CN109209359B - 天然气水合物钻采微观模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及天然气水合物钻采技术领域，公开了一种天然气水合物钻采微观模拟装置。本发明的天然气水合物钻采微观模拟装置能够实现利用微流控技术微观模拟储层内伴随水合物相变而发生的传热传质过程，为高效、深入地研究储层内水合物相变及流动规律以及储层‑井筒之间的传热传质规律提供模拟平台，为水合物的实际开采提供理论支撑与优化建议，从而提高采收率、降低由水合物相变引发的事故风险。
Description
技术领域
本发明涉及天然气水合物钻采技术领域，具体地涉及一种天然气水合物钻采微观模拟装置。
背景技术
天然气水合物是一种由水分子相互连接捕获小分子气体而形成的笼型络合物，其储量丰富，有机碳含量接近传统化石能源中有机碳含量的2倍；分布广泛，自然界中27％的地表面积与90％的海域面积均能够达到水合物赋存条件；能量密度大，单位体积的天然气水合物可以分解生成164体积的天然气；而且燃烧后产物较清洁，因此被视为未来极具前景的可替代能源，对缓解能源危机、丰富能源结构具有重要意义。
天然气水合物主要赋存于高纬度地区的极地冻土带及全球范围内的深海海底、陆坡、陆基及海沟中。目前根据水合物相变特征提出的开采方法主要包括热激法、降压法、注化学剂法以及CO2置换法，但由于水合物对外界温度、压力变化较为敏感，在勘探、开采过程中，一旦包括钻具摩擦、钻井液侵入、循环排量突变等人为操作的扰动超过安全界限，储层孔隙内的水合物就会发生相变而产生能量传递与局部高压，从而破坏原本松散、埋藏浅的储层结构，影响正常生产，甚至引发滑坡、坍塌、井喷等灾害。因此深入了解储层内水合物相变及流动规律以及钻井液循环过程中储层与井筒之间耦合传热传质的机理与规律，对高效、安全地钻采天然气水合物至关重要。
而目前有关天然气水合物的模拟研究主要以纯液相环境或纯多孔介质环境为基础条件，模型偏宏观，无法完全了解到水合物颗粒在孔隙、吼道内的微观行为，无法了解储层内水合物相变及流动规律以及钻井液循环过程中储层与井筒之间耦合传热传质的机理与规律。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题提供一种天然气水合物钻采微观模拟装置，该装置能够实现利用微流控技术模拟不同环境及工况下储层内伴随水合物相变而发生的传热传质过程，便于获取水合物颗粒、气、液在孔隙内的多相流动规律信息。
为了实现上述目的，本发明提供一种天然气水合物钻采微观模拟装置，包括刻蚀玻璃载片，所述刻蚀玻璃载片内限定有四周封闭的刻蚀区，所述刻蚀区包括中间流道、位于所述中间流道的一侧的第一纹理区以及位于所述中间流道的另一侧的第二纹理区，所述中间流道内设置有挡阻结构，所述挡阻结构具有使所述第一纹理区和所述第二纹理区与所述中间流道连通的第一状态以及使所述第一纹理区和所述第二纹理区与所述中间流道隔离的第二状态；
所述中间流道的两端分别设置有第一开口和第二开口，所述刻蚀玻璃载片上设置有与所述第一纹理区连通的第一注气口和第一注液口以及与所述第二纹理区连通的第二注气口和第二注液口。
优选地，所述中间流道为直形，所述中间流道具有第一端壁和与所述第一端壁相对的第二端壁；
所述挡阻结构包括平行且间隔地设置于所述第一端壁和所述第二端壁之间的隔板、连接于所述隔板与所述第一端壁之间的第一挡板以及连接于所述隔板与所述第二端壁之间的两个第二挡板，所述隔板设置为能够沿所述中间流道的延伸方向往复移动，所述第一挡板和所述第二挡板为可折叠的，所述第一挡板在所述中间流道的径向上位于所述中间流道的中部，两个所述第二挡板分别位于所述中间流道的两侧边缘；
在所述第一状态，所述隔板朝向所述第二端壁移动使得所述第一挡板展开以将所述中间流道分隔为两个平行通道，并使所述第一纹理区和所述第二纹理区分别与两个所述通道连通；在所述第二状态，所述隔板朝向所述第一端壁移动使得所述第二挡板展开以将所述第一纹理区和所述第二纹理区与所述中间流道隔离。
优选地，所述第一挡板设置为在所述第一状态时分别将所述第一开口和所述第二开口分隔为分别与两个所述通道连通的两部分；或者
每个所述通道的两端分别设置有所述第一开口和所述第二开口。
优选地，所述挡阻结构包括设置于所述隔板与所述第一端壁之间或者所述隔板与所述第二端壁之间的弹簧，所述中间流道内设置有用于将所述隔板分别定位于所述第一状态和所述第二状态的定位件。
优选地，所述第一纹理区内设置有相连通的多个第一纹路或者填充有平铺满整个所述第一纹理区的颗粒，所述第一纹理区通过所述第一纹路或颗粒间隙与所述中间流道连通；
所述第二纹理区内设置有相连通的多个第二纹路或者填充有平铺满整个所述第二纹理区的颗粒，所述第二纹理区通过所述第二纹路或颗粒间隙与所述中间流道连通。
优选地，所述第一纹路和所述第二纹路的内径均为5-60μm，所述颗粒的粒径与所述第一纹路和所述第二纹路的内径一致。
优选地，所述天然气水合物钻采微观模拟装置包括内部限定有压力平衡腔的反应釜，所述刻蚀玻璃载片水平地置于所述压力平衡腔内，所述压力平衡腔设置为能够平衡所述刻蚀玻璃载片的内外压力。
优选地，所述反应釜形成为两端开口的筒状，所述反应釜内设置有分别平行且间隔地位于所述刻蚀玻璃载片的上方和下方的第一盖片和第二盖片，所述第一盖片和所述第二盖片与所述反应釜的内壁一起限定形成所述压力平衡腔。
优选地，所述第一盖片和所述第二盖片为耐高压透明玻璃片，所述天然气水合物钻采微观模拟装置包括设置于所述第二盖片下方的光源和设置于所述第一盖片上方的图像采集器；和/或
所述刻蚀玻璃载片将所述压力平衡腔分隔为上腔室和下腔室，所述反应釜上设置有分别与所述上腔室和所述下腔室连通的入口和出口。
优选地，所述天然气水合物钻采微观模拟装置包括用于向所述刻蚀玻璃载片内注入气体和液体的气液输送单元、用于向所述中间流道内注入钻井液并使钻井液在所述中间流道内循环流动的钻井液循环单元以及用于采集所述刻蚀玻璃载片内的压力、温度、电阻抗数据的采集单元；和/或
所述天然气水合物钻采微观模拟装置包括用于为所述刻蚀玻璃载片降温的制冷单元，优选地，所述制冷单元与所述压力平衡腔连通。
通过上述技术方案，本发明的天然气水合物钻采微观模拟装置能够实现利用微流控技术微观模拟储层内伴随水合物相变而发生的传热传质过程，为高效、深入地研究储层内水合物相变及流动规律以及储层-井筒之间的传热传质规律提供模拟平台，为水合物的实际开采提供理论支撑与优化建议，从而提高采收率、降低由水合物相变引发的事故风险。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明中一种实施方式的刻蚀玻璃载片的结构示意图，其中挡阻结构处于第一状态；
图2是图1中的挡阻结构处于第二状态的示意图；
图3是本发明中一种实施方式的反应釜的横向剖视图；
图4是本发明中一种实施方式的反应釜的纵向剖视图；
图5是本发明中一种实施方式的天然气水合物钻采微观模拟装置的结构示意图。
附图标记说明
10 刻蚀玻璃载片 11 中间流道
111 第一开口 112 第二开口
113 第一端壁 114 第二端壁
115 定位件 12 第一纹理区
121 第一注气口 122 第一注液口
123 第一循环进口 124 第一循环出口
13 第二纹理区 131 第二注气口
132 第二注液口 133 第二循环进口
134 第二循环出口 14 挡阻结构
141 隔板 142 第一挡板
143 第二挡板 144 弹簧
20 反应釜 21 第一盖片
22 第二盖片 23 压力平衡腔
24 光源 25 图像采集器
30 水浴恒温箱 31 气瓶
32 第一增压泵 33 循环泵
34 平流泵 35 恒压恒速泵
36 第二增压泵 37 流体回收罐
38 回压阀
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指附图所示的上、下。“内、外”是指相对于各部件本身轮廓的内、外。
本发明提供一种天然气水合物钻采微观模拟装置，包括刻蚀玻璃载片10，所述刻蚀玻璃载片10内限定有四周封闭的刻蚀区，所述刻蚀区包括中间流道11、位于所述中间流道11的一侧的第一纹理区12以及位于所述中间流道11的另一侧的第二纹理区13，所述中间流道11内设置有挡阻结构14，所述挡阻结构14具有使所述第一纹理区12和所述第二纹理区13与所述中间流道11连通的第一状态以及使所述第一纹理区12和所述第二纹理区13与所述中间流道11隔离的第二状态；所述中间流道11的两端分别设置有第一开口111和第二开口112，所述刻蚀玻璃载片10上设置有与所述第一纹理区12连通的第一注气口121和第一注液口122，所述刻蚀玻璃载片10上设置有与所述第二纹理区13连通的第二注气口131和第二注液口132。
上述中，可以理解的是，第一纹理区12和第二纹理区13用于模拟水合物储层，为水合物的生成和分解提供场所，通过经第一注气口121和第一注液口122向第一纹理区12内注入气体(例如甲烷、乙烷、甲烷和乙烷的混合气体等)和液体(例如水溶液)，能够在第一纹理区12内生成水合物；通过经第二注气口131和第二注液口132向第二纹理区13内注入气体和液体，能够在第二纹理区13内生成水合物。中间流道11用于模拟井筒，为钻井液循环提供场所。
其中，当挡阻结构14位于所述第一状态时，第一纹理区12和第二纹理区13与中间流道11连通，在该种状态下，可利用刻蚀玻璃载片10简便、高效地模拟钻井液侵入水合物储层时储层-井筒之间耦合传热传质的过程，以便于研究储层-井筒之间的传热传质规律。当挡阻结构14位于所述第二状态时，第一纹理区12和第二纹理区13与中间流道11隔离，在该种状态下，第一纹理区12和第二纹理区13可用于模拟储层内水合物相变及流动过程，中间流道11可用于模拟液相环境下的水合物相变过程，从而便于深入了解储层内水合物相变及流动规律。
因此，本发明的天然气水合物钻采微观模拟装置能够为高效、深入地研究储层内水合物相变及流动规律以及储层-井筒之间的传热传质规律提供模拟平台，为水合物的实际开采提供理论支撑与优化建议，从而提高采收率、降低由水合物相变引发的事故风险。
本发明中，所述刻蚀区可以具有任意的形状，例如方形、圆形、椭圆形、三角形、菱形等，第一纹理区12和第二纹理区13的面积可以相等，也可以不相等。根据本发明的一种实施方式，如图1和图2所示，所述中间流道11为直形，将第一纹理区12和第二纹理区13完全隔开，所述中间流道11具有第一端壁113和与所述第一端壁113相对的第二端壁114。可以理解的是，第一端壁113和第二端壁114为所述刻蚀区的封闭轮廓的一部分。
所述挡阻结构14包括平行且间隔地设置于所述第一端壁113和所述第二端壁114之间的隔板141、连接于所述隔板141与所述第一端壁113之间的第一挡板142以及连接于所述隔板141与所述第二端壁114之间的两个第二挡板143，所述隔板141设置为能够沿所述中间流道11的延伸方向往复移动，所述第一挡板142和所述第二挡板143为可折叠的，所述第一挡板142在所述中间流道11的径向上位于所述中间流道11的中部，两个所述第二挡板143分别位于所述中间流道11的两侧边缘。可以理解的是，隔板141沿中间流道11的径向将中间流道11分隔为两部分；第一挡板142能够沿中间流道11的轴向将中间流道11分隔为两部分(参见图1)，两个第二挡板143能够沿中间流道11的轴向将第一纹理区12与中间流道11以及第二纹理区13与中间流道11完全隔开(参见图2)。
在所述第一状态，隔板141移动至靠近第二端壁114，第二挡板143处于折叠状态，第一挡板142处于展开状态并将中间流道11分隔为左右两个平行通道，第一纹理区12与左侧的通道连通，第二纹理区13与右侧的通道连通(参见图1)。当需要使挡阻结构14处于所述第二状态时，使隔板141朝向第一端壁113移动，在隔板141移动过程中，第一挡板142逐渐折叠，第二挡板143逐渐展开并将第一纹理区12和第二纹理区13与中间流道11隔离(参见图2)。
上述中，当中间流道11被第一挡板142分隔为两个通道时，为了实现两个通道内钻井液的独立循环，将所述刻蚀区沿第一挡板142分为左右两个区域进行独立模拟研究，可使所述第一挡板142设置为在所述第一状态时分别将所述第一开口111和所述第二开口112分隔为分别与两个所述通道连通的两部分(参见图1)，也就是，从第一开口111注入的钻井液可分别进入两个通道内，然后从相应的第二开口112的部分流出；当然也可以在每个所述通道的两端分别设置所述第一开口111和所述第二开口112。
本发明中，所述挡阻结构14还可包括设置于所述隔板141与所述第一端壁113之间或者所述隔板141与所述第二端壁114之间的弹簧144，以用于辅助挡阻结构14复位，平衡挡阻结构14受力。此外，还可在所述中间流道11内设置用于将所述隔板141分别定位于所述第一状态和所述第二状态的定位件115。例如图1和图2所示，在中间流道11的上下两端分别设置定位件115，当隔板141移动至使挡阻结构14处于所述第一状态的位置时，下端的定位件115能够与隔板141配合将隔板141定位于该位置(参见图1)；当隔板141移动至使挡阻结构14处于所述第二状态的位置时，上端的定位件115能够与隔板141配合将隔板141定位于该位置(参见图2)。
另外，需要说明的是，本发明中，挡阻结构14还可包括用于驱动隔板141移动的驱动件。所述驱动件可以是液压泵、滑动栓等，例如下面将要介绍的第一增压泵32和第二增压泵36。
本发明中，第一纹理区12和第二纹理区13可用于模拟各种类型的储层结构，例如其可以形成为刻蚀孔道区或颗粒填充区。根据模拟实验的目的的不同，可将第一纹理区12设置为刻蚀孔道区(即在第一纹理区12内设置相连通的多个第一纹路，第一纹理区12通过所述第一纹路与中间流道11连通)，第二纹理区13也设置为刻蚀孔道区(即在第二纹理区13内设置相连通的多个第二纹路，第二纹理区13通过所述第二纹路与中间流道11连通)；也可以将第一纹理区12和第二纹理区13均设置为颗粒填充区(即在第一纹理区12和第二纹理区13内分别填充平铺满整个第一纹理区12或第二纹理区13的颗粒，第一纹理区12和第二纹理区13分别通过颗粒间隙与中间流道11连通)；当然还可以将第一纹理区12设置为刻蚀孔道区，将第二纹理区13设置为颗粒填充区(在该种情况下，当挡阻结构14位于所述第一状态时，两个通道可分别与刻蚀孔道区和颗粒填充区模拟循环钻井液侵入水合物储层的过程，以用于研究刻蚀孔道内传热传质与有颗粒组成的多孔介质内传热传质的一致性与差异性)。
例如图1和图2所示，第一纹理区12内设置有相连通的多个第一纹路，第一纹理区12通过所述第一纹路与中间流道11连通；第二纹理区13内填充有平铺满整个第二纹理区13的颗粒，第二纹理区13通过颗粒间隙与中间流道11连通。由于刻蚀玻璃载片10内限定有四周封闭的刻蚀区表示所述刻蚀区的周边轮廓是封闭的，这样能够封堵所述第一纹路和颗粒间隙的位于所述周边轮廓处的端口。第一注气口121和第一注液口122可设置为与所述第一纹路连通，这可理解为第一注气口121和第一注液口122与其中一个第一纹路连通，当向该第一纹路内注入气体或液体时，气体或液体能够顺着该第一纹路流至其他第一纹路内，直至充满所有的第一纹路，这也便于理解了设置相连通的多个第一纹路的特征。
上述中，所述刻蚀孔道区优选为依照实际水合物储层孔喉纹路设计、刻蚀，孔道(即第一纹路或第二纹路)彼此纵横交错，孔道内径优选为5-60μm。所述颗粒填充区优选采用形态、特征易于分辨的粉砂、细粉砂和粘土作为基质，颗粒粒径与刻蚀孔道区内孔道的内径一致。另外，可以通过改变刻蚀孔道内径及结构、颗粒填充种类及粒度，研究不同基质、粒径、孔隙度条件下水合物储层内的微观流动规律。
本发明中，刻蚀玻璃载片10可以是单个一体部件，也可以是由多个部件组成，例如刻蚀玻璃载片10可包括主体和盖板，主体的一侧表面上设置有所述刻蚀区，盖板密封盖设在所述刻蚀区上，与所述刻蚀区一起限定中间流道11、第一纹路、第二纹路、颗粒间隙。
本发明的天然气水合物钻采微观模拟装置能够实现利用微流控技术微观模拟储层内伴随水合物相变而发生的传热传质过程，在实验过程中，通过改变钻井液的温度、组分、压力、流速，基质的组分、粒径，环境温压场等参数可分析不同工况条件下的相关规律。其中，微流控技术是一种精确控制和操控微尺度流体的技术，具有在微体积、低能耗的条件下对流体进行精细的观察与控制的优点。在实验时，由于微流控采用的玻璃载片多为合成玻璃，受材质局限难以承受2MPa以上的压差，而水合物实验中常用的蓝宝石虽然耐高压，但成本过高、刻蚀难度大，无法作为模拟多孔介质的二维反应平台。为了解决该问题，根据本发明的一种实施方式，如图4所示，所述天然气水合物钻采微观模拟装置包括内部限定有压力平衡腔23的反应釜20，所述刻蚀玻璃载片10水平地置于所述压力平衡腔23内，所述压力平衡腔23设置为能够平衡所述刻蚀玻璃载片10的内外压力。具体地，可通过向压力平衡腔23内注流体加围压的方式平衡刻蚀玻璃载片10的内外压力，控制刻蚀玻璃载片10的内外压差，从而达到水合物相变所需的压力条件。
具体地，例如图4所示，所述反应釜20可形成为两端开口的筒状，所述反应釜20内设置有分别平行且间隔地位于所述刻蚀玻璃载片10的上方和下方的第一盖片21和第二盖片22，所述第一盖片21和所述第二盖片22与所述反应釜20的内壁一起限定形成所述压力平衡腔23。其中，间隔地位于第一盖片21和第二盖片22之间的刻蚀玻璃载片10可将压力平衡腔23部分地隔开(此时整个压力平衡腔23只需设置一对供流体注入和流出的入口和出口)或者完全隔开(如图4所示，刻蚀玻璃载片10将压力平衡腔23分隔为上腔室和下腔室，反应釜20上设置有分别与所述上腔室和所述下腔室连通的入口和出口)。其中，反应釜20优选采用密闭夹持结构，刻蚀玻璃载片10优选为可拆卸地安装于反应釜20内，以重复使用，降低研究成本。
其中，所述第一盖片21和所述第二盖片22为耐高压透明玻璃片(例如采用蓝宝石)。为了便于观察刻蚀玻璃载片10内水合物生成和分解情况，获得刻蚀玻璃载片10内水合物生成和分解的图像信息，所述天然气水合物钻采微观模拟装置可包括设置于所述第二盖片22下方的光源24和设置于所述第一盖片21上方的图像采集器25。
此外，本发明中，所述天然气水合物钻采微观模拟装置还可包括气液输送单元、钻井液循环单元、采集单元以及制冷单元等。其中，气液输送单元可用于向刻蚀玻璃载片10内注入气体和液体，气液输送单元可将气体与液体依照不同的配比注入刻蚀玻璃载片10内，间接控制水合物饱和度，并能够通过控制注入流体的流速与压差，间接计算不同条件下刻蚀玻璃载片10内各区域的渗透率，另外还可使气液输送单元与压力平衡腔23连通，以向压力平衡腔23内注入气体或液体进行加压；钻井液循环单元可用于向所述中间流道11内注入钻井液并使钻井液在所述中间流道11内循环流动，钻井液循环单元可为刻蚀玻璃载片10持续提供指定参数的钻井液，从而模拟循环钻井液侵入水合物储层时水合物储层内的微观孔隙的变化；采集单元用于采集所述刻蚀玻璃载片10内的压力、温度、电阻抗数据等，采集单元可采集、分析反应前后温度、压力、流速等基本数据以及反应釜内各时间点对应的参数变化与影像信息，从而得到相应的影响规律；制冷单元可用于为所述刻蚀玻璃载片10降温，使其达到相应的水合物相变所需温度条件，另外，可使所述制冷单元与所述压力平衡腔23连通，从而在平衡压力的同时更好地实现降温的目的。
具体地，例如图5和图3所示，所述天然气水合物钻采微观模拟装置包括与反应釜20连接的水浴恒温箱30、气瓶31、第一增压泵32、循环泵33、平流泵34、恒压恒速泵35、第二增压泵36、流体回收罐37。其中，水浴恒温箱30可作为所述制冷单元，用于向压力平衡腔23内注入冷水以平衡压力，同时为刻蚀玻璃载片10降温；水浴恒温箱30还可作为液体输送单元向刻蚀玻璃载片10内注水以用于生成水合物；水浴恒温箱30与反应釜20的连通路径上设置有平流泵34，平流泵34通过管线G5和G6分别与反应釜20中压力平衡腔23的入口和出口连通，以用于使压力平衡腔23内的压力恒定在预设值；平流泵34还通过管线G3和G4分别与刻蚀玻璃载片10的第一注液口122和第二注液口132连通，以用于使刻蚀玻璃载片10内的压力恒定在预设值。气瓶31可作为气体输送单元，用于向刻蚀玻璃载片10内注气以用于生成水合物，气瓶31可以有多个，以用于提供单一或混合气体；气瓶31可通过管线G7和G8分别与刻蚀玻璃载片10的第一注气口121和第二注气口131连通。第一增压泵32用于注液驱动隔板141朝向第二端壁114移动，第一增压泵32与反应釜20连接的管线G13上可设置传感器C1，以用于监测注入液体的温度、压力、排量等参数信息。循环泵33用于向中间流道11内注入钻井液并使钻井液在中间流道11内循环流动，循环泵33与反应釜20连接的管线G11上可设置传感器C2，以用于监测钻井液的温度、压力、排量等参数信息。恒压恒速泵35可通过管线G1和G2分别与刻蚀玻璃载片10的第一循环进口123和第二循环进口133连通，以用于稳定地向第一纹理区12和第二纹理区13内注入恒压/恒速的流体以计算相应的渗透率(可采用达西定律计算)。第二增压泵36用于注液驱动隔板141朝向第一端壁113移动，第二增压泵36与反应釜20连接的管线G14上设置有传感器C3，以用于监测注入液体的温度、压力、排量等参数信息。流体回收罐37用于回收从反应釜20中排出的流体，流体回收罐37与反应釜20连接的管线G9和G10上可分别设置传感器C4和C5，以用于监测排出液体的温度、压力、排量等参数信息，流体回收罐37与反应釜20连接的管线G12上可设置回压阀38，以用于维持反应釜内系统压力并控制出口压力。
上述中，刻蚀玻璃载片10内各区域的渗透率的测量中，流体的注入和流出可通过第一注气口121和第一注液口122或者第二注气口131和第二注液口132实现，当然也可额外设置与第一纹理区12连通的第一循环进口123和第一循环出口124，以及与第二纹理区13连通的第二循环进口133和第二循环出口134。
此外，在本发明中，还可以通过向中间流道11内注入热流体、注入抑制剂、注入CO2等方式，模拟多种常规开采水合物的方式及相关的协同开采方式，研究不同开采方式下多孔介质内传热传质的微观过程，以便于针对各方式的敏感性因素提出优化方案。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (11)
1.一种天然气水合物钻采微观模拟装置，其特征在于，包括刻蚀玻璃载片(10)，所述刻蚀玻璃载片(10)内限定有四周封闭的刻蚀区，所述刻蚀区包括中间流道(11)、位于所述中间流道(11)的一侧的第一纹理区(12)以及位于所述中间流道(11)的另一侧的第二纹理区(13)，所述中间流道(11)内设置有挡阻结构(14)，所述挡阻结构(14)具有使所述第一纹理区(12)和所述第二纹理区(13)与所述中间流道(11)连通的第一状态以及使所述第一纹理区(12)和所述第二纹理区(13)与所述中间流道(11)隔离的第二状态；
所述中间流道(11)的两端分别设置有第一开口(111)和第二开口(112)，所述刻蚀玻璃载片(10)上设置有与所述第一纹理区(12)连通的第一注气口(121)和第一注液口(122)以及与所述第二纹理区(13)连通的第二注气口(131)和第二注液口(132)。
2.根据权利要求1所述的天然气水合物钻采微观模拟装置，其特征在于，所述中间流道(11)为直形，所述中间流道(11)具有第一端壁(113)和与所述第一端壁(113)相对的第二端壁(114)；
所述挡阻结构(14)包括平行且间隔地设置于所述第一端壁(113)和所述第二端壁(114)之间的隔板(141)、连接于所述隔板(141)与所述第一端壁(113)之间的第一挡板(142)以及连接于所述隔板(141)与所述第二端壁(114)之间的两个第二挡板(143)，所述隔板(141)设置为能够沿所述中间流道(11)的延伸方向往复移动，所述第一挡板(142)和所述第二挡板(143)为可折叠的，所述第一挡板(142)在所述中间流道(11)的径向上位于所述中间流道(11)的中部，两个所述第二挡板(143)分别位于所述中间流道(11)的两侧边缘；
在所述第一状态，所述隔板(141)朝向所述第二端壁(114)移动使得所述第一挡板(142)展开以将所述中间流道(11)分隔为两个平行通道，并使所述第一纹理区(12)和所述第二纹理区(13)分别与两个所述通道连通；在所述第二状态，所述隔板(141)朝向所述第一端壁(113)移动使得所述第二挡板(143)展开以将所述第一纹理区(12)和所述第二纹理区(13)与所述中间流道(11)隔离。
3.根据权利要求2所述的天然气水合物钻采微观模拟装置，其特征在于，所述第一挡板(142)设置为在所述第一状态时分别将所述第一开口(111)和所述第二开口(112)分隔为分别与两个所述通道连通的两部分；或者
每个所述通道的两端分别设置有所述第一开口(111)和所述第二开口(112)。
4.根据权利要求2所述的天然气水合物钻采微观模拟装置，其特征在于，所述挡阻结构(14)包括设置于所述隔板(141)与所述第一端壁(113)之间或者所述隔板(141)与所述第二端壁(114)之间的弹簧(144)，所述中间流道(11)内设置有用于将所述隔板(141)分别定位于所述第一状态和所述第二状态的定位件(115)。
5.根据权利要求1所述的天然气水合物钻采微观模拟装置，其特征在于，所述第一纹理区(12)内设置有相连通的多个第一纹路或者填充有平铺满整个所述第一纹理区(12)的颗粒，所述第一纹理区(12)通过所述第一纹路或颗粒间隙与所述中间流道(11)连通；
所述第二纹理区(13)内设置有相连通的多个第二纹路或者填充有平铺满整个所述第二纹理区(13)的颗粒，所述第二纹理区(13)通过所述第二纹路或颗粒间隙与所述中间流道(11)连通。
6.根据权利要求5所述的天然气水合物钻采微观模拟装置，其特征在于，所述第一纹路和所述第二纹路的内径均为5-60μm，所述颗粒的粒径与所述第一纹路和所述第二纹路的内径一致。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的天然气水合物钻采微观模拟装置，其特征在于，所述天然气水合物钻采微观模拟装置包括内部限定有压力平衡腔(23)的反应釜(20)，所述刻蚀玻璃载片(10)水平地置于所述压力平衡腔(23)内，所述压力平衡腔(23)设置为能够平衡所述刻蚀玻璃载片(10)的内外压力。
8.根据权利要求7所述的天然气水合物钻采微观模拟装置，其特征在于，所述反应釜(20)形成为两端开口的筒状，所述反应釜(20)内设置有分别平行且间隔地位于所述刻蚀玻璃载片(10)的上方和下方的第一盖片(21)和第二盖片(22)，所述第一盖片(21)和所述第二盖片(22)与所述反应釜(20)的内壁一起限定形成所述压力平衡腔(23)。
9.根据权利要求8所述的天然气水合物钻采微观模拟装置，其特征在于，所述第一盖片(21)和所述第二盖片(22)为耐高压透明玻璃片，所述天然气水合物钻采微观模拟装置包括设置于所述第二盖片(22)下方的光源(24)和设置于所述第一盖片(21)上方的图像采集器(25)；和/或
所述刻蚀玻璃载片(10)将所述压力平衡腔(23)分隔为上腔室和下腔室，所述反应釜(20)上设置有分别与所述上腔室和所述下腔室连通的入口和出口。
10.根据权利要求7所述的天然气水合物钻采微观模拟装置，其特征在于，所述天然气水合物钻采微观模拟装置包括用于向所述刻蚀玻璃载片(10)内注入气体和液体的气液输送单元、用于向所述中间流道(11)内注入钻井液并使钻井液在所述中间流道(11)内循环流动的钻井液循环单元以及用于采集所述刻蚀玻璃载片(10)内的压力、温度、电阻抗数据的采集单元；和/或
所述天然气水合物钻采微观模拟装置包括用于为所述刻蚀玻璃载片(10)降温的制冷单元。
11.根据权利要求10所述的天然气水合物钻采微观模拟装置，其特征在于，所述制冷单元与所述压力平衡腔(23)连通。
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