一种含水合物多孔介质渗透率动态测量装置和方法与流程

本发明属于海域天然气水合物，尤其涉及一种含水合物多孔介质渗透率动态测量装置和方法。

背景技术：

1、天然气水合物是天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状结晶物质，因其外观像冰，遇火即燃，因此被称为“可燃冰”，多分布于深海或者陆域永久冻土中，且储量巨大，根据现有研究表明，仅在海底区域，可燃冰的分布面积就达4000万平方公里，占地球海洋总面积的1/4，是常规化石能源(石油、煤、天然气)无法相比的，目前广泛认为全球天然气水合物总储量约占现有地球常规化石能源总储量的两倍以上。因此，作为一种清洁、高效、储量巨大的未来最具潜力的资源之一，天然气水合物已经成为当代能源科学研究的一大热点。

2、目前，天然气水合物的开采方法主要有热激发开采法、化学助剂注入开采法、二氧化碳置换开采法、固体开采法和降压开采法。其中，降压开采法不需要连续激发，成本较低，适合大面积开采，是天然气水合物传统开采方法中最有前景、最有效的一种方式。而渗透率在开采过程中是影响产气效率的一个重要的物性参数，也是水合物开采工艺流程优化的基础参数。虽然目前已有多种关于天然气水合物渗透率测试的实验装置，但是在实际测量过程中会由于各种潜在的因素对测量结果产生不良影响，导致测量结果不准确，无法证明该实验装置所测量得到的数据的准确性和可靠性。

3、因此亟需开发一种可以评价渗透率数据可靠性和准确性的含水合物多孔介质渗透率动态测量装置。

技术实现思路

1、本发明提供一种含水合物多孔介质渗透率动态测量装置，该装置包括超声波加载模块和超声波监测模块，可以与出口检测模块测量得到的渗透率进行相互验证，提高渗透率的可靠性和准确性。

2、本发明提供一种含水合物多孔介质渗透率动态测量方法，通过上述含水合物多孔介质渗透率动态测量装置对流体的渗透率进行测量，可以得到具有较高准确性和可靠性的渗透率数据。

3、本发明还提供一种含水合物多孔介质渗透率动态测量方法，通过上述含水合物多孔介质渗透率动态测量装置对流体的渗透率进行测量，针对超低渗透率的样品可以得到更加准确和可靠的渗透率测量结果。

4、本发明提供一种含水合物多孔介质渗透率动态测量装置，包括测量主体模块、超声波加载模块、气体注入模块、浆料注入模块、超声波监测模块以及出口检测模块，其中，所述超声波加载模块用于向所述测量主体模块中的样品的相对两端加载超声波，超声波监测模块用于分别监测所述相对两端的超声波速度；

5、所述测量主体模块的注入口分别和所述气体注入模块、浆料注入模块的输出口连通，所述测量主体模块的出口和所述出口检测模块的入口连通；所述超声波加载模块的超声波加载端通过所述测量主体模块与所述样品电连接，用于对所述样品进行超声处理；所述超声波监测模块的监测端通过所述测量主体模块与所述样品电连接。

6、进一步的，所述测量主体模块包括内部具有容置腔的三轴压力测试件，所述容置腔用于容置所述样品，所述三轴压力测试件包括与所述样品的相对两端分别对应的第一端和第二端；

7、所述超声加载模块包括第一超声输出端和第二超声输出端，所述第一超声输出端与所述第一端连接，所述第二超声输出端和所述第二端连接。

8、进一步的，所述超声波监测模块的监测端包括第一s波监测件和第一p波监测件，第二s波监测件和第二p波监测件；

9、所述第一s波监测件和第一p波监测件与所述第一端连接，所述第二s波监测件和第二p波监测件与所述第二端连接。

10、进一步的，还包括渗透率瞬态测量模块，所述渗透率瞬态测量模块包括上游标准室、下游标准室、压差传感器，所述压差传感器包括第一感应端和第二感应端；

11、所述气体注入模块和所述浆料注入模块的输出口通过所述上游标准室与所述第一端连通，所述下游标准室的入口与所述第二端的流体输出口连通，所述压差传感器的第一感应端与所述上游标准室连接，所述压差传感器的第二感应端与所述下游标准室连接。

12、进一步的，还包括抽真空模块，所述抽真空模块包括第一抽真空端和第二抽真空端；

13、所述第一抽真空端与所述第一端连接，所述第二抽真空端与所述第二端连接。

14、进一步的，还包括数据采集处理模块；

15、所述数据采集处理模块分别与所述测量主体模块、超声波加载模块、气体注入模块、浆料注入模块、超声波监测模块、出口检测模块连接，或，所述数据采集处理模块分别与所述测量主体模块、超声波加载模块、气体注入模块、浆料注入模块、超声波监测模块、出口检测模块和渗透率瞬态测量模块连接，实施传输数据。

16、本发明还提供一种含水合物多孔介质渗透率动态测量方法，通过上述任一项所述的含水合物多孔介质渗透率动态测量装置对流体的渗透率进行测量。

17、进一步的，包括以下步骤：

18、(1)通过所述测量主体模块对所述样品施加三轴应力，直至所述样品承受的三轴应力与目标储层的实际应力水平相同；

19、(2)通过所述气体注入模块和/或所述浆料注入模块，向所述样品中注入流体；

20、(3)通过所述出口检测模块，获取所述流体随时间变化的流量，利用式1，建立所述样品的第一渗透率-时间曲线，

21、

22、其中，k1为所述流体的第一渗透率，μ为所述流体的粘滞系数，l为所述样品的厚度，q为所述流体的流量，a为所述样品的横截面积，δp为所述样品的相对两端压力差；

23、(4)同步利用所述超声波加载模块向所述样品的相对两端加载超声波，并利用超声波监测模块分别监测所述相对两端的超声波速度，通过式2、式3、式4，建立所述样品的第二渗透率-时间曲线，

24、por＝0.1927×ac-35.42     式2

25、k2＝0.0128×e0.3451×por，por≤18％     式3

26、k2＝0.0474×e0.3451×por，por>18％     式4

27、其中，k2为所述流体的第二渗透率，ac为所述超声波监测模块测取的声波波速差，por为所述样品的孔隙率；

28、(5)根据所述第一渗透率-时间曲线获得目标时间下的第一渗透率，根据所述第二渗透率-时间曲线获得目标时间下的第二渗透率；

29、(6)通过式5和式6，对所述目标时间下的第一渗透率和所述目标时间下的第二渗透率进行可靠性验证，

30、

31、

32、其中，k1a为所述目标时间下的第一渗透率，k2a为所述目标时间下的第二渗透率；

33、若r1和r2同时小于等于20％，则所述流体在目标时间下的渗透率为k1a或k2a。

34、进一步的，步骤(2)中，利用所述气体注入模块和所述浆料注入模块，向所述样品中同时注入气体和液体，降温并升压合成含水合物样品，保持温度压力恒定；降低所述测量主体模块的出口处的压力，使所述含水合物样品中的水合物发生分解。

35、本发明还提供一种含水合物多孔介质渗透率动态测量方法，通过上述含水合物多孔介质渗透率动态测量装置对流体的渗透率进行测量，包括以下步骤：

36、(1)通过所述测量主体模块对所述样品施加三轴应力，直至所述样品承受的三轴应力与目标储层的应力水平相同；

37、(2)通过所述气体注入模块和/或所述浆料注入模块，注入流体，使所述流体依次经过所述上游标准室、所述样品到达所述下游标准室，直至所述上游标准室的压力和所述下游标准室的压力与所述样品的孔隙压力相同，关闭所述上游标准室与所述样品之间的流体通道以及所述样品与所述下游标准室之间的流体通道；

38、(3)通过所述气体注入模块和/或所述浆料注入模块，向所述上游标准室注入流体，使得上下游压差为δp，打开所述上游标准室与所述样品之间的流体通道以及所述样品与所述下游标准室之间的流体通道，得到δp随时间变化的衰减数据，进而得到拟合斜率，通过式7，建立所述样品的第三渗透率-时间曲线，

39、

40、其中，k3为所述样品的第三渗透率，a为所述样品的横截面面积，μ为所述流体的粘度，l为所述样品的厚度，β为所述流体的压缩系数，vu为所述上游标准室的容积，vd为所述下游标准室的容积，m1为所述拟合斜率；

41、(4)同步利用所述超声波加载模块向所述测量主体模块中的样品的相对两端加载超声波，并利用超声波监测模块分别监测所述相对两端的超声波速度，通过式8、式9、式10，建立所述样品的第四渗透率-时间曲线，

42、por＝0.1927×ac-35.42     式8

43、k4＝0.0128×e0.3451×por，por≤18％     式9

44、k4＝0.0474×e0.3451×por，por>18％     式10

45、其中，k4为所述流体的第四渗透率，ac为所述超声波监测模块测取的声波波速差，por为所述样品的孔隙率；

46、(5)根据所述第三渗透率-时间曲线获得目标时间下的第三渗透率，根据所述第四渗透率-时间曲线获得目标时间下的第四渗透率；

47、(6)通过式11和式12，对所述目标时间下的第三渗透率和目标时间下的所述第四渗透率进行可靠性验证，

48、

49、

50、其中，k3a为所述目标时间下的第三渗透率，k4a为所述目标时间下的第四渗透率；

51、若r3和r4值同时小于等于20％，则所述流体在目标时间下的渗透率为k3a或k4a。

52、本发明中的含水合物多孔介质渗透率动态测量装置，包括超声波加载模块和超声波监测模块，分别用于向所述测量主体模块中的样品的相对两端加载超声波并监测所述样品的相对两端的超声波速度，测量得出渗透率数据，将该渗透率数据与所述出口检测模块测量得出的渗透率数据进行相互验证，进而提高渗透率测量结果的可靠性和准确性，使测量结果更加精确客观。