一种应力条件下含甲烷水合物多孔介质渗透率测试装置的制作方法

本实用新型属于实验测试装置，尤其涉及应力条件下含甲烷水合物多孔介质渗透率测试装置。

背景技术：

能源是国家发展、经济增长的动力，当前我国经济仍处于中高速增长阶段，对能源的依赖仍然很大，尤其是石油、煤炭消耗量巨大，与此同时资源紧缺、环境污染问题日益突出。因此，开发利用其它非常规清洁能源成为迫切需要。我国甲烷水合物储量巨大，主要存在于海底沉积层和陆地冻土层，有广阔的开采前景，研究甲烷水合物渗流特性对水合物安全有效开采具有重要意义。

很多学者已经对多孔介质中甲烷水合物的渗流特性作了研究，并取得了一定的研究成果。但是，这些实验装置虽然能够对甲烷水合物多孔介质做出一定研究，但是没有考虑开采过程中沉积层围压和轴压的变化，与实际工程应用有一定差距。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种操作方便的、考虑了应力条件的含甲烷水合物多孔介质渗透率测试装置。通过该装置可以提供合适的温度、气压环境，模拟甲烷水合物的生成过程，同时通过轴压和围压的变化，进一步探究甲烷水合物的饱和度和渗透性的变化规律。

为了上述目的，本实用新型的技术方案是：一种应力条件下含甲烷水合物多孔介质渗透率测试装置，包括甲烷压力供给装置、加载装置、高压反应釜、温控装置、抽真空装置、测试装置组成。

所述甲烷压力供给装置，主要由高压甲烷罐、减压阀、进气压力管路、出气压力管路、压力釜、排气管路、相关阀门开关等组成；其中所述的进气压力管道与出气压力管道与高压甲烷罐相连，所述的排气管路、压力釜布置在出气压力管道中。

所述加载装置包括轴向加压泵、围向加压泵、加载液（-1℃酒精液体）、相关阀门及加载管道；其中所述的轴向加压泵和围向加压泵通过管道一段与高压反应釜相连，另一端与加载液容器相连。

所述高压反应釜包括前压接件、后压接件和钢制圆柱外壳；其中所述的前压接件放置在圆柱外壳前侧，所述的后压接件放置在圆柱外壳后侧，所述的钢制圆柱外壳水平放置，壳体内套设有橡胶筒。

所述温控装置采用恒温制冷箱，高压反应釜放置在恒温制冷箱中。

所述抽真空装置包括真空泵和相关管路阀门，其中真空泵通过管路与进气压力管道相连。

所述测试装置包括压力表、轴压表、围压表、流量计和真空计，测试装置放置在相应的管路中。

本实用新型与现有技术相比所具有的有益效果是：本实用新型将多孔介质（含水的砂土层）填充进压力釜中密封，低温条件下利用压力管路将甲烷气体压入。待甲烷水合物生成后，然后利用加压泵将加载液（-1℃酒精液体）压入压力釜的橡胶套筒中，为甲烷水合物维持低温环境的同时，模拟甲烷水合物的地应力条件。再次压入甲烷气体，进行渗透率测试实验，同时测得甲烷水合物的饱和度，改变轴压围压条件可再次测量甲烷水合物的渗透率。

综上所述，本实用新型可以测量不同地应力、不同饱和度下甲烷水合物的渗透率，与工程实际更为接近，可为甲烷水合物的开采利用提供理论支持，本实用新型操作简单，使用便捷。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图中各编号所代表的技术特征如下。

1-高压甲烷罐；2-减压阀；3-总阀门；4-第一出气阀门；5-压力釜；6-第二出气阀门；7-第一压力表；8-流量计；9-前压接件；10-多孔介质；11-钢制圆柱外壳；12-橡胶筒；13-后压接件；14-进气阀门；15-真空阀；16-真空泵；17-第二压力表；18-轴压表；19-轴向加压泵；20-围压表；21-围向加压泵；22-加压阀；23-加载液（-1℃酒精液体）；24-进气管路；25-出气管路；26-恒温制冷箱；27-真空计；28-排气管路；29-排气阀门。

具体实施方式

结合附图进一步说明本实用新型的实施例。如图1所示，一种含甲烷水合物多孔介质渗透率测试装置主要包括：甲烷压力供给装置、加载装置、高压反应釜、温控装置、抽真空装置、测试装置，本装置中的涉及的用电设备皆通过现有技术进行供电，不再赘述其具体结构和具体供电方式。

所述甲烷压力供给装置，主要由高压甲烷罐1、减压阀2、进气压力管路24、出气压力管道路25、压力釜5、进气阀门14、第一出气阀门4、第二出气阀门6、排气管路28、排气阀门29组成；其中所述的进气压力管路24与出气压力管路25的一端与高压甲烷罐1相连，进气压力管路24另一端通过螺纹与后压接件13相连，并最终将甲烷气体导入高压反应釜中，出气压力管路25另一端与前压接件9相连，所述的压力釜5、排气管路28、排气阀门29布置在出气压力管路25中。

所述加载装置包括轴向加压泵19、围向加压泵21、加载液23（-1℃酒精液体）、加压阀22及相关加载管道；其中所述的轴向加压泵19和围向加压泵21的一端通过管路螺纹与高压反应釜相连，另一端与加载液容器相连。

所述高压反应釜包括前压接件13、后压接件9和钢制圆柱外壳11；其中所述的前压9接件放置在圆柱外壳11前侧，并插入圆柱外壳11空腔中，所述的后压接件13放置在圆柱外壳11后侧，同样插入圆柱外壳11空腔中，所述的钢制圆柱外壳11水平放置，壳体内套设有橡胶筒12。

所述温控装置采用恒温制冷箱26，高压反应釜放置在恒温制冷箱26中，恒温制冷箱26的设置温度为-1℃。

所述抽真空装置包括真空泵16、真空阀15及相关管路，其中真空泵16通过管路与进气压力管路24相连。

所述测试装置包括第一压力表7、第二压力表17、轴压表18、围压表20、流量计8和真空计27，测试装置放置在相应的管路中。

利用上述的一种含甲烷水合物多孔介质渗透率测试装置具体实验过程如下。

步骤一，制备多孔介质，将砂土（或者玻璃砂）与去离子水搅拌均匀，压实填入高压反应釜圆柱外壳11的空腔中，形成水合物沉积层。

步骤二，将前压接件13、后压接件9装入圆柱外壳11，并将进气管路24、出气管路25分别与后压接件9、前压接件13连接好，接通真空泵16的电源开关，并打开真空阀15对实验管路抽真空，当真空计15显示真空度接近0时，关闭真空泵16和真空阀15。

步骤三，打开高压甲烷罐1，减压阀2、总阀门3、进气阀门14、第二出气阀门6，将甲烷气体注入高压反应釜和压力釜5中，当第二压力表17示数至试验设定压力（一般大于3MP）后静置24h。

步骤四，关闭进气阀门14，开启恒温制冷箱26将反应环境温度降至-1℃，并观察第一压力表7，当高压反应釜中压力有较大降低并稳定不变后，此时水合物已经合成，根据反应前后压力变化，利用理想气体状态方程计算生成的水合物初始饱和度。

步骤五，打开进气阀门14，调节进气压力大于高压反应釜中的压力进行渗透率试验，根据第一压力表7，第二压力表17，流量计8示数，计算甲烷水合物的渗透率。

步骤六，打开加压阀22，接通轴向加压泵19、围向加压泵21的电源并启动，将加载液23压入橡胶筒12，根据围压表20、轴压表18示数改变甲烷水合物的应力条件，再根据第一压力表7，第二压力表17，流量计8示数，计算此时甲烷水合物的渗透率。

步骤七，关闭进气阀门14，打开排气阀门29对高压反应釜中水合物进行降压分解，通过第一压力表7的变化值计算水合物饱和度的变化量。

步骤八，重复步骤五、六、七即可获得不同饱和度不同应力条件下水合物沉积层的渗透率。

步骤九，实验结束后，打开排气阀门29排空管路内气体，将围向加压泵21、轴向加压泵19复位并关掉电源开关，关闭实验装置内所有管路阀门，抽出前压接件9和后压接件13，并将高压反应釜内砂土清理干净。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出更动或修饰等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。