CN105571647A - 天然气水合物开采多物理场演化模拟测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天然气水合物开采多物理场演化模拟测试装置，包括反应釜，反应釜设置于温度控制模块内，反应釜分别与液体供给模块、气体供给模块、反压控制模块、围压加载模块和数据测量采集模块相连接。本发明还公开了一种天然气水合物开采多物理场演化模拟测试方法，采用电阻层析成像技术进行沉积物中物质含量特别是水合物饱和度的实时测量，通过围压液的体积变化进行沉积物体积变化的实时测量，结合温度、孔隙压力和流速(产气以及产水速率)实验数据能够实现水合物降压开采时温度场、流场和位移场演化过程的实验模拟工作。

Description

天然气水合物开采多物理场演化模拟测试装置及方法

技术领域

本发明属于非常规油气藏开采工程技术领域，具体涉及一种天然气水合物开采多物理场演化模拟测试装置，本发明还涉及一种天然气水合物开采多物理场演化模拟测试方法。

背景技术

天然气水合物开采受到各国政府、高校和研究机构的高度重视，已经成为非常规油气藏工程的研究热点。我国南海海域蕴含着丰富的水合物资源，海域水合物试开采的实施迫在眉睫，然而在水合物开采机理方面仍然存在一些问题，特别是水合物开采时地层中多物理场演化机理研究仍然不能较好的满足工程实际需求。

水合物开采涉及传热、水合物分解相变、多相渗流和地层变形4个物理过程。传热过程是指温差引起能源转移的过程，水合物开采时引起温差的因素包括高温液体注入和水合物分解吸热；水合物分解相变过程是指固态水合物相变产生天然气和水的过程；多相渗流过程是指气相、液相和固相(水合物和骨架细小颗粒)在多孔介质中的渗流过程，伴随着水合物相变引起气相、液相的增加和地层参数的改变；地层变形过程是指地层有效应力和强度改变引起变形的过程，多相渗流、水合物分解引起的孔隙压力变化和上覆总压力变化均会引起有效应力发生改变，固体水合物饱和度的变化使地层强度发生改变。上述4个物理过程的存在说明了水合物开采本身就是一个储层中多物理场演化的过程，即温度场、流场(孔隙压力、流速和物质含量)和位移场(应力应变)的时空演化过程。固体水合物含量随时间和空间的变化对温度场、流场和位移场的时空演化过程具有重要的影响，具体表现为水合物分解阵面的传播距离反映了地层力学性质削弱范围和水合物分解范围，是水合物开采安全性评价和产气效率评估的关键参数之一，同时也是水合物开采原位监测的重要组成部分。

由于水合物试开采的风险性和技术性均较高，并且需要高额的开支和长期的准备，水合物开采技术研究仍以室内实验为主。多个国家进行了水合物开采模拟实验装置的设计及建造，重点关注水合物开采时温度场、部分流场(孔隙压力和流速)的测量，而对于物质含量特别是固体水合物饱和度的测量较为少见，无法实现水合物分解阵面传播过程的测量，特别是深海松散沉积物中水合物降压分解阵面的传播过程，对于位移场(应变)的关注更是鲜有报道。现有实验装置限制了水合物降压开采多物理场演化机理实验模拟，影响了水合物降压开采的安全性、产能效率以及现场监测等方面工作的顺利开展。

电阻层析成像技术是新一代过程参数在线检测技术，也是一种多学科交叉的高新技术。该技术的物理基础是基于不同的媒质具有不同的电导率，据此判断出敏感场内物体的电导率分布便可推知该场中媒质的分布情况。电阻层析成像技术与传统的过程参数检测方法相比具有诸多优点：能够提供在线连续的二维/三维可视化信息；可以提取大量被测对象的基础参数；多点、界面分布式、非侵入、无放射性测量，不破坏、干扰物理场；结构简单且成本低。从各国研究工作者发表的成果看，电阻层析成像技术有着广泛的工业应用前景，随着研究的深入，已经获得了长足的发展，在过程模型的证实、设备操作状况的在线监测、地质及环境监测、两相管流的监测等方面中，电阻层析成像技术已经取得了许多令人振奋的成果，近年来在沉积物中水合物含量监测方面也取得了一定的成果，逐渐成为国际上水合物研究领域最受关注的无破坏实验测试技术之一。

发明内容

为了克服现有测量装置存在的上述问题，本发明提供了一种基于电阻层析成像技术的天然气水合物降压开采多物理场演化过程模拟测试装置，采用电阻层析成像技术进行沉积物中物质含量特别是水合物饱和度的实时测量，通过围压液的体积变化进行沉积物体积变化的实时测量，结合温度、孔隙压力和流速(产气以及产水速率)实验数据能够实现水合物降压开采时温度场、流场和位移场演化过程的实验模拟工作，还能够结合相关的本构方程以及经验模型综合分析沉积物基础物性参数的演化规律，最终为水合物开采现场监测方案设计及优化等方面提供必要的理论支撑。

本发明的另一目的是提供一种基于电阻层析成像技术的天然气水合物降压开采多物理场演化过程模拟测试方法。

本发明所采用的第一技术方案是，一种天然气水合物开采多物理场演化模拟测试装置，包括反应釜，所述反应釜设置于温度控制模块内，反应釜分别与液体供给模块、气体供给模块、反压控制模块、围压加载模块和数据测量采集模块相连接。

进一步地，反应釜的两端通过左端盖和右端盖用螺纹压套压紧方式密封；反应釜内安装围压胶套，反应釜和围压胶套同轴设置，围压胶套内包裹沉积物样品；反应釜上设置有第一导线引出孔和第二导线引出孔；反应釜上连接有第一安全阀，反应釜和第一安全阀之间设置有截止阀。

进一步地，反应釜由316不锈钢材料制成，反应釜的内部腔体的直径为160mm，长度为1600mm；围压胶套采用氯丁橡胶材质。

进一步地，温度控制模块包括恒温水浴箱和制冷机组，恒温水浴箱内的底部设置有两个支承条，进出口斜对角布置，恒温水浴箱上设置有发泡剂保温层，反应釜设置于恒温水浴箱内，恒温水浴箱的底部连接有制冷机组。

进一步地，液体供给模块包括孔隙水容器、孔隙水注入泵、气液固分离器、可视高压釜、第一减压阀、第二液体流量计；

沉积物样品的一端通过第一管道依次连接有气液固分离器、第一减压阀、孔隙水容器、孔隙水注入泵和第二液体流量计，第二液体流量计通过管道与沉积物样品的另一端相连接；气液固分离器上连接有可视高压釜。

进一步地，气体供给模块包括甲烷供给气瓶、增压泵、空气压缩机、甲烷回收罐、第二减压阀、第三减压阀、第二安全阀、气液分离器、第一气体流量计和第二气体流量计；

气液固分离器通过第二管道依次连接有第二安全阀、气液分离器、第二气体流量计、甲烷回收气瓶、增压泵、第二减压阀、甲烷供给气瓶、第三减压阀、第一气体流量计，第一气体流量计通过第二管道与第一管道相连接，第二管道与第一管道的交点在第二液体流量计与沉积物样品之间；第二安全阀的两端还设置有第三管道，第三管道设置有截止阀；气液分离器还连接有电子天平，气液分离器的两端设置有第四管道，第四管道的两端设置有截止阀，增压泵上还连接有空气压缩机。

进一步地，围压加载模块包括围压液体容器和围压注入泵；反应釜通过第五管道依次连接有截止阀、围压泵、截止阀和围压液体容器。

进一步地，数据测量采集模块包括电阻层析成像仪、压力传感器、温度探头、电极和工控机；

工控机分别通过导线连接有压力传感器、温度探头、第二气体流量计、第一液体流量计和电阻层析成像仪；

压力传感器、温度探头和电极均设置于沉积物样品的轴向上；通过导线与反应釜相连接；压力传感器、温度探头上的导线穿过第一导线引出孔与工控机相连接，电阻层析成像仪与沉积物样品相连接，电阻层析成像仪上的导线穿过第二导线引出孔与沉积物样品相连接。

进一步地，压力传感器、温度探头均设置有5个，相邻的压力传感器之间以及相邻的温度探头之间的间隔为200mm；沉积物样品的轴向上每隔50mm设置有电极，电极分为20层，每层电极由5个探头组成。

本发明所采用的第二技术方案是，一种天然气水合物开采多物理场演化模拟测试方法，采用上述的天然气水合物开采多物理场演化模拟测试装置，包括以下步骤：

步骤1)在围压胶套上安装温度探头与压力传感器以及电阻层析成像电极，连接左端盖，向竖直放置的围压胶套内装填砂土以制备沉积物样品，水平安装于反应釜内，连接右端盖，温度探头与压力传感器的导线从第一导线引出孔中引出，电极导线从第二导线引出孔中引出；

步骤2)开启围压泵，将围压液体容器中的围压液体注入反应釜并施加一定的围压，通过第一液体流量计测量围压液体的体积变化；

步骤3)开启孔隙水注入泵，将孔隙水容器中的孔隙水注入沉积物样品，通过第二液体流量计测量控制注入的孔隙水体积；

步骤4)开启甲烷供给气瓶向沉积物样品中注入甲烷气体，通过第一气体流量计测量控制注入的甲烷气体量；

步骤5)开启制冷机组进行降温，提供水合物合成所需的低温条件；

步骤6)电阻层析成像仪实时测量水合物饱和度变化，并根据水合物饱和度设定值选择补充注入甲烷气体的次数，待水合物饱和度稳定后，水合物成藏模拟阶段结束；

步骤7)设定第一减压阀至一定压力值，气体、孔隙水和少量细颗粒砂土在气液固分离器中进行分离，少量细颗粒砂土在重力作用下进入可视高压反应釜，孔隙水被回收至孔隙水容器，甲烷气体经气液分离器进行再次处理，确保甲烷气体的干燥，然后被回收至甲烷回收气瓶，第二气体流量计测量瞬时产气流量与累积产气量，气体增压泵在空气压缩机的带动下将回收的甲烷气灌入甲烷供给气瓶以备下次实验使用；

步骤8)温度探头与压力传感器测量水合物开采时温度和压力变化，电极和电阻层析成像仪测量水合物开采时水合物饱和度和孔隙水饱和度变化，第一液体流量计测量围压液体的体积变化，工控机实时测量并存储上述实验数据；累积产气量不再增加，温度恢复初始值，实验结束，拆卸并清理测试装置。

本发明的有益效果是：这种天然气水合物降压开采多物理场演化过程模拟测试装置主要由反应釜、温度控制模块、液体供给模块、气体供给模块、反压控制模块、围压加载模块和数据测量采集模块组成，该装置的亮点是电阻层析成像技术的整合应用。反应釜内进行水合物合成与分解，安装有系列的温度探头、压力传感器和电极，是测试装置的核心部件；温度控制模块为水合物降压开采多物理场演化过程模拟测试提供一个精确恒定的温度条件；液体供给模块提供水合物合成所需的孔隙水并回收水合物分解产生的孔隙水；气体供给模块提供水合物合成所需的气体并回收水合物分解产生的气体；反压控制模块为水合物分解提供准确恒定的出口压力；围压加载模块能够模拟实际的水合物地层压力；数据测量采集模块采集并存储水合物饱和度、孔隙水饱和度、温度、压力和样品体积变形等实验数据。

本发明的优点还在于：

1.采用电阻层析成像技术实时测量水合物饱和度与孔隙水饱和度；

2.通过测量反应釜内围压液体的体积变化以实现沉积物样品的体积变化测量；

3.数据测量采集模块能够实现实验数据的实时测量与持续存储，并配备专业的电阻层析成像数据及图像分析软件；

所述的测量装置能够实现水合物降压开采多物理场演化过程的模拟测试，为水合物降压开采时储层温度场、流场(孔隙压力、流速和物质含量)和位移场(应力应变)的时空演化规律研究提供可靠的实验平台。

附图说明

图1是本发明天然气水合物开采多物理场演化模拟测试装置的结构框图；

图2是本发明天然气水合物开采多物理场演化模拟测试装置结构示意图。

图中，1.反应釜，2.恒温水浴箱，3.制冷机组，4.沉积物样品，5.围压泵，6.围压液体容器，7.甲烷供给气瓶，8.增压泵，9.空气压缩机，10.甲烷回收气瓶，11.孔隙水容器，12.孔隙水注入泵，13.气液固分离器，14.可视高压釜，15-1.第一减压阀，15-2.第二减压阀，15-3.第三减压阀，16.气液分离器，17.电子天平，18-1.第一安全阀，18-2.第二安全阀，19-1.第一液体流量计，19-2.第二液体流量计，20-1.第一气体流量计，20-2.第二气体流量计，21.电阻层析成像仪，22.工控机，23.温度探头，24.电极，25.第一导线引出孔，26.第二导线引出孔，27.围压胶套，28-1.左端盖，28-2.右端盖，29.支撑条，30.压力传感器，31.温度控制模块，32.液体供给模块，33.气体供给模块，34.反压控制模块，35.围压加载模块，36.数据测量采集模块，37.截止阀；38-1.第一管道，38-2.第二管道，38-3.第三管道，38-4.第四管道，38-5.第五管道。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明提供一种天然气水合物开采多物理场演化模拟测试装置，如图1所示，包括反应釜1，反应釜1设置于温度控制模块31内，反应釜1分别与液体供给模块32、气体供给模块33、反压控制模块34、围压加载模块35和数据测量采集模块36相连接。

如图2所示，反应釜1的两端通过左端盖28-1和右端盖28-2用螺纹压套压紧方式密封；反应釜1内安装围压胶套27，围压胶套27内包裹沉积物样品4；反应釜1上设置有第一导线引出孔25和第二导线引出孔26；反应釜1上连接有第一安全阀18-1，反应釜1和第一安全阀18-1之间设置有截止阀37。

反应釜1由316不锈钢材料制成，反应釜1的内部腔体的直径为160mm，长度为1600mm；围压胶套27采用氯丁橡胶材质。

温度控制模块31包括恒温水浴箱2和制冷机组3，恒温水浴箱2内的底部设置有两个支承条29，进出口斜对角布置，恒温水浴箱2外表设置有发泡剂保温层，反应釜1设置于恒温水浴箱2内，恒温水浴箱2的底部连接有制冷机组3。

液体供给模块32包括孔隙水容器11、孔隙水注入泵12、气液固分离器13、可视高压釜14、第一减压阀15-1、第二液体流量计19-2；

沉积物样品4的一端通过第一管道38-1依次连接有气液固分离器13、第一减压阀15-1、孔隙水容器11、孔隙水注入泵12和第二液体流量计19-2，第二液体流量计19-2通过管道与沉积物样品4的另一端相连接；气液固分离器13上连接有可视高压釜14；在气液固分离器13、第一减压阀15-1、孔隙水容器11、孔隙水注入泵12、第二液体流量计19-2和沉积物样品4部件中，相邻的部件之间设置有截止阀37，气液固分离器13和可视高压釜14之间设置有截止阀37。

气体供给模块33包括甲烷供给气瓶7、增压泵8、空气压缩机9、甲烷回收罐10、第二减压阀15-2、第三减压阀15-3、第二安全阀18-2、气液分离器16、第一气体流量计20-1和第二气体流量计20-2；

气液固分离器13通过第二管道38-2依次连接有第二安全阀18-2、气液分离器16、第二气体流量计20-2、甲烷回收气瓶10、增压泵8、第二减压阀15-2、甲烷供给气瓶7、第三减压阀15-3、第一气体流量计20-1，第一气体流量计20-1通过第二管道38-2与第一管道38-1相连接，第二管道38-2与第一管道38-1的交点在第二液体流量计19-2与沉积物样品4之间；第二安全阀18-2的两端还设置有第三管道38-3，第三管道38-3设置有截止阀37；气液分离器16还连接有电子天平17，气液分离器16的两端设置有第四管道38-4，第四管道38-4的两端设置有截止阀37，增压泵8上还连接有空气压缩机9；

在气液固分离器13、第二安全阀18-2、气液分离器16、第二气体流量计20-2甲烷回收罐10、增压泵8部件中，相邻的部件之间设置有截止阀37；第二减压阀15-2和甲烷供给气瓶7之间设置有截止阀37；第三减压阀15-3和第一气体流量计20-1之间设置有截止阀37；

第二安全阀18-2和气液分离器16之间设置有两个截止阀37，其中一个截止阀37设置于第三管道38-3和第二管道38-2的交点以及第二安全阀18-2之间；另一个安全阀37设置于第四管道38-4和第二管道38-2的交点以及气液分离器16之间；气液分离器16与第二气体流量计20-2之间的截止阀37设置于第四管道38-4和第二管道38-2的交点以及气液分离器16之间。

围压加载模块35包括围压液体容器6和围压泵5；反应釜1通过第五管道38-5依次连接有截止阀37、围压泵5、截止阀37和围压液体容器。

数据测量采集模块26包括电阻层析成像仪21、压力传感器30、温度探头23、电极24和工控机22；

工控机22分别通过导线连接有压力传感器30、温度探头23、第二气体流量计20-2、第一液体流量计19-1和电阻层析成像仪21；

压力传感器30、温度探头23和电极24均设置于沉积物样品4的轴向上；通过导线与反应釜1相连接；压力传感器30、温度探头23上的导线穿过第一导线引出孔25与工控机22相连接，电阻层析成像仪21与沉积物样品4相连接，电阻层析成像仪21上的导线穿过第二导线引出孔26与沉积物样品4相连接。压力传感器30、温度探头23均设置有5个，相邻的压力传感器30之间以及相邻的温度探头23之间的间隔为200mm；沉积物样品4的轴向上每隔50mm设置有电极24，电极24分为20层，每层电极由5个探头组成。

结合图1对所述的一种天然气水合物开采多物理场演化过程模拟测试装置的实施步骤加以说明：

水合物成藏过程模拟：

(1)在围压胶套27上安装温度探头与压力传感器23以及电阻层析成像电极24，连接左端盖28-1，向竖直放置的围压胶套27内装填砂土以制备沉积物样品4，水平安装于反应釜1内，连接右端盖28-2，温度探头与压力传感器23的导线从第一导线引出孔25中引出，电极导线从第二导线引出孔26中引出；

(2)开启围压泵5，将围压液体容器6中的围压液体注入反应釜1并施加一定的围压，通过第一液体流量计19-1测量围压液体的体积变化；

(3)开启孔隙水注入泵12，将孔隙水容器11中的孔隙水注入沉积物样品4，通过第二液体流量计19-2测量控制注入的孔隙水体积；

(4)开启甲烷供给气瓶7向沉积物样品4中注入甲烷气体，通过第一气体流量计20-1测量控制注入的甲烷气体量；

(5)开启制冷机组3进行降温，提供水合物合成所需的低温条件；

(6)电阻层析成像仪21实时测量水合物饱和度变化，并根据水合物饱和度设定值选择补充注入甲烷气体的次数，待水合物饱和度稳定后，水合物成藏模拟阶段结束。

水合物开采多物理场演化过程模拟：

(1)设定第一减压阀15-1至一定压力值，气体、孔隙水和少量细颗粒砂土在气液固分离器13中进行分离，少量细颗粒砂土在重力作用下进入可视高压反应釜14，孔隙水被回收至孔隙水容器11，甲烷气体经气液分离器16进行再次处理，确保甲烷气体的干燥，然后被回收至甲烷回收气瓶10，第二气体流量计20-2测量瞬时产气流量与累积产气量，气体增压泵8在空气压缩机9的带动下将回收的甲烷气灌入甲烷供给气瓶7以备下次实验使用；

(2)温度探头与压力传感器23测量水合物开采时温度和压力变化，电阻层析成像系统(电极24和电阻层析成像仪21)测量水合物开采时水合物饱和度和孔隙水饱和度变化，液体流量计19-1测量围压液体的体积变化，工控机22实时测量并存储上述实验数据；

累积产气量不再增加，温度恢复初始值，实验结束，拆卸并清理测试装置。

其中，该装置主要包括反应釜、温度控制模块、液体供给模块、气体供给模块、反压控制模块、围压加载模块和数据测量采集模块。

所述的反应釜1由316不锈钢材料制成，内部腔体的直径为160mm，长度为1600mm；反应釜1两端采用密封端头，用螺纹压套压紧方式，安装快捷方便；反应釜1内安装氯丁橡胶材质的围压胶套27，围压胶套27内包裹沉积物样品4；沉积物样品4轴向上间隔200mm布置5个温度测点和5个压力测点，沉积物样品4轴向上间隔50mm布置20层电极24，每层电极由5个探头组成；基于单孔多线技术将电阻层析成像信号线以及温度、压力测量导线从4个引出孔导出，方便快捷且能够承受不超过70MPa的高压。

围压胶套27与反应釜1同轴的保证措施有：采用支撑套设计，在环形支撑套表面沿轴向开长条槽便于温度、压力、电极的安装；前端支撑板设计，外径与缸筒内径一致，采用滑动配合，保证前端密封孔插入和密封；支撑板周边钻孔便于围压介质通过。

温度控制模块31采用恒温水浴形式，温度控制范围是﹣25℃～室温，温度控制精度是±0.05℃，主要由恒温水浴箱2及制冷机3组组成。恒温水浴箱内部空间尺寸为2200×500×550(mm)；恒温水浴箱2的箱体、箱盖夹层采用发泡剂保温层；恒温水浴箱2箱体的两端上缘开两个管线引出缺口，便于操作和合盖；采用直接载冷剂循环冷却形式，流动速度快，温度均匀温控精度高；恒温水浴箱2箱体上载冷剂进出口水平方向布置，进口布置于箱体侧壁上部，而出口布置于箱体侧壁下部，促进流动自循环。

液体供给模块用于孔隙流体循环注入，主要由孔隙水容器11、孔隙水注入泵12、第二液体流量计19-2、气液固分离器13、第一减压阀15-1和截止阀37组成。孔隙水注入泵12(高压注入泵)为双泵体设计，具备恒流恒压两种注入方式，最大流量可达400mL/min，计量精度为±0.05mL/min，最大压力40MPa；孔隙水容器11的腔体尺寸为Φ200×350mm，316不锈钢材质；气液固三相分离器13耐压40MPa，腔体尺寸为Φ100×300mm。

气体供给模块33用于甲烷气体的循环供给，主要由空气压缩机9、增压泵8、甲烷供给气瓶7、第二减压阀15-2、第三减压阀15-3、第一气体流量计20-1和第二气体流量计20-2、气液分离器16、甲烷回收罐10和截止阀37组成。甲烷气体的注入速率可调，其上限不小于100NL/min，气体计量精度为±0.5NL/min，注入压力上限为40MPa。

反压控制模块34通过导线分别与围压泵5、增压泵8和空隙水注入泵12相连接，反压控制模块34通过计算机设定实验系统的压力，自动跟踪压力调节泵调节反压，实现系统反压任意调节，满足不同压力实验条件下的反压控制。反压调节范围上限不小于40MPa，反压控制精度为±0.1MPa，压力设置与控制偏差波动幅值小于0.1MPa。

围压加载模块35主要由围压液体容器6，围压注入泵5、和截止阀37组成。其施加围压的上限为40MPa，精度为±0.1MPa，围压液体注入脉冲小于0.1MPa，围压始终高于孔隙压力3～5MPa，并且能够根据孔隙压力的大小自动跟踪。液体容器为常压容器，内部腔体尺寸为Φ250×550mm，采用316不锈钢材质；围压注入泵能够恒速和恒压注入，双泵体设计，程序控制围压自动跟踪。

数据测量采集模块26主要由电阻层析成像仪21、压力传感器30、温度探头23、工控机22等数据采集设备组成。采用电阻层析成像技术实时测量水合物含量，电极24的探头沿样品轴向等间距50mm布置20层，每层布置5个，即探头总数为100个，水合物含量测量精度为0.5％；温度测点5个，沿样品轴向等间距200mm布置，与电阻探头错开，温度测量精度为±0.1℃；压力测点5个，沿样品轴向等间距200mm布置，与温度探头位置相同，压力测量精度为±0.1MPa；反应釜1内围压液体积变化测量模块1个，测量精度为±0.5mL；气体流量计3台，量程为2000mL/min一台，量程为500mL/min两台，精度均为0.5％，其中1台用于进气量测定，另外2台并联用于产气量测定；电子天平1台，量程为2000g，精度为±0.1g；数据采集软件1套，数据采集记录持续运行时间不少于6个月，数据记录的时间间隔可调。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以对其作出种种变化。

Claims (10)

1.一种天然气水合物开采多物理场演化模拟测试装置，其特征在于，包括反应釜(1)，所述反应釜(1)设置于温度控制模块(31)内，所述反应釜(1)分别与液体供给模块(32)、气体供给模块(33)、反压控制模块(34)、围压加载模块(35)和数据测量采集模块(36)相连接。

2.根据权利要求1所述的天然气水合物开采多物理场演化模拟测试装置，其特征在于，反应釜(1)的两端通过左端盖(28-1)和右端盖(28-2)用螺纹压套压紧方式密封；反应釜(1)内安装围压胶套(27)，所述反应釜(1)和围压胶套(27)同轴设置，围压胶套(27)内包裹沉积物样品(4)；所述反应釜(1)上设置有第一导线引出孔(25)和第二导线引出孔(26)；所述反应釜(1)上连接有第一安全阀(18-1)，所述反应釜(1)和第一安全阀(18-1)之间设置有截止阀(37)。

3.根据权利要求2所述的天然气水合物开采多物理场演化模拟测试装置，其特征在于，所述反应釜(1)由316不锈钢材料制成，所述反应釜(1)的内部腔体的直径为160mm，长度为1600mm；围压胶套(27)采用氯丁橡胶材质。

4.根据权利要求2所述的天然气水合物开采多物理场演化模拟测试装置，其特征在于，所述温度控制模块(31)包括恒温水浴箱(2)和制冷机组(3)，所述恒温水浴箱(2)内的底部设置有两个支承条(29)，进出口斜对角布置，所述恒温水浴箱(2)上设置有发泡剂保温层，所述反应釜(1)设置于恒温水浴箱(2)内，所述恒温水浴箱(2)的底部连接有制冷机组(3)。

5.根据权利要求3所述的天然气水合物开采多物理场演化模拟测试装置，其特征在于，所述液体供给模块(32)包括孔隙水容器(11)、孔隙水注入泵(12)、气液固分离器(13)、可视高压釜(14)、第一减压阀(15-1)、第二液体流量计(19-2)；

所述沉积物样品(4)的一端通过第一管道(38-1)依次连接有气液固分离器(13)、第一减压阀(15-1)、孔隙水容器(11)、孔隙水注入泵(12)和第二液体流量计(19-2)，所述第二液体流量计(19-2)通过管道与沉积物样品(4)的另一端相连接；所述气液固分离器(13)上连接有可视高压釜(14)。

6.根据权利要求5所述的天然气水合物开采多物理场演化模拟测试装置，其特征在于，所述的气体供给模块(33)包括甲烷供给气瓶(7)、增压泵(8)、空气压缩机(9)、甲烷回收罐(10)、第二减压阀(15-2)、第三减压阀(15-3)、第二安全阀(18-2)、气液分离器(16)、第一气体流量计(20-1)和第二气体流量计(20-2)；

所述气液固分离器(13)通过第二管道(38-2)依次连接有第二安全阀(18-2)、气液分离器(16)、第二气体流量计(20-2)、甲烷回收气瓶(10)、增压泵(8)、第二减压阀(15-2)、甲烷供给气瓶(7)、第三减压阀(15-3)、第一气体流量计(20-1)，所述第一气体流量计(20-1)通过第二管道(38-2)与第一管道(38-1)相连接，所述第二管道(38-2)与第一管道(38-1)的交点在第二液体流量计(19-2)与沉积物样品(4)之间；所述第二安全阀(18-2)的两端还设置有第三管道(38-3)，所述第三管道(38-3)设置有截止阀(37)；所述气液分离器(16)还连接有电子天平(17)，所述气液分离器(16)的两端设置有第四管道(38-4)，所述第四管道(38-4)的两端设置有截止阀(37)，所述增压泵(8)上还连接有空气压缩机(9)。

7.根据权利要求6所述的天然气水合物开采多物理场演化模拟测试装置，其特征在于，所述的围压加载模块(35)包括围压液体容器(6)和围压注入泵(5)；所述反应釜(1)通过第五管道(38-5)依次连接有截止阀(37)、围压泵(5)、截止阀(37)和围压液体容器。

8.根据权利要求7所述的天然气水合物开采多物理场演化模拟测试装置，其特征在于，所述的数据测量采集模块(26)包括电阻层析成像仪(21)、压力传感器(30)、温度探头(23)、电极(24)和工控机(22)；

所述工控机(22)分别通过导线连接有压力传感器(30)、温度探头(23)、第二气体流量计(20-2)、第一液体流量计(19-1)和电阻层析成像仪(21)；

所述压力传感器(30)、温度探头(23)和电极(24)均设置于沉积物样品(4)的轴向上；所述通过导线与反应釜(1)相连接；所述压力传感器(30)、温度探头(23)上的导线穿过第一导线引出孔(25)与工控机(22)相连接，所述电阻层析成像仪(21)与沉积物样品(4)相连接，所述电阻层析成像仪(21)上的导线穿过第二导线引出孔(26)与沉积物样品(4)相连接。

9.根据权利要求8所述的天然气水合物开采多物理场演化模拟测试装置，其特征在于，所述的压力传感器(30)、温度探头(23)均设置有5个，相邻的压力传感器(30)之间以及相邻的温度探头(23)之间的间隔为200mm；所述沉积物样品(4)的轴向上每隔50mm设置有电极(24)，所述电极(24)分为20层，每层电极由5个探头组成。

10.一种天然气水合物开采多物理场演化模拟测试方法，其特征在于，采用权利要求9所述的天然气水合物开采多物理场演化模拟测试装置，包括以下步骤：

步骤1)在围压胶套(27)上安装温度探头(23)与压力传感器(30)以及电阻层析成像电极(24)，连接左端盖(28-1)，向竖直放置的围压胶套(27)内装填砂土以制备沉积物样品(4)，水平安装于反应釜(1)内，连接右端盖(28-2)，温度探头(23)与压力传感器(30)的导线从第一导线引出孔(25)中引出，电极导线从第二导线引出孔(26)中引出；

步骤2)开启围压泵(5)，将围压液体容器(6)中的围压液体注入反应釜(1)并施加一定的围压，通过第一液体流量计(19-1)测量围压液体的体积变化；

步骤3)开启孔隙水注入泵(12)，将孔隙水容器(11)中的孔隙水注入沉积物样品(4)，通过第二液体流量计(19-2)测量控制注入的孔隙水体积；

步骤4)开启甲烷供给气瓶(7)向沉积物样品(4)中注入甲烷气体，通过第一气体流量计(20-1)测量控制注入的甲烷气体量；

步骤5)开启制冷机组(3)进行降温，提供水合物合成所需的低温条件；

步骤6)电阻层析成像仪(21)实时测量水合物饱和度变化，并根据水合物饱和度设定值选择补充注入甲烷气体的次数，待水合物饱和度稳定后，水合物成藏模拟阶段结束；

步骤7)设定第一减压阀(15-1)至一定压力值，气体、孔隙水和少量细颗粒砂土在气液固分离器(13)中进行分离，少量细颗粒砂土在重力作用下进入可视高压反应釜(14)，孔隙水被回收至孔隙水容器(11)，甲烷气体经气液分离器(16)进行再次处理，确保甲烷气体的干燥，然后被回收至甲烷回收气瓶(10)，第二气体流量计(20-2)测量瞬时产气流量与累积产气量，气体增压泵(8)在空气压缩机(9)的带动下将回收的甲烷气灌入甲烷供给气瓶(7)以备下次实验使用；

步骤8)温度探头(23)与压力传感器(30)测量水合物开采时温度和压力变化，电极(24)和电阻层析成像仪(21)测量水合物开采时水合物饱和度和孔隙水饱和度变化，第一液体流量计(19-1)测量围压液体的体积变化，工控机(22)实时测量并存储上述实验数据；累积产气量不再增加，温度恢复初始值，实验结束，拆卸并清理测试装置。