天然气水合物沉积物多测量单元分析方法及集成系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及天然气水合物开采技术，尤其是一种天然气水合物沉积物多测量单元 分析方法及集成系统。
【背景技术】
[0002] 天然气水合物是一种储量巨大、清洁的非常规能源资源，也是我国的战略能源之 一。天然气水合物沉积物力学特性是水合物开采及其安全性评价的基础参数。国内外各个 天然气水合物研究单位已建立起多套天然气水合物沉积物合成、分解及其力学性质测量的 一体化实验装置和水合物开采实验装置，但还存在以下难题难以突破。（1)样品制备：样品 的均匀性、合成饱和度、气液分布等不能实时在实验装置中测量；（2)测量参数缺乏：在理 论模型建立过程中，缺少必要的实验数据，不能很好地验证模型。因此，非常有必要研制一 套天然气水合物多测量单元集成系统与分析方法。
【发明内容】
[0003] 本发明提供一种天然气水合物多测量单元分析方法及集成系统，用于克服现有技 术中的缺陷，实现样品的实时测量，为建立理论模型提供足够量的数据，为天然气水合物的 开采提供技术支持。
[0004] 本发明提供一种天然气水合物沉积物多测量分析方法，包括以下步骤：
[0005] 步骤1，通过温度与压力联合测量单元测量天然气水合物沉积物样品同一点的温 度T和压力P，根据天然气水合物的相平衡曲线，确定天然气水合物的合成状态；
[0006] 步骤2,由上述天然气水合物的合成状态可获得天然气水合物合成过程中含水量 的变化，通过TDR测量单元根据天然气水合物合成过程中含水量的变化，实时地测量天然 气水合物的合成饱和度；
[0007] 步骤3,根据已知的天然气水合物和骨架自身的弹性模量，通过超声测量单元测量 天然气水合物沉积物样品的波速，获得天然气水合物沉积物的弹性模量，由此可以反演天 然气水合物饱和度；
[0008] 步骤4,根据已知的天然气水合物的电阻和含一定盐度的孔隙水自身的电阻，根 据电阻测量单元测得的天然气水合物沉积物样品的电阻，反演天然气水合物饱和度和孔隙 度。
[0009] 本发明还提供一种天然气水合物沉积物多测量单元集成系统，包括：
[0010] 电阻测量单元，用于测量天然气水合物沉积物样品的电阻；
[0011] 超声测量单元，发射端和接收端分别设置在天然气水合物沉积物样品的上下两 端，用于测量天然气水合物沉积物样品的波速；
[0012] 温度与压力联合测量单元，用于测量天然气水合物沉积物样品同一点的温度和压 力；
[0013] IDR测量单元，根据天然气水合物合成过程中含水量的变化，实时地测量天然气水 合物的合成饱和度；
[0014]模数转换单元，接收上述电阻、声波、温度和压力信号，并将其转换为数字信号；
[0015]数据分析单元，对上述数字信号进行分析和处理，获得天然气水合物沉积物样品 的饱和度、弹性模量、温度、压力、分解程度的数据。
[0016]本发明提供的天然气水合物多测量单元分析方法及集成系统，配置在高压三轴 仪、水合物开采实验装置中，通过时域反射技术CTDR)、温度和压力传感器测量样品制备过 程中水合物的均匀性、饱和度等基本信息，从而保证建立起合适的样品制备技术；实时监测 样品的力、声、电的流通信号，从而获得应力应变、声波、电阻等基本信息。在此基础上，获得 天然气水合物饱和度、应力应变、声波、电阻之间的基本关系，建立一套应用分析方法，实现 样品的实时测量，为建立理论模型提供足够量的数据，为我国天然气水合物钻探测井、开采 及其安全性监测与评价研究提供测量系统和应用分析方法。
【附图说明】
[0017]图1为本发明实施例提供的天然气水合物多测量单元集成系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0018] 如图1所示，本发明实施例提供一种天然气水合物沉积物多测量单元集成系统， 由超声测量单元1、电阻测量单元2、温度与压力联合测量单元3、TDR测量单元4、模数转换 单元5和数据分析单元6组成。其中超声测量单元1、电阻测量单元2、温度与压力联合测 量单元3、TDR测量单元4均为传感器的一种。
[0019] 超声测量单元1的发射端和接收端分别布置在天然气水合物沉积物样品10的上、 下两端，频率小于1MHz;
[0020] 电阻测量单元2布置在超声测量单元1上，电阻测量最大值在10兆欧；电阻测量 单元2的两个端子分别设置在超声测量单元1的两个端子（发射端和接收端）上，且分别 置于天然气水合物沉积物样品10的顶部和底部，两侧的边壁采用电绝缘材料封合，温度与 压力联合测量单元3的两个测量端子分别从边壁一侧20a穿过两电绝缘封合边壁伸入天然 气水合物沉积物样品10的顶部表面和底部表面；TDR测量单元4的两个测量端子分别从边 壁另一侧20b穿过两电绝缘封合边壁伸入天然气水合物沉积物样品10的上部和下部；分别 在两侧的边壁上打孔，保证不锈钢管路和细铜丝的通过。
[0021]温度与压力联合测量单元3由两根不锈钢细管道（直径1mm以下）贯穿超声和电 阻测量单元，进入天然气水合物沉积物样品10顶部和底部表面位置，分别测量其温度和压 力数据；
[0022]TDR测量单元4采用两根细铜丝，直径不超过1mm，分别测量天然气水合物沉积物 样品10上半部分和下半部分的水合物饱和度数据；该系统配置于高压三轴仪和水合物开 采实验装置中；
[0023] 超声测量单元1、电阻测量单元2、温度与压力联合测量单元3以及TDR测量单元 4的输出端均通过引出线与模数转换单元5的输入端连接。
[0024]超声测量单元1测量的声波、电阻测量单元2测量的电阻、温度与压力联合测量单 元3测量的温度、压力信号均为电信号，通过信号放大器，再通过模数转换单元5将上述电 信号转换为数字信号，输送给数据分析单元6,数据分析单元6根据数据分析方法，添加数 据分析单元，最终在计算机上直接输出水合物饱和度、水合物沉积物弹性模量、温度、压力、 分解程度的数据。
[0025] 本发明实施例还提供一种天然气水合物沉积物多测量单元分析方法：
[0026] 温度-压力联合测量单元3可以测量天然气水合物沉积物样品10孔隙中同一点 的温度T和压力P(此压力需要剔除毛细压力Pc)，根据天然气水合物的相平衡曲线，确定天 然气水合物的合成状态，由此可获得天然气水合物合成过程中含水量的变化。
[0027] TDR测量单元4根据天然气水合物合成过程中含水量的变化，实时地测量天然气 水合物的合成饱和度，即
&，其中，PW、MW、ASj别为 水的密度、摩尔质量、饱和度变化值；Ph、Mh、N分别为天然气