[发明专利]联合X-CT技术的水合物沉积物流固体产出测量装置及测量方法

摘要

本发明公开一种联合X‑CT技术的水合物沉积物流固体产出测量装置及测量方法，所述测量装置包括X射线穿透式反应釜、X‑CT扫描分析系统、抽真空系统、温压控制系统、水合物样品制备系统、出砂监测系统以及渗透率测量系统；通过微观尺度多因素耦合作用下的出砂‑渗流系统的整合应用，能够定量描述多因素协同作用下的储层结构和物性时空演化与流固体产出之间的耦合关系，并可根据实验需要选择不同的水合物生成方式，模拟研究自然沉积物中不同水合物赋存状态，可用于研究水合物聚散和有效应力条件下沉积物孔隙结构时空演变特征及其对沉积物流固体产出的影响规律，从而突破水合物开采过程中水合物储层结构和物性演化与流固体产出机制这一理论瓶颈，对于深刻理解我国南海水合物降压开采规律并切实改善其产气效率以及完善降压开采技术体系具有重要的工程意义。

主权项

1.一种联合X‑CT技术的水合物沉积物流固体产出测量装置，其特征在于，包括X射线穿透式反应釜以及与X射线穿透式反应釜相连的X‑CT扫描分析系统、抽真空系统、温压控制系统、水合物样品制备系统、出砂监测系统以及渗透率测量系统，且X‑CT扫描分析系统、温压控制系统、出砂监测系统和渗透率测量系统均与一计算机相连；所述X射线穿透式反应釜用于水合物的合成和分解；X‑CT扫描分析系统用于实时扫描沉积物微观结构；温压控制系统用以模拟水合物储层真实温度和地层应力环境，为水合物生成和分解提供合适的温度与压力；水合物样品制备系统提供水合物生成所需的反应物，所述出砂监测系统用以监测不同应力条件下的出砂量，所述渗透率测量系统为渗流实验提供相应的流体，采集并存储沉积物样品温度、压差和流体流量实验数据，根据达西定律计算渗透率；所述X射线穿透式反应釜设置在X‑CT扫描分析系统内，包括由PEEK材料制作的反应釜外腔体(30)和反应釜内腔体(25)，反应釜内腔体(25)外壁与反应釜外腔体(30)内壁之间密封形成冷却水循环腔室(N)，反应釜外腔体(30)上设置有冷却循环介质入口(29)和冷却循环介质出口(39)，冷却循环介质入口(29)和冷却循环介质出口(39)呈180度对角布置；反应釜内腔体(25)内设有一容纳沉积物样品(1)的样品腔室，沉积物样品(1)的两端分别设置有上透水石(28‑2)和下透水石(28‑1)，样品腔室的一端设置有一活塞柱体(35)，反应釜外腔体(30)与活塞柱体(35)之间通过上法兰盖(34)螺纹锁紧，反应釜外腔体(30)和反应釜内腔体(25)之间通过一下法兰盖(26)螺纹锁紧；所述活塞柱体(35)与反应釜外腔体(30)和反应釜内腔体(25)之间密封连接形成轴压腔室(M)；反应釜内腔体(25)上设置有与样品腔室连通的渗流入口(24)，活塞柱体(35)上设置有与样品腔室连通的渗流出口(37)；样品腔室的两侧还分别设置有烧结板(32)和出砂口(42)，烧结板(32)的上端连接有压力流体接口，所述压力流体接口包括气体接口(31)和液体接口(33)，出砂口(42)处设置有防砂管(41)，所述防砂管(41)外连接有一螺旋堵塞柱体(40)，所述螺旋堵塞柱体(40)轴向垂直于所述反应釜内腔体(25)，在出砂实验结束后用于堵塞出砂口，开展渗流实验，防砂管下端连接出砂监测系统，渗流出口(37)端与一回压控制模块相连，所述回压控制模块包括回压泵和回压阀(15)，回压阀(15)与渗流出口(37)端之间还设置有第三阀门(23‑3)；所述的水合物样品制备系统与X射线穿透式反应釜的渗流入口(24)相连，包括高压气瓶(17)、蒸馏水罐(18)、冷却气水容器(19)、第二平流泵(12‑2)以及设置在冷却气水容器内的磁力搅拌器，高压气瓶(17)与冷却气水容器(19)相连，蒸馏水罐(18)通过第二平流泵(12‑2)与冷却气水容器(19)相连，磁力搅拌器用以促进高压气体溶解于水；冷却气水容器(19)包括气水容器和第一冷却循环机，气水容器设置于第一冷却循环机中；高压气瓶(17)的出口端设置有第二阀门(23‑2)，高压气瓶(17)通过第二阀门(23‑2)分为三路：一路通过第七阀门(23‑7)与气体接口(31)相连，一路通过第五阀门(23‑5)与冷却气水容器(19)相连，另一路通过第九阀门(23‑9)与渗流入口(24)相连；冷却气水容器(19)与渗流入口(24)之间还设置有第三阀门(23‑3)，第二平流泵(12‑2)与蒸馏水罐(18)之间设置有第六阀门(23‑6)；所述渗透率测量系统包括自动压力追踪泵(20)、第一压力表(2‑1)、第二压力表(2‑2)、压差计(4)以及流量计(14)，自动压力追踪泵(20)的一端与冷却气水容器(19)相连，另一端分为两路：一路通过第十阀门(23‑10)与渗流入口(24)相连，另一路通过第八阀门(23‑8)与液体接口(33)相连，第一压力表(2‑1)和第二压力表(2‑1)分别设置在渗流入口(24)端和渗流出口(37)端，压差计(4)用以实时监测沉积物样品(1)两端压差变化；自动压力追踪泵(20)用以实现孔隙流体压力控制，并实现自动追踪；流量计(14)、回压阀(15)和第三阀门(23‑3)设置在渗流出口(37)与冷却气水容器(19)之间，流量计(14)用以对出渗流出口(37)端出液管流出的液体流量进行监测。