迫切性日益顯著。美國(guó)、日本、加拿大等國(guó)開展了大量的相平衡條件、勘探方法等方面的工作，并進(jìn)行了試米。油氣開采、水合物開采或自然條件變化會(huì)導(dǎo)致水合物沉積物地層(簡(jiǎn)稱水合物沉積物)中水合物分解。水合物分解一方面使沉積層中的巖土介質(zhì)失去膠接，另一方面會(huì)改變沉積層的結(jié)構(gòu)，生成的氣體又會(huì)增大孔隙壓力，引起孔隙滲流，甚至壓裂，從而使該沉積層的強(qiáng)度降低甚至破壞，引起多種嚴(yán)重的災(zāi)害，如由于水合物分解導(dǎo)致的井口周圍土體大變形引起的海上或海床中結(jié)構(gòu)物的破壞，如平臺(tái)傾覆、油氣井毀壞等。據(jù)文獻(xiàn)記載，挪威大陸架邊緣由于水合物分解發(fā)生的海底滑坡(Moregga滑坡)共滑走2500 3200立方公里沉積物，是目前為止發(fā)現(xiàn)的最大的海底滑坡。大量的地質(zhì)調(diào)查和分析表明產(chǎn)生該滑坡的原因是由于當(dāng)時(shí)水溫增加，水合物發(fā)生了分解。水合物迅速分解將導(dǎo)致大面積滑坡等多種破壞形式，并可能引起海嘯。天然氣水合物開采方法的本質(zhì)就是改變天然氣水合物的相平衡條件，促使水合物分解，促使氣體滲流溢出，然后收集。不論是水合物相關(guān)的災(zāi)害問題，還是水合物開采問題，水合物分解后水、天然氣、 水蒸氣在地層中的滲流過程都是其中的關(guān)鍵參數(shù)。目前世界上對(duì)于該問題的研究成果很少，有關(guān)水合物沉積物中的滲流數(shù)據(jù)還很缺乏，而這些參數(shù)對(duì)于水合物勘探、開采和海底結(jié)構(gòu)災(zāi)害分析有重要意義，因此必須首先通過實(shí)驗(yàn)獲得水合物沉積物的基本滲流參數(shù)和規(guī)律，為工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種水合物沉積物滲流測(cè)試的裝置。該裝置包括一壓力室，所述壓力室的一端為進(jìn)口，另一端為出口，所述進(jìn)口和出口分別由端頭伸進(jìn)所述壓力室內(nèi)的第一密封蓋和第二密封蓋密封，所述進(jìn)口和出口處分別設(shè)置有進(jìn)口管道和出口管道，其特征在于所述裝置還包括設(shè)置在壓力室內(nèi)的用于容納樣品的腔室；所述腔室由橡皮膜構(gòu)成，所述橡皮膜與所述壓力室之間形成圍壓液容置空間，所述壓力室的壁上開設(shè)有圍壓液加載口，所述橡皮膜具有進(jìn)口和出口，所述橡皮膜的進(jìn)口與所述第一密封蓋的伸進(jìn)壓力室內(nèi)的端頭相連通， 所述橡皮膜的出口與所述第二密封蓋的伸進(jìn)壓力室內(nèi)的端頭相連通；所述進(jìn)口管道穿過所述第一密封蓋伸進(jìn)所述橡皮膜內(nèi)，所述出口管道穿過所述第二密封蓋伸進(jìn)所述橡皮膜內(nèi)；針對(duì)所述圍壓液進(jìn)行做功的圍壓加載裝置；設(shè)置在所述進(jìn)口管道和出口管道之間的橡皮膜內(nèi)的第一透水石和第二透水石，所述第一透水石和第二透水石與所述橡皮膜之間形成樣品容置空間；設(shè)置在所述樣品容置空間內(nèi)的至少一個(gè)溫度傳感器和至少兩個(gè)壓力傳感器；設(shè)置在所述進(jìn)口管道上的第一液體流量計(jì)；以及設(shè)置在出口管道上的第二液體流量計(jì)。進(jìn)一步，上述第一液體流量計(jì)可以為能實(shí)現(xiàn)液體計(jì)量功能的平流泵。在另一實(shí)施例中，上述裝置還包括設(shè)置在所述進(jìn)口管道上的第一氣體流量計(jì)；設(shè)置在所述出口管道上的第二氣體流量計(jì)；以及用于控制所述壓力室內(nèi)溫度的控溫裝置。上述第二液體流量計(jì)為能實(shí)現(xiàn)液體計(jì)量功能的氣液分離計(jì)。上述第二液體流量計(jì)與所述第二密封蓋之間的出口管道上設(shè)置有回壓裝置。上述出口管道的端口處還設(shè)置有氣體收集裝置。利用本實(shí)用新型進(jìn)行水合物沉積物滲流測(cè)試的方法可包括沉積物的絕對(duì)滲透率的測(cè)試，所述絕對(duì)滲透率的測(cè)試包括如下步驟1)將沉積物樣品從所述壓力室的進(jìn)口填入所述樣品容置空間；將所述第一透水石和所述第二透水石組裝進(jìn)所述橡皮膜內(nèi)；將圍壓液通過圍壓液加載口注入所述圍壓液容置空間；2)開啟所述圍壓加載裝置；3)將水從進(jìn)口管道中泵進(jìn)所述橡皮膜內(nèi)；4)采集所述第一液體流量計(jì)和所述第二液體流量計(jì)的數(shù)據(jù)，采集所述溫度傳感器和所述壓力傳感器的數(shù)據(jù)；5)計(jì)算所述沉積物的絕對(duì)滲透率。進(jìn)一步講，利用本實(shí)用新型進(jìn)行水合物沉積物滲流測(cè)試的方法還包括氣體和/或水的相對(duì)滲透率的測(cè)試，所述氣體和/或水的相對(duì)滲透率的測(cè)試包括如下步驟al)與上述步驟1)相同；a2)與上述步驟2)相同；a3)與上述步驟3)相同；a4)開啟所述控溫裝置，打開出口管道，將天然氣從進(jìn)口管道中泵入所述橡皮膜內(nèi)；a5)采集所述第一液體流量計(jì)、所述第一氣體流量計(jì)、所述第二液體流量計(jì)和所述第二氣體流量計(jì)的數(shù)據(jù)，采集所述溫度傳感器和所述壓力傳感器的數(shù)據(jù)；a6)計(jì)算氣體和/或水的相對(duì)滲透率。更進(jìn)一步講，利用本實(shí)用新型進(jìn)行水合物沉積物滲流測(cè)試的方法還包括水合物分解過程中各組分的相對(duì)滲透率測(cè)試，所述水合物分解過程中各組分的相對(duì)滲透率測(cè)試包括如下步驟bl)與上述步驟1)相同；[0039]b2)與上述步驟2)相同；b3)與上述步驟3)相同；b4)開啟所述控溫裝置，關(guān)閉出口管道，將天然氣從進(jìn)口管道中泵入所述橡皮膜內(nèi)，通過控溫裝置和圍壓加載裝置對(duì)所述壓力室進(jìn)行降溫加壓，生成所述水合物；b5)開通出口管道，分解所述水合物；開啟回壓裝置；采集所述第一液體流量計(jì)、 所述第一氣體流量計(jì)、所述第二液體流量計(jì)和所述第二氣體流量計(jì)的數(shù)據(jù)，采集所述溫度傳感器和所述壓力傳感器的數(shù)據(jù)，在出口管道的壓力與進(jìn)口管道的壓力穩(wěn)定平衡時(shí)采集結(jié)束；b6)計(jì)算水合物分解過程中各組分的相對(duì)滲透率。本實(shí)用新型中的裝置及其方法能同時(shí)獲得絕對(duì)滲透率、相對(duì)滲透率、及其與各組分含量等的關(guān)系，能夠提供不同的圍壓，最大圍壓可達(dá)30MPa，以模擬實(shí)際地層中的壓力?？赏ㄟ^精細(xì)流量計(jì)測(cè)量滲透的氣體量和孔隙水量。該裝置較輕，體積小，便于移動(dòng)，可以方便地將其放入其他測(cè)量裝置如CT，色譜儀、光譜儀下進(jìn)行微觀實(shí)時(shí)觀測(cè)。

圖1為實(shí)施例1步驟一的裝置。圖2為實(shí)施例1步驟二的裝置。圖3為實(shí)施例1步驟三的裝置。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明，但本實(shí)用新型并不限于以下實(shí)施例。下述實(shí)施例中，如無(wú)特殊說明，均為常規(guī)方法。實(shí)施例1一、能測(cè)沉積物的絕對(duì)滲透率的水合物沉積物滲流測(cè)試的裝置如圖1所示，本實(shí)用新型的水合物沉積物滲流測(cè)試的裝置包括一個(gè)壓力室1，壓力室1由不銹鋼材質(zhì)制成，其可承受30MPa的高壓，用于固定沉積物試樣及提供圍壓加載液的空間，并提供各種測(cè)量設(shè)備和氣體液體的進(jìn)出口等。壓力室1的具體結(jié)構(gòu)是壓力室1的一端為進(jìn)口，另一端為出口，進(jìn)口由部分伸進(jìn)所述壓力室1內(nèi)的第一密封蓋11密封，出口由部分伸進(jìn)所述壓力室1內(nèi)的第二密封蓋12密封。壓力室1內(nèi)設(shè)置一用于容納樣品的橡皮膜2，橡皮膜2與壓力室1之間形成圍壓液容置空間，壓力室1的壁上開設(shè)有圍壓液加載口 13，壓力室1外設(shè)置有針對(duì)圍壓液工作的圍壓加載裝置。圍壓液可以通過圍壓加載口 13進(jìn)入圍壓液容置空間，啟動(dòng)圍壓加載裝置，可以使橡皮膜2內(nèi)具有一定的圍壓。橡皮膜2也具有進(jìn)口和出口，橡皮膜2的進(jìn)口與第一密封蓋11的伸進(jìn)壓力室1內(nèi)的端頭111相連通，所述橡皮膜2的出口與第二密封蓋12的伸進(jìn)壓力室1內(nèi)的端頭121相連通。壓力室1的進(jìn)口和出口分別設(shè)置有進(jìn)口管道31和出口管道32，進(jìn)口管道31穿過第一密封蓋11伸進(jìn)橡皮膜2內(nèi)，出口管道32穿過第二密封蓋12伸進(jìn)橡皮膜2內(nèi)。橡皮膜2內(nèi)設(shè)置第一透水石41和第二透水石42，第一透水石41和第二透水石42具體位置是位于進(jìn)口管道31和出口管道32之間的橡皮膜2內(nèi)，這樣第一透水石41和第二透水石42以及所述橡皮膜之間可形成樣品容置空間21。透水石用于緩沖氣體或液體對(duì)樣品容置空間中土樣的沖擊，并防止樣品容置空間的土顆粒進(jìn)入進(jìn)口管道和出口管道。為了測(cè)定沉積物的絕對(duì)滲透率需要溫度、壓力差和液體流量等參數(shù)，所以本實(shí)用新型的水合物沉積物滲流測(cè)試的裝置還包括設(shè)置在樣品容置空間21內(nèi)的至少一個(gè)溫度傳感器、至少兩個(gè)壓力傳感器、設(shè)置在進(jìn)口管道31上的第一液體流量計(jì)311以及設(shè)置在出口管道32上的第二液體流量計(jì)321。本實(shí)施例中的溫度傳感器可為5個(gè)，分別是211、212、 213、214和215，在橡皮膜的軸截面上從橡皮膜的進(jìn)口至出口均勻分布；本實(shí)施例中的壓力傳感器也為5個(gè)，分別是211’、212’、213’、214’和215’，與溫度傳感器的位置相應(yīng)，也在橡皮膜的軸截面上從橡皮膜的進(jìn)口至出口均勻分布。沉積物的絕對(duì)滲透率的測(cè)試包括如下步驟1)將土樣從壓力室1的進(jìn)口填入樣品容置空間21 ；將第一透水石41和第二透水石42組裝進(jìn)橡皮膜2內(nèi)；將圍壓液通過圍壓液加載口 13注入上述的圍壓液容置空間；2)開啟圍壓加載裝置；3)將水從進(jìn)口管道31中泵進(jìn)橡皮膜2內(nèi)；4)采集第一液體流量計(jì)311和第二液體流量計(jì)321的數(shù)據(jù)，采集5個(gè)溫度傳感器和5個(gè)壓力傳感器的數(shù)據(jù)；5)計(jì)算所述沉積物的絕對(duì)滲透率。當(dāng)然，上述第一液體流量計(jì)311可以用能實(shí)現(xiàn)液體計(jì)量功能的平流泵代替，這樣平流泵不但可以代替第一液體流量計(jì)，還可以省去相應(yīng)的水泵。二、能測(cè)氣體和/或水的相對(duì)滲透率的水合物沉積物滲流測(cè)試的裝置為了能夠測(cè)定氣體和/或水的相對(duì)滲透率，需要在步驟一方法的基礎(chǔ)上，往橡皮膜內(nèi)通氣體等。如圖2所示，本實(shí)用新型的水合物沉積物滲流測(cè)試的裝置在步驟一裝置的基礎(chǔ)上還包括設(shè)置在進(jìn)口管道31上的第一氣體流量計(jì)312 ；設(shè)置在出口管道32上的第二氣體流量計(jì)322 ；以及用于控制壓力室1內(nèi)溫度的控溫裝置5。此時(shí)的第二液體流量計(jì)321用能實(shí)現(xiàn)液體計(jì)量功能的氣液分離計(jì)321’代替，氣液分離計(jì)不但可以使氣液分離還可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)液體流量的計(jì)量。為了保護(hù)環(huán)境，本實(shí)用新型裝置的出口管道的端口處設(shè)置有氣體收集裝置33。用步驟二裝置進(jìn)行氣體和/或水的相對(duì)滲透率的測(cè)試，包括如下步驟1)與步驟一的1)相同；2)與步驟一的2)相同;3)與步驟一的3)相同；4)開啟控溫裝置5，打開出口管道32，將天然氣從進(jìn)口管道31中泵入橡皮膜2內(nèi)；5)采集第一液體流量計(jì)311、第一氣體流量計(jì)312、氣液分離計(jì)321’和第二氣體流量計(jì)322的數(shù)據(jù)，采集5個(gè)溫度傳感器和5個(gè)壓力傳感器的數(shù)據(jù)；6)計(jì)算氣體和/或水的相對(duì)滲透率。三、能測(cè)水合物分解過程中各組分的相對(duì)滲透率的水合物沉積物滲流測(cè)試的裝置如圖3所示，步驟三提供的裝置與步驟二的提供的裝置的區(qū)別在于在氣液分離計(jì)321’與第二密封蓋12之間的出口管道32上設(shè)置有回壓裝置34，其余完全相同。回壓裝置34可以使出口管道出來(lái)的高壓氣體恢復(fù)至常壓。用步驟三裝置進(jìn)行水合物分解過程中各組分的相對(duì)滲透率的測(cè)試，包括如下步驟1)與步驟一的1)相同；2)與步驟一的2)相同；3)與步驟一的3)相同;4)開啟控溫裝置5，關(guān)閉出口管道32，將天然氣從進(jìn)口管道31中泵入橡皮膜2內(nèi)， 通過控溫裝置5和圍壓加載裝置對(duì)壓力室1進(jìn)行降溫加壓，生成所述水合物；5)開通出口管道33，分解所述水合物，同時(shí)開啟回壓裝置34 ；采集第一液體流量計(jì)311、第一氣體流量計(jì)312、氣液分離計(jì)321’和所述第二氣體流量計(jì)322的數(shù)據(jù)，采集5 個(gè)溫度傳感器和5個(gè)壓力傳感器的數(shù)據(jù)，在出口管道32的壓力與進(jìn)口管道31的壓力穩(wěn)定平衡時(shí)采集結(jié)束；6)計(jì)算水合物分解過程中各組分的相對(duì)滲透率。本實(shí)用新型的優(yōu)越性在于能獲得水合物分解過程中各組分含量、相對(duì)滲透率和絕對(duì)滲透率參數(shù)的演化，能夠提供不同的圍壓，最大圍壓可達(dá)30MPa，以模擬實(shí)際水合物沉積物地層中的壓力?？赏ㄟ^精細(xì)流量計(jì)測(cè)量水合物沉積物合成與分解中的氣體量。并且本實(shí)用新型裝置重量輕，體積小，便于移動(dòng)，可以方便地將其放入其他測(cè)量裝置如CT，色譜儀、光譜儀下進(jìn)行微觀實(shí)時(shí)觀測(cè)。
權(quán)利要求1.水合物沉積物滲流測(cè)試的裝置，包括一壓力室，所述壓力室的一端為進(jìn)口，另一端為出口，所述進(jìn)口和出口分別由端頭伸進(jìn)所述壓力室內(nèi)的第一密封蓋和第二密封蓋密封，所述進(jìn)口和出口處分別設(shè)置有進(jìn)口管道和出口管道，其特征在于所述裝置還包括設(shè)置在壓力室內(nèi)的用于容納樣品的腔室；所述腔室由橡皮膜構(gòu)成，所述橡皮膜與所述壓力室之間形成圍壓液容置空間，所述壓力室的壁上開設(shè)有圍壓液加載口，所述橡皮膜具有進(jìn)口和出口，所述橡皮膜的進(jìn)口與所述第一密封蓋的伸進(jìn)壓力室內(nèi)的端頭相連通，所述橡皮膜的出口與所述第二密封蓋的伸進(jìn)壓力室內(nèi)的端頭相連通；所述進(jìn)口管道穿過所述第一密封蓋伸進(jìn)所述橡皮膜內(nèi)，所述出口管道穿過所述第二密封蓋伸進(jìn)所述橡皮膜內(nèi)；針對(duì)所述圍壓液進(jìn)行做功的圍壓加載裝置；設(shè)置在所述進(jìn)口管道和出口管道之間的橡皮膜內(nèi)的第一透水石和第二透水石，所述第一透水石和第二透水石與所述橡皮膜之間形成樣品容置空間；設(shè)置在所述樣品容置空間內(nèi)的至少一個(gè)溫度傳感器和至少兩個(gè)壓力傳感器；設(shè)置在所述進(jìn)口管道上的第一液體流量計(jì)；以及設(shè)置在出口管道上的第二液體流量計(jì)。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述第一液體流量計(jì)為能實(shí)現(xiàn)液體計(jì)量功能的平流泵。
3.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于所述裝置還包括設(shè)置在所述進(jìn)口管道上的第一氣體流量計(jì)；設(shè)置在所述出口管道上的第二氣體流量計(jì)；以及用于控制所述壓力室內(nèi)溫度的控溫裝置。
4.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于所述第二液體流量計(jì)為能實(shí)現(xiàn)液體計(jì)量功能的氣液分離計(jì)。
5.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于所述第二液體流量計(jì)為能實(shí)現(xiàn)液體計(jì)量功能的氣液分離計(jì)。
6.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于所述第二液體流量計(jì)與所述第二密封蓋之間的出口管道上設(shè)置有回壓裝置。
7.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于所述第二液體流量計(jì)與所述第二密封蓋之間的出口管道上設(shè)置有回壓裝置。
8.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于所述出口管道的端口處設(shè)置有氣體收集裝置。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種水合物沉積物滲流測(cè)試裝置。本實(shí)用新型中的裝置包括所述壓力室的一端為進(jìn)口，另一端為出口，所述進(jìn)口和出口分別由端頭伸進(jìn)所述壓力室內(nèi)的第一密封蓋和第二密封蓋密封，所述進(jìn)口和出口處分別設(shè)置有進(jìn)口管道和出口管道等。利用該裝置能同時(shí)獲得絕對(duì)滲透率、相對(duì)滲透率、及其與各組分含量等的關(guān)系，能夠提供不同的圍壓，最大圍壓可達(dá)30MPa，以模擬實(shí)際地層中的壓力。可通過精細(xì)流量計(jì)測(cè)量滲透的氣體量和孔隙水量。該裝置較輕，體積小，便于移動(dòng)，可以方便地將其放入其他測(cè)量裝置如CT，色譜儀、光譜儀下進(jìn)行微觀實(shí)時(shí)觀測(cè)。
文檔編號(hào)G01N13/04GK201984008SQ20102067744
公開日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2010年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月23日
發(fā)明者侯金林, 劉樂樂, 姚海元, 張旭輝, 李新仲, 李清平, 王世圣, 王麗勤, 王淑云, 魯曉兵 申請(qǐng)人:中國(guó)海洋石油總公司, 中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所, 中海石油研究中心