CN102539296A - 水合物沉积物渗流测试的方法及其专用装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水合物沉积物渗流测试的方法及其专用装置。本发明中的装置包括一压力室，所述压力室的一端为进口，另一端为出口，所述进口和出口分别由端头伸进所述压力室内的第一密封盖和第二密封盖密封，所述进口和出口处分别设置有进口管道和出口管道等。利用本发明的装置能同时获得绝对渗透率、相对渗透率、及其与各组分含量等的关系，能够提供不同的围压，最大围压可达30MPa，以模拟实际地层中的压力。可通过精细流量计测量渗透的气体量和孔隙水量。该装置较轻，体积小，便于移动，可以方便地将其放入其他测量装置如CT，色谱仪、光谱仪下进行微观实时观测。

Description

水合物沉积物渗流测试的方法及其专用装置

技术领域

本发明涉及水合物沉积物渗流测试的方法及其专用装置。

背景技术

天然气水合物是在适当高的压力和适当低的温度条件下，由水和天然气组成的类冰的笼形结晶化合物。天然气水合物广泛分布在大陆、海洋和一些内陆湖的深水环境，是一种重要的潜在资源。

随着世界油气可开采量的减少和消耗量的增加，深海水合物开采的迫切性日益显著。美国、日本、加拿大等国开展了大量的相平衡条件、勘探方法等方面的工作，并进行了试采。

油气开采、水合物开采或自然条件变化会导致水合物沉积物地层(简称水合物沉积物)中水合物分解。水合物分解一方面使沉积层中的岩土介质失去胶接，另一方面会改变沉积层的结构，生成的气体又会增大孔隙压力，引起孔隙渗流，甚至压裂，从而使该沉积层的强度降低甚至破坏，引起多种严重的灾害，如由于水合物分解导致的井口周围土体大变形引起的海上或海床中结构物的破坏，如平台倾覆、油气井毁坏等。据文献记载，挪威大陆架边缘由于水合物分解发生的海底滑坡(Storegga滑坡)共滑走2500～3200立方公里沉积物，是目前为止发现的最大的海底滑坡。大量的地质调查和分析表明产生该滑坡的原因是由于当时水温增加，水合物发生了分解。水合物迅速分解将导致大面积滑坡等多种破坏形式，并可能引起海啸。

天然气水合物开采方法的本质就是改变天然气水合物的相平衡条件，促使水合物分解，促使气体渗流溢出，然后收集。

不论是水合物相关的灾害问题，还是水合物开采问题，水合物分解后水、天然气、水蒸气在地层中的渗流过程都是其中的关键参数。

目前世界上对于该问题的研究成果很少，有关水合物沉积物中的渗流数据还很缺乏，而这些参数对于水合物勘探、开采和海底结构灾害分析有重要意义，因此必须首先通过实验获得水合物沉积物的基本渗流参数和规律，为工程设计提供依据。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水合物沉积物渗流测试的装置。

该装置包括一压力室，所述压力室的一端为进口，另一端为出口，所述进口和出口分别由端头伸进所述压力室内的第一密封盖和第二密封盖密封，所述进口和出口处分别设置有进口管道和出口管道，其特征在于：所述装置还包括：

设置在压力室内的用于容纳样品的腔室；所述腔室由橡皮膜构成，所述橡皮膜与所述压力室之间形成围压液容置空间，所述压力室的壁上开设有围压液加载口，所述橡皮膜具有进口和出口，所述橡皮膜的进口与所述第一密封盖的伸进压力室内的端头相连通，所述橡皮膜的出口与所述第二密封盖的伸进压力室内的端头相连通；所述进口管道穿过所述第一密封盖伸进所述橡皮膜内，所述出口管道穿过所述第二密封盖伸进所述橡皮膜内；

针对所述围压液进行做功的围压加载装置；

设置在所述进口管道和出口管道之间的橡皮膜内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与所述橡皮膜之间形成样品容置空间；

设置在所述样品容置空间内的至少一个温度传感器和至少两个压力传感器；

设置在所述进口管道上的第一液体流量计；

以及设置在出口管道上的第二液体流量计。

进一步，上述第一液体流量计可以为能实现液体计量功能的平流泵。

在另一实施例中，上述装置还包括：

设置在所述进口管道上的第一气体流量计；

设置在所述出口管道上的第二气体流量计；

以及用于控制所述压力室内温度的控温装置。

上述第二液体流量计为能实现液体计量功能的气液分离计。

上述第二液体流量计与所述第二密封盖之间的出口管道上设置有回压装置。

上述出口管道的端口处还设置有气体收集装置。

本发明的另一目的在于提供一种利用上述的装置进行水合物沉积物渗流测试的方法。

该方法，包括沉积物的绝对渗透率的测试，所述绝对渗透率的测试包括如下步骤：

1)将沉积物样品从所述压力室的进口填入所述样品容置空间；将所述第一透水石和所述第二透水石组装进所述橡皮膜内；将围压液通过围压液加载口注入所述围压液容置空间；

2)开启所述围压加载装置；

3)将水从进口管道中泵进所述橡皮膜内；

4)采集所述第一液体流量计和所述第二液体流量计的数据，采集所述温度传感器和所述压力传感器的数据；

5)计算所述沉积物的绝对渗透率。

进一步讲，上述方法还包括气体和/或水的相对渗透率的测试，所述气体和/或水的相对渗透率的测试包括如下步骤：

a1)与上述步骤1)相同；

a2)与上述步骤2)相同；

a3)与上述步骤3)相同；

a4)开启所述控温装置，打开出口管道，将天然气从进口管道中泵入所述橡皮膜内；

a5)采集所述第一液体流量计、所述第一气体流量计、所述第二液体流量计和所述第二气体流量计的数据，采集所述温度传感器和所述压力传感器的数据；

a6)计算气体和/或水的相对渗透率。

更进一步讲，上述方法还包括水合物分解过程中各组分的相对渗透率测试，所述水合物分解过程中各组分的相对渗透率测试包括如下步骤：

b1)与上述步骤1)相同；

b2)与上述步骤2)相同；

b3)与上述步骤3)相同；

b4)开启所述控温装置，关闭出口管道，将天然气从进口管道中泵入所述橡皮膜内，通过控温装置和围压加载装置对所述压力室进行降温加压，生成所述水合物；

b5)开通出口管道，分解所述水合物；开启回压装置；采集所述第一液体流量计、所述第一气体流量计、所述第二液体流量计和所述第二气体流量计的数据，采集所述温度传感器和所述压力传感器的数据，在出口管道的压力与进口管道的压力稳定平衡时采集结束；

b6)计算水合物分解过程中各组分的相对渗透率。

本发明中的装置及其方法能同时获得绝对渗透率、相对渗透率、及其与各组分含量等的关系，能够提供不同的围压，最大围压可达30MPa，以模拟实际地层中的压力。可通过精细流量计测量渗透的气体量和孔隙水量。该装置较轻，体积小，便于移动，可以方便地将其放入其他测量装置如CT，色谱仪、光谱仪下进行微观实时观测。

附图说明

图1为实施例1步骤一的装置。

图2为实施例1步骤二的装置。

图3为实施例1步骤三的装置。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。

下述实施例中，如无特殊说明，均为常规方法。

实施例1

一、能测沉积物的绝对渗透率的水合物沉积物渗流测试的装置

如图1所示，本发明的水合物沉积物渗流测试的装置包括一个压力室1，压力室1由不锈钢材质制成，其可承受30MPa的高压，用于固定沉积物试样及提供围压加载液的空间，并提供各种测量设备和气体液体的进出口等。压力室1的具体结构是：压力室1的一端为进口，另一端为出口，进口由部分伸进所述压力室1内的第一密封盖11密封，出口由部分伸进所述压力室1内的第二密封盖12密封。

压力室1内设置一用于容纳样品的橡皮膜2，橡皮膜2与压力室1之间形成围压液容置空间，压力室1的壁上开设有围压液加载口13，压力室1外设置有针对围压液工作的围压加载装置。围压液可以通过围压加载口13进入围压液容置空间，启动围压加载装置，可以使橡皮膜2内具有一定的围压。橡皮膜2也具有进口和出口，橡皮膜2的进口与第一密封盖11的伸进压力室1内的端头111相连通，所述橡皮膜2的出口与第二密封盖12的伸进压力室1内的端头121相连通。

压力室1的进口和出口分别设置有进口管道31和出口管道32，进口管道31穿过第一密封盖11伸进橡皮膜2内，出口管道32穿过第二密封盖12伸进橡皮膜2内。

橡皮膜2内设置第一透水石41和第二透水石42，第一透水石41和第二透水石42具体位置是位于进口管道31和出口管道32之间的橡皮膜2内，这样第一透水石41和第二透水石42以及所述橡皮膜之间可形成样品容置空间21。透水石用于缓冲气体或液体对样品容置空间中土样的冲击，并防止样品容置空间的土颗粒进入进口管道和出口管道。

为了测定沉积物的绝对渗透率需要温度、压力差和液体流量等参数，所以本发明的水合物沉积物渗流测试的装置还包括设置在样品容置空间21内的至少一个温度传感器、至少两个压力传感器、设置在进口管道31上的第一液体流量计311以及设置在出口管道32上的第二液体流量计321。本实施例中的温度传感器可为5个，分别是211、212、213、214和215，在橡皮膜的轴截面上从橡皮膜的进口至出口均匀分布；本实施例中的压力传感器也为5个，分别是211’、212’、213’、214’和215’，与温度传感器的位置相应，也在橡皮膜的轴截面上从橡皮膜的进口至出口均匀分布。

沉积物的绝对渗透率的测试包括如下步骤：

1)将土样从压力室1的进口填入样品容置空间21；将第一透水石41和第二透水石42组装进橡皮膜2内；将围压液通过围压液加载口13注入上述的围压液容置空间；

2)开启围压加载装置；

3)将水从进口管道31中泵进橡皮膜2内；

4)采集第一液体流量计311和第二液体流量计321的数据，采集5个温度传感器和5个压力传感器的数据；

5)计算所述沉积物的绝对渗透率。

当然，上述第一液体流量计311可以用能实现液体计量功能的平流泵代替，这样平流泵不但可以代替第一液体流量计，还可以省去相应的水泵。

二、能测气体和/或水的相对渗透率的水合物沉积物渗流测试的装置

为了能够测定气体和/或水的相对渗透率，需要在步骤一方法的基础上，往橡皮膜内通气体等。

如图2所示，本发明的水合物沉积物渗流测试的装置在步骤一装置的基础上还包括设置在进口管道31上的第一气体流量计312；设置在出口管道32上的第二气体流量计322；以及用于控制压力室1内温度的控温装置5。

此时的第二液体流量计321用能实现液体计量功能的气液分离计321’代替，气液分离计不但可以使气液分离还可以同时实现液体流量的计量。

为了保护环境，本发明装置的出口管道的端口处设置有气体收集装置33。

用步骤二装置进行气体和/或水的相对渗透率的测试，包括如下步骤：

1)与步骤一的1)相同；

2)与步骤一的2)相同；

3)与步骤一的3)相同；

4)开启控温装置5，打开出口管道32，将天然气从进口管道31中泵入橡皮膜2内；

5)采集第一液体流量计311、第一气体流量计312、气液分离计321’和第二气体流量计322的数据，采集5个温度传感器和5个压力传感器的数据；

6)计算气体和/或水的相对渗透率。

三、能测水合物分解过程中各组分的相对渗透率的水合物沉积物渗流测试的装置

如图3所示，步骤三提供的装置与步骤二的提供的装置的区别在于：在气液分离计321’与第二密封盖12之间的出口管道32上设置有回压装置34，其余完全相同。回压装置34可以使出口管道出来的高压气体恢复至常压。

用步骤三装置进行水合物分解过程中各组分的相对渗透率的测试，包括如下步骤：

1)与步骤一的1)相同；

2)与步骤一的2)相同；

3)与步骤一的3)相同；

4)开启控温装置5，关闭出口管道32，将天然气从进口管道31中泵入橡皮膜2内，通过控温装置5和围压加载装置对压力室1进行降温加压，生成所述水合物；

5)开通出口管道33，分解所述水合物，同时开启回压装置34；采集第一液体流量计311、第一气体流量计312、气液分离计321’和所述第二气体流量计322的数据，采集5个温度传感器和5个压力传感器的数据，在出口管道32的压力与进口管道31的压力稳定平衡时采集结束；

6)计算水合物分解过程中各组分的相对渗透率。

本发明的优越性在于能获得水合物分解过程中各组分含量、相对渗透率和绝对渗透率参数的演化，能够提供不同的围压，最大围压可达30MPa，以模拟实际水合物沉积物地层中的压力。可通过精细流量计测量水合物沉积物合成与分解中的气体量。并且本发明装置重量轻，体积小，便于移动，可以方便地将其放入其他测量装置如CT，色谱仪、光谱仪下进行微观实时观测。

Claims (9)

1.水合物沉积物渗流测试的装置，包括一压力室，所述压力室的一端为进口，另一端为出口，所述进口和出口分别由端头伸进所述压力室内的第一密封盖和第二密封盖密封，所述进口和出口处分别设置有进口管道和出口管道，其特征在于：所述装置还包括：

设置在压力室内的用于容纳样品的腔室；所述腔室由橡皮膜构成，所述橡皮膜与所述压力室之间形成围压液容置空间，所述压力室的壁上开设有围压液加载口，所述橡皮膜具有进口和出口，所述橡皮膜的进口与所述第一密封盖的伸进压力室内的端头相连通，所述橡皮膜的出口与所述第二密封盖的伸进压力室内的端头相连通；所述进口管道穿过所述第一密封盖伸进所述橡皮膜内，所述出口管道穿过所述第二密封盖伸进所述橡皮膜内；

针对所述围压液进行做功的围压加载装置；

设置在所述进口管道和出口管道之间的橡皮膜内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与所述橡皮膜之间形成样品容置空间；

设置在所述样品容置空间内的至少一个温度传感器和至少两个压力传感器；

设置在所述进口管道上的第一液体流量计；

以及设置在出口管道上的第二液体流量计。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述第一液体流量计为能实现液体计量功能的平流泵。

3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述装置还包括：

设置在所述进口管道上的第一气体流量计；

设置在所述出口管道上的第二气体流量计；

以及用于控制所述压力室内温度的控温装置。

4.如权利要求1-3中任一所述的装置，其特征在于：所述第二液体流量计为能实现液体计量功能的气液分离计。

5.如权利要求1-4中任一所述的装置，其特征在于：所述第二液体流量计与所述第二密封盖之间的出口管道上设置有回压装置。

6.如权利要求1-5中任一所述的装置，其特征在于：所述出口管道的端口处设置有气体收集装置。

7.利用权利要求1-6中任一所述的装置进行水合物沉积物渗流测试的方法，包括沉积物的绝对渗透率的测试，所述绝对渗透率的测试包括如下步骤：

1)将沉积物样品从所述压力室的进口填入所述样品容置空间；将所述第一透水石和所述第二透水石组装进所述橡皮膜内；将围压液通过围压液加载口注入所述围压液容置空间；

2)开启所述围压加载装置；

3)将水从进口管道中泵进所述橡皮膜内；

4)采集所述第一液体流量计和所述第二液体流量计的数据，采集所述温度传感器和所述压力传感器的数据；

5)计算所述沉积物的绝对渗透率。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：所述方法还包括气体和/或水的相对渗透率的测试，所述气体和/或水的相对渗透率的测试包括如下步骤：

a1)与权利要求7的步骤1)相同；

a2)与权利要求7的步骤2)相同；

a3)与权利要求7的步骤3)相同；

a4)开启所述控温装置，打开出口管道，将天然气从进口管道中泵入所述橡皮膜内；

a5)采集所述第一液体流量计、所述第一气体流量计、所述第二液体流量计和所述第二气体流量计的数据，采集所述温度传感器和所述压力传感器的数据；

a6)计算气体和/或水的相对渗透率。

9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于：所述方法还包括水合物分解过程中各组分的相对渗透率测试，所述水合物分解过程中各组分的相对渗透率测试包括如下步骤：

b1)与权利要求7的步骤1)相同；

b2)与权利要求7的步骤2)相同；

b3)与权利要求7的步骤3)相同；

b4)开启所述控温装置，关闭出口管道，将天然气从进口管道中泵入所述橡皮膜内，通过控温装置和围压加载装置对所述压力室进行降温加压，生成所述水合物；

b5)开通出口管道，分解所述水合物；开启回压装置；采集所述第一液体流量计、所述第一气体流量计、所述第二液体流量计和所述第二气体流量计的数据，采集所述温度传感器和所述压力传感器的数据，在出口管道的压力与进口管道的压力稳定平衡时采集结束；

b6)计算水合物分解过程中各组分的相对渗透率。

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