[发明专利]一种原位测量含水合物沉积物的电阻率的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种原位测量水合物或含水合物沉积物的电阻率的装置。

背景技术

气体水合物是一种或多种气体或易挥发的液体与水在一定温度和压力下生成的一种冰状结晶类化合物。地球上存在着大量的天然气水合物资源（主要成分是甲烷气体和水），其主要赋存于海底以下0～1500米的松散沉积物和永冻土带。天然气水合物资源被认为是一种富有前景的新能源。含水合物饱和度是天然气水合物资源估算的一个重要参数。目前，电阻率测井是用来确定水合物赋存位置和估算水合物饱和度的有效方法之一。水合物是一种近乎绝缘体。当水合物在沉积物孔隙中形成时，含水合物的沉积物的电阻率会高于水饱和的沉积物的电阻率。因此，研究含天然气水合物沉积物的电学特性对天然气水合物的储层勘探和储量的估算都具有重要意义。

由于高昂的测井费用，海底天然气水合物的复杂赋存的环境和天然气水合物在常温常压下的不稳定性，模拟研究含天然气水合物海底沉积物的电学特性是一种重要的手段。目前，关于含天然气水合物的海底沉积物的电阻率数据较缺乏。人们一般采用主要采用恒流供电的电极探针法测量二氧化碳或四氢呋喃水合物样品。该测量方法存在以下两方面的不足：一方面，二氧化碳或四氢呋喃水合物的生成条件较简单，但其所形成的水合物样品与自然界的海底天然气水合物的赋存条件和特性有很大的区别。另一方面，由于电极系周围区域水合物的不均匀性，以及溶液在恒流下易产生电极化和电化学反应，因此，得到的测量结果会很不真实。

发明内容

本发明的目的在于克服上述水合物电阻率测量方法的不足，提供一种能够原位测量水合物或含水合物沉积物电阻率的方法和装置，为研究实际的海底天然气水合物沉积物的饱和度研究提供重要参考数据。

为实现以上目的，本发明采取了以下的技术方案：一种原位测量含水合物沉积物的电阻率的装置，包括水合物反应釜、高压气瓶、真空泵，所述水合物反应釜内分别设有温度传感器和压力传感器，水合物反应釜外围设有恒温试验箱；真空泵连接有输入管路，该输入管路上依次设有第一截止阀、第二截止阀，输入管路输入到反应釜内，在该输入管路上还设有对应的真空压力表和进气压力表，所述高压气瓶通过第三截止阀连接在第一截止阀和第二截止阀之间的输入管路上；所述温度传感器和压力传感器另一端分别连接到数据采集仪，所述水合物反应釜的底端分别通过数字交流电桥和信息处理系统连接到数据采集仪。

所述水合物反应釜包括通过螺栓连接的法兰盖和不锈钢釜体，法兰盖上分别开有测压口、测温口、进气口，测压口和测温口分别对应与温度传感器和压力传感器连接；不锈钢釜体内侧设有聚四氟乙烯内衬，聚四氟乙烯内衬上设铜块电极，铜块电极与设在不锈钢釜体底端的电线出口连接，铜块电极之间还设有聚四氟乙烯孔板。

水合物反应釜如图1中所示，它是放置在恒温试验箱内。该反应釜包括上端开口的圆筒状的反应釜主体，设置在反应釜主体开口端的上法兰盖，设置在上法兰盖进气口、测压口和测温口，放置在反应釜体聚四氟乙烯内筒侧面铜块电极。放置在内筒侧面的聚四氟乙烯孔板，气体通过孔板的孔隙扩散到沉积物孔隙中，促进水合物在沉积物中的生成。设置在反应釜主体底部的电极引线出口，该出口处通过两个外壳夹夹住外接导线与交流电桥相连接。电阻率的测量依据为:其中r为水合物或水合物沉积物的电阻率，Ω.m；R为水合物或水合物沉积物的电阻，Ω；l为铜块电极之间的样品的长度，m；A为与样品接触的铜块电极面积，m²。电阻测量的供电方式有恒流源和恒压源。该处采用交流电桥测出铜块电极之间的长方体状的水合物或含水合物沉积物的电阻R。这种电阻率测量方式减少电极极化和电化学反应，不仅提高了电阻率测量的准确性，也实现了对水合物或含水合物沉积物的电阻率原位测量。

测控采集系统由温度，压力，电阻测量系统及数据采集仪和电脑组成，可将采集来的温度，压力，电阻的测量数据进行处理，跟踪反应过程。

本系统的使用方法如下：反应气体由进气系统进入到浸没在控温系统中的反应釜，与釜内的其他反应物在一定的温度和压力下反应生成水合物或含水合物沉积物样品，其中温度条件由控温系统控制，并通过测控采集系统，对反应生成的气体水合物或水合物沉积物的电阻率物性的实时测量。进气前，先将反应液体或沉积物注入反应釜4中，紧固上法兰盖4-1，然后抽真空。将温度调整到所需的温度条件，开始进气，并开启测控采集系统，即可可对样品进行实时，原位测量。因此该过程包括两方面：

1）水合物或水合物在沉积物中的生成反应。本实验装置的温度压力设计可以生成多种类型的气体水合物；