專利名稱：水合物沉積物滲流測試的方法及其專用裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及水合物沉積物滲流測試的方法及其專用裝置。
背景技術：
天然氣水合物是在適當高的壓力和適當低的溫度條件下，由水和天然氣組成的類冰的籠形結晶化合物。天然氣水合物廣泛分布在大陸、海洋和一些內陸湖的深水環境，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、日本、加拿大等國開展了大量的相平衡條件、勘探方法等方面的工作，并進行了試米。油氣開采、水合物開采或自然條件變化會導致水合物沉積物地層(簡稱水合物沉積物)中水合物分解。水合物分解一方面使沉積層中的巖土介質失去膠接，另一方面會改變沉積層的結構，生成的氣體又會增大孔隙壓力，引起孔隙滲流，甚至壓裂，從而使該沉積層的強度降低甚至破壞，引起多種嚴重的災害，如由于水合物分解導致的井口周圍土體大變形引起的海上或海床中結構物的破壞，如平臺傾覆、油氣井毀壞等。據文獻記載，挪威大陸架邊緣由于水合物分解發生的海底滑坡(Moregga滑坡)共滑走2500 3200立方公里沉積物，是目前為止發現的最大的海底滑坡。大量的地質調查和分析表明產生該滑坡的原因是由于當時水溫增加，水合物發生了分解。水合物迅速分解將導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。不論是水合物相關的災害問題，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鍵參數。目前世界上對于該問題的研究成果很少，有關水合物沉積物中的滲流數據還很缺乏，而這些參數對于水合物勘探、開采和海底結構災害分析有重要意義，因此必須首先通過實驗獲得水合物沉積物的基本滲流參數和規律，為工程設計提供依據。
發明內容
本發明的目的在于提供一種水合物沉積物滲流測試的裝置。該裝置包括一壓力室，所述壓力室的一端為進口，另一端為出口，所述進口和出口分別由端頭伸進所述壓力室內的第一密封蓋和第二密封蓋密封，所述進口和出口處分別設置有進口管道和出口管道，其特征在于所述裝置還包括設置在壓力室內的用于容納樣品的腔室；所述腔室由橡皮膜構成，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有圍壓液加載口，所述橡皮膜具有進口和出口，所述橡皮膜的進口與所述第一密封蓋的伸進壓力室內的端頭相連通， 所述橡皮膜的出口與所述第二密封蓋的伸進壓力室內的端頭相連通；所述進口管道穿過所述第一密封蓋伸進所述橡皮膜內，所述出口管道穿過所述第二密封蓋伸進所述橡皮膜內；針對所述圍壓液進行做功的圍壓加載裝置；設置在所述進口管道和出口管道之間的橡皮膜內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；設置在所述樣品容置空間內的至少一個溫度傳感器和至少兩個壓力傳感器；設置在所述進口管道上的第一液體流量計；以及設置在出口管道上的第二液體流量計。進一步，上述第一液體流量計可以為能實現液體計量功能的平流泵。在另一實施例中，上述裝置還包括設置在所述進口管道上的第一氣體流量計；設置在所述出口管道上的第二氣體流量計；以及用于控制所述壓力室內溫度的控溫裝置。上述第二液體流量計為能實現液體計量功能的氣液分離計。上述第二液體流量計與所述第二密封蓋之間的出口管道上設置有回壓裝置。上述出口管道的端口處還設置有氣體收集裝置。本發明的另一目的在于提供一種利用上述的裝置進行水合物沉積物滲流測試的方法。該方法，包括沉積物的絕對滲透率的測試，所述絕對滲透率的測試包括如下步驟1)將沉積物樣品從所述壓力室的進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所述橡皮膜內；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)將水從進口管道中泵進所述橡皮膜內；4)采集所述第一液體流量計和所述第二液體流量計的數據，采集所述溫度傳感器和所述壓力傳感器的數據；5)計算所述沉積物的絕對滲透率。進一步講，上述方法還包括氣體和/或水的相對滲透率的測試，所述氣體和/或水的相對滲透率的測試包括如下步驟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，將天然氣從進口管道中泵入所述橡皮膜內；a5)采集所述第一液體流量計、所述第一氣體流量計、所述第二液體流量計和所述第二氣體流量計的數據，采集所述溫度傳感器和所述壓力傳感器的數據；a6)計算氣體和/或水的相對滲透率。更進一步講，上述方法還包括水合物分解過程中各組分的相對滲透率測試，所述水合物分解過程中各組分的相對滲透率測試包括如下步驟
bl)與上述步驟1)相同;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，關閉出口管道，將天然氣從進口管道中泵入所述橡皮膜內，通過控溫裝置和圍壓加載裝置對所述壓力室進行降溫加壓，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、 所述第一氣體流量計、所述第二液體流量計和所述第二氣體流量計的數據，采集所述溫度傳感器和所述壓力傳感器的數據，在出口管道的壓力與進口管道的壓力穩定平衡時采集結束；b6)計算水合物分解過程中各組分的相對滲透率。本發明中的裝置及其方法能同時獲得絕對滲透率、相對滲透率、及其與各組分含量等的關系，能夠提供不同的圍壓，最大圍壓可達30MPa，以模擬實際地層中的壓力。可通過精細流量計測量滲透的氣體量和孔隙水量。該裝置較輕，體積小，便于移動，可以方便地將其放入其他測量裝置如CT，色譜儀、光譜儀下進行微觀實時觀測。
圖1為實施例1步驟一的裝置。圖2為實施例1步驟二的裝置。圖3為實施例1步驟三的裝置。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明作進一步說明，但本發明并不限于以下實施例。下述實施例中，如無特殊說明，均為常規方法。實施例1一、能測沉積物的絕對滲透率的水合物沉積物滲流測試的裝置如圖1所示，本發明的水合物沉積物滲流測試的裝置包括一個壓力室1，壓力室1 由不銹鋼材質制成，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，并提供各種測量設備和氣體液體的進出口等。壓力室1的具體結構是壓力室1的一端為進口，另一端為出口，進口由部分伸進所述壓力室1內的第一密封蓋11密封，出口由部分伸進所述壓力室1內的第二密封蓋12密封。壓力室1內設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的壁上開設有圍壓液加載口 13，壓力室1外設置有針對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進入圍壓液容置空間，啟動圍壓加載裝置，可以使橡皮膜2內具有一定的圍壓。橡皮膜2也具有進口和出口，橡皮膜2的進口與第一密封蓋11的伸進壓力室1內的端頭111相連通，所述橡皮膜2的出口與第二密封蓋12的伸進壓力室1內的端頭121相連通。壓力室1的進口和出口分別設置有進口管道31和出口管道32，進口管道31穿過第一密封蓋11伸進橡皮膜2內，出口管道32穿過第二密封蓋12伸進橡皮膜2內。橡皮膜2內設置第一透水石41和第二透水石42，第一透水石41和第二透水石42
6具體位置是位于進口管道31和出口管道32之間的橡皮膜2內，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入進口管道和出口管道。為了測定沉積物的絕對滲透率需要溫度、壓力差和液體流量等參數，所以本發明的水合物沉積物滲流測試的裝置還包括設置在樣品容置空間21內的至少一個溫度傳感器、至少兩個壓力傳感器、設置在進口管道31上的第一液體流量計311以及設置在出口管道32上的第二液體流量計321。本實施例中的溫度傳感器可為5個，分別是211、212、213、 214和215，在橡皮膜的軸截面上從橡皮膜的進口至出口均勻分布；本實施例中的壓力傳感器也為5個，分別是211’、212’、213’、214’和215’，與溫度傳感器的位置相應，也在橡皮膜的軸截面上從橡皮膜的進口至出口均勻分布。沉積物的絕對滲透率的測試包括如下步驟1)將土樣從壓力室1的進口填入樣品容置空間21 ；將第一透水石41和第二透水石42組裝進橡皮膜2內；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)將水從進口管道31中泵進橡皮膜2內；4)采集第一液體流量計311和第二液體流量計321的數據，采集5個溫度傳感器和5個壓力傳感器的數據；5)計算所述沉積物的絕對滲透率。當然，上述第一液體流量計311可以用能實現液體計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，還可以省去相應的水泵。二、能測氣體和/或水的相對滲透率的水合物沉積物滲流測試的裝置為了能夠測定氣體和/或水的相對滲透率，需要在步驟一方法的基礎上，往橡皮膜內通氣體等。如圖2所示，本發明的水合物沉積物滲流測試的裝置在步驟一裝置的基礎上還包括設置在進口管道31上的第一氣體流量計312 ；設置在出口管道32上的第二氣體流量計 322 ；以及用于控制壓力室1內溫度的控溫裝置5。此時的第二液體流量計321用能實現液體計量功能的氣液分離計321’代替，氣液分離計不但可以使氣液分離還可以同時實現液體流量的計量。為了保護環境，本發明裝置的出口管道的端口處設置有氣體收集裝置33。用步驟二裝置進行氣體和/或水的相對滲透率的測試，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，將天然氣從進口管道31中泵入橡皮膜2內；5)采集第一液體流量計311、第一氣體流量計312、氣液分離計321’和第二氣體流量計322的數據，采集5個溫度傳感器和5個壓力傳感器的數據；6)計算氣體和/或水的相對滲透率。三、能測水合物分解過程中各組分的相對滲透率的水合物沉積物滲流測試的裝置如圖3所示，步驟三提供的裝置與步驟二的提供的裝置的區別在于在氣液分離計321’與第二密封蓋12之間的出口管道32上設置有回壓裝置34，其余完全相同。回壓裝置34可以使出口管道出來的高壓氣體恢復至常壓。用步驟三裝置進行水合物分解過程中各組分的相對滲透率的測試，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，關閉出口管道32，將天然氣從進口管道31中泵入橡皮膜2內， 通過控溫裝置5和圍壓加載裝置對壓力室1進行降溫加壓，生成所述水合物；5)開通出口管道33，分解所述水合物，同時開啟回壓裝置34 ；采集第一液體流量計311、第一氣體流量計312、氣液分離計321’和所述第二氣體流量計322的數據，采集5 個溫度傳感器和5個壓力傳感器的數據，在出口管道32的壓力與進口管道31的壓力穩定平衡時采集結束；6)計算水合物分解過程中各組分的相對滲透率。本發明的優越性在于能獲得水合物分解過程中各組分含量、相對滲透率和絕對滲透率參數的演化，能夠提供不同的圍壓，最大圍壓可達30MPa，以模擬實際水合物沉積物地層中的壓力。可通過精細流量計測量水合物沉積物合成與分解中的氣體量。并且本發明裝置重量輕，體積小，便于移動，可以方便地將其放入其他測量裝置如CT，色譜儀、光譜儀下進行微觀實時觀測。
權利要求
1.水合物沉積物滲流測試的裝置，包括一壓力室，所述壓力室的一端為進口，另一端為出口，所述進口和出口分別由端頭伸進所述壓力室內的第一密封蓋和第二密封蓋密封，所述進口和出口處分別設置有進口管道和出口管道，其特征在于所述裝置還包括設置在壓力室內的用于容納樣品的腔室；所述腔室由橡皮膜構成，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有圍壓液加載口，所述橡皮膜具有進口和出口，所述橡皮膜的進口與所述第一密封蓋的伸進壓力室內的端頭相連通，所述橡皮膜的出口與所述第二密封蓋的伸進壓力室內的端頭相連通；所述進口管道穿過所述第一密封蓋伸進所述橡皮膜內，所述出口管道穿過所述第二密封蓋伸進所述橡皮膜內；針對所述圍壓液進行做功的圍壓加載裝置；設置在所述進口管道和出口管道之間的橡皮膜內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；設置在所述樣品容置空間內的至少一個溫度傳感器和至少兩個壓力傳感器；設置在所述進口管道上的第一液體流量計；以及設置在出口管道上的第二液體流量計。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于所述第一液體流量計為能實現液體計量功能的平流泵。
3.如權利要求1或2所述的裝置，其特征在于所述裝置還包括設置在所述進口管道上的第一氣體流量計；設置在所述出口管道上的第二氣體流量計；以及用于控制所述壓力室內溫度的控溫裝置。
4.如權利要求1-3中任一所述的裝置，其特征在于所述第二液體流量計為能實現液體計量功能的氣液分離計。
5.如權利要求1-4中任一所述的裝置，其特征在于所述第二液體流量計與所述第二密封蓋之間的出口管道上設置有回壓裝置。
6.如權利要求1-5中任一所述的裝置，其特征在于所述出口管道的端口處設置有氣體收集裝置。
7.利用權利要求1-6中任一所述的裝置進行水合物沉積物滲流測試的方法，包括沉積物的絕對滲透率的測試，所述絕對滲透率的測試包括如下步驟1)將沉積物樣品從所述壓力室的進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所述橡皮膜內；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)將水從進口管道中泵進所述橡皮膜內；4)采集所述第一液體流量計和所述第二液體流量計的數據，采集所述溫度傳感器和所述壓力傳感器的數據；5)計算所述沉積物的絕對滲透率。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于所述方法還包括氣體和/或水的相對滲透率的測試，所述氣體和/或水的相對滲透率的測試包括如下步驟al)與權利要求7的步驟1)相同；a2)與權利要求7的步驟2)相同； a3)與權利要求7的步驟3)相同；a4)開啟所述控溫裝置，打開出口管道，將天然氣從進口管道中泵入所述橡皮膜內； a5)采集所述第一液體流量計、所述第一氣體流量計、所述第二液體流量計和所述第二氣體流量計的數據，采集所述溫度傳感器和所述壓力傳感器的數據； a6)計算氣體和/或水的相對滲透率。
9.如權利要求7或8所述的方法，其特征在于所述方法還包括水合物分解過程中各組分的相對滲透率測試，所述水合物分解過程中各組分的相對滲透率測試包括如下步驟 bl)與權利要求7的步驟1)相同； b2)與權利要求7的步驟2)相同； b3)與權利要求7的步驟3)相同；b4)開啟所述控溫裝置，關閉出口管道，將天然氣從進口管道中泵入所述橡皮膜內，通過控溫裝置和圍壓加載裝置對所述壓力室進行降溫加壓，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、所述第一氣體流量計、所述第二液體流量計和所述第二氣體流量計的數據，采集所述溫度傳感器和所述壓力傳感器的數據，在出口管道的壓力與進口管道的壓力穩定平衡時采集結束； b6)計算水合物分解過程中各組分的相對滲透率。
全文摘要
本發明公開了一種水合物沉積物滲流測試的方法及其專用裝置。本發明中的裝置包括一壓力室，所述壓力室的一端為進口，另一端為出口，所述進口和出口分別由端頭伸進所述壓力室內的第一密封蓋和第二密封蓋密封，所述進口和出口處分別設置有進口管道和出口管道等。利用本發明的裝置能同時獲得絕對滲透率、相對滲透率、及其與各組分含量等的關系，能夠提供不同的圍壓，最大圍壓可達30MPa，以模擬實際地層中的壓力。可通過精細流量計測量滲透的氣體量和孔隙水量。該裝置較輕，體積小，便于移動，可以方便地將其放入其他測量裝置如CT，色譜儀、光譜儀下進行微觀實時觀測。
文檔編號G01N15/08GK102539296SQ20101060242
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月23日 優先權日2010年12月23日
發明者侯金林, 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 申請人:中國海洋石油總公司, 中國科學院力學研究所, 中海石油研究中心