[发明专利]一种水合物沉积物渗透率测试装置

说明书

本发明公开了一种水合物沉积物渗透率测试装置，包括反应釜、与反应釜相连的恒压进气系统、进水系统、出口压力控制系统、围压加载系统、地应力加载系统、数据采集系统、抽真空系统和温控系统；恒压进气系统、进水系统、出口压力控制系统、围压加载系统、地应力加载系统、数据采集系统、抽真空系统和温控系统均与计算机相连。本发明提高了天然气水合物渗透率测试装置的可靠性、耐压性、可观测性及经济性，即更容易操作、更高的设计压力以及可观测实验过程中的变化。

技术领域

本发明涉及一种渗透率测试装置，尤其是一种高压低温三轴条件下的水合物沉积物渗透率测试装置。

背景技术

天然气水合物是一种外形类似于冰的固体化合物，它是由低分子量气体(主要是烃类分子，如甲烷、乙烷等，还有二氧化碳、硫化氢等小分子气体)和水分子在低温高压的条件下所构成的笼状结构的化合物。自然界中主要是由甲烷气体形成的天然气水合物为主，而且因为其外形类似于冰，一般又被成为可燃冰。甲烷水合物主要储藏在海底深水陆坡环境以及陆地永久冻土区。天然气水合物在标准状态下可释放出164～180m³的甲烷气体和0.87m³的水。据保守估计，自然界中天然气水合物的含量21×10m³，这几乎是地球上已知的化石能源的两倍，被认为是21世纪化石能源的理想替代能源。

2007年、2015年和2016年中国地质调查局相继在神狐海域实施3次水合物钻探，在低渗透黏土质粉砂储层中获取了高饱和度扩散型水合物，圈定了10个高品位矿体，水合物层厚度最大达80m，最大饱和度达75％。2017年5月，中国地质调查局在南海神狐海域进行了首次天然气水合物试开采，连续试气点火60天，累计产气30.9万m3，平均日产气5151m3，甲烷含量最高达99.5％。同时，中国海洋石油公司在南海荔湾海域采用“固态流化开采技术”也实现了对深水浅层非成岩天然气水合物的开采。随着试采的不断获得成功，天然气水合物的商业性开采也被列入了主要发达国家的发展规划，如日本、美国等。

然而，天然气水合物开发潜力评价、开采经济性评价、开采安全评价和开采工艺选择等均依赖于对天然气水合物储层地质特征的清晰认识，而储层地质特征主要包括储层温度、压力、饱和度、孔隙度、渗透率等。其中，温度、压力等在钻井等勘探中可获得详细数据，现场渗透率测定较为复杂，且干扰因素较多,难以获取准确有效的渗透率参数，同时关于含水合物地层的渗透率研究还较少。另外，在天然气水合物进行商业开采之前，必须深入而彻底地了解天然气水合物的储层地质特征包括渗透率及渗透率在开采过程中的变化规律，才能对开采过程中水合物储层损害以及对海底结构物的影响进行正确的评价，从而最大限度的降低水合物盲目开采而带来严重后果。

近年来，国内外有很多研究机构都研究了水合物原位生成的技术，并设计制作了水合物沉积物力学性质测试的装置，其中有不少都是测量水合物沉积物渗透率的设备。水合物沉积物的原位渗透率装置的核心部件是反应釜，反应釜可实现沉积物中水合物的合成、剪切和分解。目前的反应釜可实现底部进气或顶部进气，有的还实现了底部和顶部同时进气，但是顶部和底部大多采用耐压软管连接，总体耐压不高，且很容易泄露，稍微操作不当就会使实验前功尽弃，导致目前报道的实验设备设计压力很高，但是很少有高压(大于10MPa)下的实验数据报道。耐压软管连接很容易损坏，设备需经常维修，且装样麻烦，操作需严格按照操作章程，有时还不能单人操作，单人操作很难保证样品垂直安装。少部分反应釜内部端盖和底座间采用金属毛细管连接，毛细管解决了耐压和密封问题，但由于使用了沉积物，很容易造成毛细管堵塞。除此之外，目前报道的设备都是密闭的反应室，无法观测到实验过程中水合物沉积物的变化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水合物沉积物渗透率测试装置，可提高天然气水合物渗透率测试装置的可靠性、耐压性、可观测性及经济性。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：