一种天然气水合物孔隙率及渗透系数测定装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及了一种天然气水合物孔隙率及渗透系数测定装置，尤其涉及一种天然气水合物分解过程中天然气水合物孔隙率及渗透系数测定装置。其特征在于天然气水合物试样密封于柔性可缩套中，然后将二者一起放置于夹持釜中，夹持釜预留与试验机压力室相通的通道以及传递压力的活塞。该发明包括施压活塞、夹持釜、柔性可缩密封套。本发明可以实时测定天然气水合物分解过程中的孔隙率及渗透系数的变化。
【专利说明】一种天然气水合物孔隙率及渗透系数测定装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及了一种天然气水合物孔隙率及渗透系数测定装置，尤其涉及一种天然 气水合物分解过程中天然气水合物孔隙率及渗透系数测定装置。
【背景技术】
[0002] 天然气水合物是由水和天然气在高压和低温条件下形成的类冰的、非化学计量 的、笼形结晶化合物。天然气水合物是一种洁净的能源，被誉称为21世纪新能源。其中， 甲烷的能源密度(在标准状况下每单位岩石体积中的甲烷体积)很大，是煤和黑色页岩的10 倍，天然气的2. 5倍。
[0003] 天然气水合物在自然界广泛分布在大陆、岛屿的斜坡地带、活动和被动大陆边缘 的隆起处、极地大陆架以及海洋和一些内陆湖的深水环境。天然气水合物的形成条件：低 温，温度一般低于l〇°C;高压，压力一般高于lOMPa;充足的天然气(烃类，以甲烷为主）气体 来源；有利的水合物赋存空间。天然气水合物形成的气体来源主要是：存在于深部的有机 质受热解作用所产生的气体并向上运移；微生物降解沉积物中有机质而产生的气体；火山 作用产生的气体；大气溶解。根据对以上条件的分析和探测，天然气水合物主要分布于高纬 度陆地(冻土带）和海底。据统计，90%海域均含有天然气水合物，分布于各大洋边缘海域 的陆坡、陆隆以及盆地与部分内陆海，在特殊环境中，则可以在海底表面富集。
[0004] 从天然气水合物沉积层中采收天然气会使海底沉积层强度降低，增加海床的不稳 定性，可能引起地质塌陷，海底滑坡等灾害。如何经济高效，安全的开采天然气水合物，同时 又不会引起海底滑坡与沉积层坍塌等地质灾害，需要深入研究水合物沉积物的力学特性， 特别是研究水合物储层在开采过程中及开采后孔隙率及渗透率的变化。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提出一种天然气水合物孔隙率及渗透系数测定装置，操作简单， 能实时、快速、准确的测定天然气水合物分解过程中孔隙率及渗透率的变化，所测得的数据 为以后研究天然气水合物开采后海底的稳定性及海底地质灾害的防治等问题提供基础数 据。
[0006] 本发明提供的一种天然气水合物孔隙率及渗透系数测定装置它包括由夹持釜上 部和夹持釜下部组成的夹持釜、施压活塞、柔性可缩密封套、进气(水）孔、排水(水）孔、 围压孔；所述的夹持釜上部和下部通过密封圈密封连接；所述施压活塞中心位置设有进气 (水）孔12 ;所述夹持釜上部设置有连通柔性密封套和夹持釜的排气(水）孔9;所述夹持釜 底部设置有连通柔性密封套和夹持釜的进气(水）孔6 ;所述夹持釜底部设置有连通柔性密 封套和夹持釜的排气(水）孔7;所述夹持釜底部设置有围压施加孔5;所述围压施加孔、排 气(水）孔7、9均设置有电磁阀控制其开闭。
[0007] 本发明提供的一种天然气水合物孔隙率及渗透系数测定装置具有以下优点：将天 然气水合物三轴试验压力室与天然气水合物反应釜有机的组合在一起，避免了水合物试样 在制作、装样过程中的分解，实现了天然气水合物沉积物样品孔隙率和渗透率实时测量，填 补了国内水合物沉积物孔隙率和渗透率实时测量设备的空白。
【专利附图】
【附图说明】
[0008] 图1是本发明天然气水合物孔隙率及渗透系数测定装置的示意图。
[0009] 图2是本发明天然气水合物孔隙率及渗透系数测定装置的装置试验组装示意图。
[0010] 图中各标记如下：1施压活塞承压板、2夹持釜上部、3密封圈、4夹持釜下部、5围 压施加孔、6下部进气(水）孔、7下部排气(水）孔、8柔性可缩密封套、9上部排气(水）孔、10 活塞、11活塞腔、12上部进气(水）孔、13上部进气(水）嘴、14上部压力砧、15下部进气(水） 嘴、16下部压力砧。
【具体实施方式】
[0011] 下面结合附图对本发明进一步详细说明： 一种天然气水合物孔隙率及渗透系数测定装置具体实施步骤如下： 1) 、制作具有制定孔隙率的天然气水合物试样。将按照一定孔隙率％制作的天然气水 合物丕样套入柔性可缩密封套中（其中丕样的制作方法已在同一发明人的其他专利中详细 提到)，装入夹持釜中；然后将夹持釜放到试验机压力室内，此时应注意将夹持釜上下进气 (水）孔与试验机上下压力砧上的孔对正；密封压力室，连接围压施加孔5电磁阀；坯样的上 下两个端面通具有一定压差的实验气体，同时，通过控制试样局部温度7"使制作好的坯 样中的冰粉刚好完全融化，动态的试样局部温度使试样温度维持在Tf ;待气体在述样中充 分溶解，调节温度和压力，根据实验要求设置此时的实验条件位于相平衡曲线的水合物稳 定存在区域生成水合物，关闭13上部进气(水）嘴和15下部进气(水）嘴，保持温度压力条 件稳定，完成试样的制作； 2) 、通过试样上部排气接口 9和试样下部排水接口 7连接外部排气、排水收集设备； 3) 、连通7、9各通气孔电磁阀； 4) 、选择实验方法模拟水合物开采并采集记录实验数据。
[0012] (a)减压法模拟水合物开采时，根据模拟的天然气水合物储层所处的深度，在夹持 釜上部活塞承压板上施加压力巧（即对试样施加垂直压力石）。保持试样周围的温度不 变，通过改变试样所处的环境的围压来模拟减压法开采水合物，根据实验精度的需要设置 合适的压降梯度，逐级降压，同时保持试样所受的垂直力与不变。调试完成试样所处的温 度压力环境开始模拟减压开采的同时打开7、9两通气孔的电磁阀，记录模拟减压开采过程 中活塞10的位移A#;,假设混合物的初始高度为，受压后的混合物的高度为尽，则
【权利要求】
1. 一种天然气水合物孔隙率及渗透系数测定装置，其特征在于：它包括由夹持釜上部 和夹持釜下部组成的夹持釜、施压活塞、柔性可缩密封套、进气(水）孔、排水(水）孔、围压 孔。
2. 根据权利要求1所述的天然气水合物孔隙率及渗透系数测定装置，其特征在于：所 述的夹持釜上部和下部通过密封圈密封连接。
3. 根据权利要求1或2所述的天然气水合物孔隙率及渗透系数测定装置，其特征在于： 所述施压活塞中心位置设有进气(水）孔12。
4. 根据权利要求1-3所述的天然气水合物孔隙率及渗透系数测定装置，其特征在于： 所述夹持釜上部设置有连通柔性密封套和夹持釜的排气(水）孔9。
5. 根据权利要求1-4所述的天然气水合物孔隙率及渗透系数测定装置，其特征在于： 所述夹持釜底部设置有连通柔性密封套和夹持釜的进气(水）孔6。
6. 根据权利要求1-5所述的天然气水合物孔隙率及渗透系数测定装置，其特征在于： 所述夹持釜底部设置有连通柔性密封套和夹持釜的排气(水）孔7。
7. 根据权利要求1-6所述的天然气水合物孔隙率及渗透系数测定装置，其特征在于： 所述夹持釜底部设置有围压施加孔5。
8. 根据权利要求1-7所述的天然气水合物孔隙率及渗透系数测定装置，其特征在于： 所述围压施加孔、排气(水）孔7、9均设置有电磁阀控制其开闭。
9. 根据权利要求1-8所述的天然气水合物孔隙率及渗透系数测定装置，其特征在于： 所述柔性可缩密封套由超磁导体组件，能调节水合物所处环境的温度。
【文档编号】G01N15/08GK104458527SQ201410611930
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月5日 优先权日:2014年11月5日
【发明者】蒋宇静, 公彬 申请人:山东科技大学