CN111982782A - 水合物沉积物原位渗透率压力梯度及力学特性测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水合物沉积物原位渗透率压力梯度及力学特性测量系统，包括：反应釜、沉积物试样、围压加载装置、孔压加载装置、轴压加载装置、制冷装置、数据采集装置以及控制显示器；反应釜用于盛放沉积物试样，并与其他各装置相连；轴压加载装置用于通过轴向加载活塞对沉积物试样加载轴向压力；孔压加载装置用于对沉积物试样施加孔压；围压加载装置用于向围压室施加围压；制冷装置用于对沉积物试样的温度进行控制；数据采集装置用于对实验过程中沉积物试样的温度和压力数据进行采集；控制显示器用于对轴压加载装置和制冷装置进行控制，并对数据采集装置采集数据进行处理和显示。本发明可以广泛应用于水合物测量领域。

Description

水合物沉积物原位渗透率压力梯度及力学特性测量系统

技术领域

本发明涉及一种适用于CT的水合物沉积物原位渗透率压力梯度及力学特性测量系统，属于岩土工程基础物性测量领域。

背景技术

水合物作为一种储量巨大、能量密度高且清洁无污染的新型能源，成功吸引了世界人们的关注，但由于其不稳定性，水合物在开采过程中受外部条件变化可能发生受热分解、海底滑坡及井筒失稳等一系列地质灾害问题。由此需要从微观层面的渗透率压力变化以及其宏观层面的力学特性进行研究。

然而，现阶段的研究中存在诸多问题：

1、现阶段模拟测量试样内部渗透率压力的装置只能研究整个试样的大致压力，想要表征试样在模拟环境中各个位置的压力变化以及所对应的水合物形成区域难以实施；

2、对于水合物轴向施压的力学破坏性能的研究而言，目前的研究只能对宏观力学特性进行研究，微观层面的具体分析无从观测研究；

3、实验装置通常采取的液体硅油施加围压以及水浴包裹反应釜制冷极大地阻碍了CT拍摄的清晰性，不能为CT微观研究所使用；

4、压力室采用的外观材料为纯铝或铝合金等低密度材料导热性能较好，容易造成热损失从而影响实验过程中的温度变化，且水浴仍然分布于压力室周圈，阻碍CT拍摄，且无法对微观层面的渗透率压力变化进行研究。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种水合物沉积物原位渗透率压力梯度及力学特性测量系统，不仅能够在水合物微观层面渗透率的压力梯度做出分析，而且能够获得水合物储层宏观力学数据，得到了最佳的CT成像效果，实现一种装置能够进行不同功用，为探明水合物分解过程储层变形机理提供技术保障。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种水合物沉积物原位渗透率压力梯度及力学特性测量系统，其包括：反应釜、沉积物试样、围压加载装置、孔压加载装置、轴压加载装置、制冷装置、数据采集装置以及控制显示器；所述反应釜用于盛放沉积物试样，并与所述围压加载装置、孔压加载装置、轴压加载装置、制冷装置和数据采集装置相连；所述轴压加载装置用于通过所述轴向加载活塞对所述沉积物试样加载轴向压力；所述孔压加载装置用于对所述沉积物试样施加孔压；所述围压加载装置用于向所述围压室施加围压；所述制冷装置用于对所述沉积物试样的温度进行控制；所述数据采集装置用于对实验过程中所述沉积物试样的温度和压力数据进行采集；所述控制显示器用于对所述轴压加载装置和制冷装置进行控制，并对所述数据采集装置采集数据进行处理和显示。

进一步地，所述反应釜包括底座、压力室主体和上端盖；所述压力室主体采用中空的“I”字型结构，且压力室主体的上、下两端中部分别设置有直径大于中空部分的第一圆柱形凹槽，两所述第一圆柱形凹槽与所述中空部分不连通；所述底座包括通过连接螺母连接的底部基座和底座基板，所述底部基座上部呈阶梯状，且所述阶梯状中部插入到所述压力室主体的中空部分，所述阶梯状的外围部分与所述压力室主体下端面及第一圆柱形凹槽接触，并通过螺栓固定连接；所述上端盖中部设置有与所述压力室主体上端的第一圆柱形凹槽相连通的轴压腔室，所述轴压腔室内设置有轴向加载活塞；所述沉积物试样下端放置在所述底部基座的阶梯状中部，所述沉积物试样上端与所述轴向加载活塞下部相接触，且所述沉积物试样外部、底部基座的阶梯状中部上方以及轴向加载活塞下部均包裹有橡皮膜，所述橡皮膜外部、压力室主体中空部分内壁所述底部基座的阶梯状中部上表面以及底部基座的上表面之间形成围压室。

进一步地，所述围压室采用填充硅油施加围压或采用氮气施加围压。

进一步地，当所述围压室采用氮气施加围压时，采用的围压加载装置包括围压加载泵、两针阀、氮气瓶、围压进气管路和围压出气管路；所述围压进气管路一端与所述压力室主体下端一侧预留的围压进气口相连，另一端与所述围压加载泵的输出端相连；所述围压加载泵的输入端通过所述针阀与所述氮气瓶相连；所述围压出气管路一端与所述压力室主体上部一侧预留的围压出气口相连，另一端经另一所述针阀与外界连通。

进一步地，所述上端盖中部设置的轴压腔室包括相互连通的第一腔体和第二腔体，且所述第一腔体为与所述压力室主体上端的第一圆柱形凹槽直径相同的圆柱形腔体，所述第二腔体为直径小于所述第一腔体直径的圆柱形腔体；所述轴向加载活塞呈“十”字型结构，且所述轴向加载活塞的纵轴由所述第二腔体进入所述上端盖中，经所述第一腔体插设在所述压力室主体的中空部分，并与所述沉积物试样上端接触，所述轴向加载活塞的横轴将所述第一腔体分为上、下两腔体。

进一步地，所述轴压加载装置包括轴向压缩泵和数据采集器，所述轴向压缩泵的输出端经轴向加压管道与所述上端盖上预留的与所述上腔体相连的轴向加压口相连，通过向所述上腔体内注入或排出硅油，推动所述轴向加载活塞上下移动。

进一步地，所述孔压加载装置包括甲烷瓶、氮气瓶、孔压进气管路、孔压加载泵、孔压出气管路、背压阀、气液分离器和气体流量计；所述甲烷瓶和氮气的输出端经针阀与所述孔压进气管路的输入端相连，所述孔压进气管路的输出端与所述孔压加载泵的输入端相连；所述孔压加载泵的输出端经所述底部基座中部预留的孔压进气口与所述沉积物试样底部连通；所述孔压出气管路经所述轴向加载活塞预留的孔压出气口与所述沉积物试样顶部连通，所述孔压出气管路另一端经针阀与所述背压阀相连，所述背压阀另一端分别经针阀与气体排空管路和气液分离器相连，所述气液分离器的气体输出端与所述气体流量计相连。

进一步地，所述制冷装置包括水浴、第一半导体制冷室和第二半导体制冷室；所述第一半导体制冷室设置在所述底部基座下部预留的凸型凹槽中，所述第一半导体制冷室内设置有第一半导体制冷片，且所述第一半导体制冷片上端经所述底部基座中部预留的制冷口与所述沉积物试样下部接触；所述第二半导体制冷室设置在所述轴向加载活塞内，且所述第二半导体制冷室内设置有第二半导体制冷片，所述第二半导体制冷片经所述轴向加载活塞内预留的制冷口与所述沉积物试样上部接触；所述水浴的输出端分别与所述第一半导体制冷片和第二半导体制冷片相连，所述水浴的控制端与所述控制显示器相连，由所述控制显示器对其温度进行控制。

进一步地，所述数据采集装置包括压力传感器和温度传感器；所述压力传感器等间隔设置在所述沉积物试样的不同高度处，并通过所述轴向加载活塞和底部基座上预留导线孔与所述控制显示器相连，用于对所述沉积物试样不同位置处的压力变化进行采集，并发送到所述控制显示器进行显示；所述温度传感器通过橡皮带紧密设置在所述沉积物试样外表面的橡皮膜外部，用于对所述沉积物试样的温度变化进行采集，并发送到所述控制显示器进行显示。

进一步地，所述压力室主体的上下两端采用铝合金材料制作，所述压力室主体中部采用工程塑料制作；所述橡皮膜采用耐高压低温的丁基材料；所述压力室主体与所述上端盖、底部基座接触面之间通过0型密封圈密封；所述橡皮膜与所述围压室上、下两端均通过密封圈来密封处理。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：(1)实现试样内部渗透率各个位置的压力变化以及所对应的水合物形成区域，宏观层面观测压力梯度变化，微观层面观测对应压力梯度地点所生成水合物的图像。

(2)在实现装置CT拍摄扫描的同时，为使拍摄更为清晰，装置采用氮气施加围压，从而减小围压油施加围压带来的视线影响。

(3)为了进一步提升CT拍摄质量，反应釜装置主体采用导热性差、强度高、X射线穿透性能好的工程塑料。上下部位采用导热性能好、强度较高、密度较低的铝合金材料。

(4)从拍摄穿透层面来讲，采用半导体制冷片吸收与放出热量的关系进行更好的控制热量变化，一定程度减少拍摄过程中视线的遮挡问题。

(5)装置含活塞压力装置，能够实现轴向加载，装置在CT仪器中，能够实现天然气水合物沉积物原位渗透率压力梯度与力学特性微观测量，并且装置不仅能够在CT中操作使用，而且能够在CT外的环境中使用，真正实现一种装置多种用途。

附图说明

图1是本发明水合物沉积物原位渗透率压力梯度及力学特性测量系统结构图；

图2是本发明水合物沉积物原位渗透率压力梯度及力学特性测量系统整体结构图；

图中各附图标记如下：1、连接螺母；2、底部基座；3、密封圈；4、压力传感器；5、沉积物试样；6、温度传感器；7、轴压腔室；8、上端盖；9、半导体制冷室；10、轴向加载活塞；11、0型密封圈；12(a)～12(b)、0型密封圈；13、橡皮膜；14、压力室主体；15、围压室；16、底座基板；17、半导体制冷室；18、围压加载泵；19(a)～19(f)、针阀；20、氮气瓶；21、甲烷瓶；22、氮气瓶；23、孔压进气管路；24、孔压加载泵；25、水浴；26、围压出气管路；27、孔压出气管路；28、背压阀；29、气液分离器；30、气体流量计；31、控制显示器；32、轴压加载泵；33、数据采集器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

实施例一

如图1、图2所示，本发明提供的一种水合物沉积物原位渗透率压力梯度及力学特性测量系统，其包括：反应釜、沉积物试样5、围压加载装置、孔压加载装置、轴压加载装置、制冷装置、数据采集装置以及控制显示器31。具体的，反应釜包括底座、压力室主体14和上端盖8。其中，压力室主体14采用中空的“I”字型结构，且压力室主体14的上、下两端中部分别设置有直径大于中空部分的第一圆柱形凹槽，两第一圆柱形凹槽与压力室主体14的中空部分之间不连通；底座包括通过连接螺母1连接的底部基座2和底座基板16，底部基座2上部呈阶梯状，且阶梯状中部插入到压力室主体14的中空部分，阶梯状外围部分与压力室主体14下端面及第一圆柱形凹槽接触，并通过螺栓固定连接；上端盖8中部设置有与压力室主体14上端的第一圆柱形凹槽相连通的轴压腔室7，该轴压腔室7内设置有轴向加载活塞10；沉积物试样5下端放置在底部基座2的阶梯状中部上方，沉积物试样5上端与轴向加载活塞10下部相接触，且沉积物试样5外部、底部基座2的阶梯状中部上方以及轴向加载活塞10下部均包裹有橡皮膜13，橡皮膜13外部、压力室主体4中空部分内壁、底部基座2的阶梯状中部上表面以及轴压腔室7下部之间形成围压室15；轴压加载装置用于通过轴向加载活塞10对沉积物试样5加载轴向压力；孔压加载装置用于对沉积物试样5施加孔压；围压加载装置用于向围压室15施加围压；制冷装置用于对沉积物试样5的温度进行控制；数据采集装置用于对实验过程中沉积物试样5的温度和压力数据进行采集。

作为一个优选的实施例，压力室主体14的上下两端连接部分采用铝合金材料制作，中部采用低密度、X射线穿透性较好的材料制作，优选工程塑料，能够更好的通过CT中X射线的扫描，使成像更为清晰，各部分之间通过O型圈密封，螺栓固紧。

作为一个优选的实施例，压力室主体14与上端盖8、底部基座2的接触面之间分别通过0型密封圈12(a)和0型密封圈12(b)密封，橡皮膜13与围压室15上、下两端均通过密封圈3来密封处理，避免围压内气体渗漏。

作为一个优选的实施例，橡皮膜13采用耐高压低温的丁基材料，能够满足水合物生成条件。

作为一个优选的实施例，围压室15可以填充硅油施加围压也可以采用氮气施加围压，根据实验需求决定，当需要对压力室主体14内沉积物试样5的反应过程进行CT扫描时，为了使扫描更为清晰，围压室15可以采用氮气施加围压；当需要进行渗透率压力梯度以及普通力学特性试验时，围压室15可以采用填充硅油等液体物质施加围压。

作为一个优选的实施例，当围压室15采用氮气施加围压时，采用的围压加载装置包括围压加载泵18、针阀19(a)、氮气瓶20、围压进气管路和围压出气管路26。其中，围压进气管路一端与压力室主体14下端一侧预留的围压进气口相连，另一端与围压加载泵18的输出端相连；围压加载泵18的输入端通过针阀19(a)与氮气瓶20相连；围压出气管路26一端与压力室主体14上端一侧预留的围压出气口相连，另一端经针阀与外界连通。

作为一个优选的实施例，上端盖8中部设置的轴压腔室7包括相互连通的第一腔体和第二腔体，且第一腔体为与压力室主体14上端的第一圆柱形凹槽直径相同的圆柱形腔体，第二腔体为直径小于第一腔体直径的圆柱形腔体；轴向加载活塞10呈“十”字型结构，且轴向加载活塞10的纵轴上部插设在第二腔体中，轴向加载活塞10的纵轴下部经第一腔体插设在压力室主体14内的中空部分，并与沉积物试样5上端接触，轴向加载活塞10的横轴将第一腔体分为上、下两腔体。更为优选的，轴向加载活塞10的横轴与下腔体接触面之间设置有0型密封圈11。

作为一个优选的实施例，轴压加载装置包括轴向压缩泵32和数据采集器33，轴向压缩泵32的输出端经轴向加压管道与上端盖8一侧预留的与轴压腔室7中第二腔体的上腔体相连的轴向加压口相连，通过向上端盖8中的轴压腔室7内注入或排出硅油或其他合适液体，推动轴向加载活塞10上下移动。

作为一个优选的实施例，孔压加载装置包括甲烷瓶21、氮气瓶22、孔压进气管路23、孔压加载泵24、孔压出气管路27、背压阀28、气液分离器29和气体流量计30。其中，甲烷瓶21和氮气瓶22的输出端分别经针阀19(b)和针阀19(c)与孔压进气管路23的输入端相连，孔压进气管路23的输出端与孔压加载泵23的输入端相连；孔压加载泵24的输出端经底部基座2中部预留的孔压进气口与沉积物试样5底部连通；孔压出气管路27经轴向加载活塞10预留的孔压出气口与沉积物试样5顶部连通，孔压出气管路27另一端经针阀19(d)与背压阀28相连，背压阀18另一端分别经针阀19(e)和针阀19(f)与气体排空管路和气液分离器29相连，气液分离器29的气体输出端与气体流量计30相连。

作为一个优选的实施例，制冷装置包括水浴25、半导体制冷室17和半导体制冷室9。其中，半导体制冷室17设置在底部基座2下部预留的凸型凹槽中，且半导体制冷室17内设置有半导体制冷片，且半导体制冷片上端经底部基座2中部预留的制冷口与沉积物试样5下部接触；半导体制冷室9设置在轴向加载活塞10内，且半导体制冷室9内设置有另一半导体制冷片，该半导体制冷片经轴向加载活塞10内预留的制冷口与沉积物试样5上部接触；水浴25的输出端分别与半导体制冷室9和半导体制冷室17内的半导体制冷片相连，水浴25的控制端与控制显示器31相连，由控制显示器31对其温度进行控制；利用半导体制冷片的吸放热量原理，从而更好地达到控温的作用；从上下两端进行控温避免了在径向控温阻碍X射线扫描的拍摄。

作为一个优选的实施例，数据采集装置包括压力传感器4和温度传感器6。其中，压力传感器4等间隔设置在沉积物试样5的不同高度处，并通过轴向加载活塞10和底部基座2上预留导线孔与显示器31相连，用于对沉积物试样5不同位置处的压力变化进行采集，并发送到显示器31进行显示；温度传感器6设置在沉积物试样5外部，用于对沉积物试样的温度变化进行采集，并发送到显示器31进行显示。更为优选的，温度传感器6通过橡皮带紧密设置在沉积物试样外表面的橡皮膜13上，最小误差条件下尽可能反映试样试验过程中的真实温度变化。

实施例二

采用上述水合物沉积物原位渗透率压力梯度及力学特性测量系统进行水合物沉积物力学特性测量时，包括以下步骤：

(1)连接管路：将本发明装置放置于CT设备载物台处，并按照图2所示将反应釜分别与围压加载装置、孔压加载装置、轴压加载装置、制冷装置以及数据采集装置相连。

具体的连接方法为：

围压加载装置：将围压进气管路一端与压力室主体14下部设置的围压进气口相连，另一端依次连接围压加载泵18、针阀19(a)和氮气瓶20，氮气瓶20用于在实验过程中施加围压；围压出气管路26一端与压力室主体14上部设置的围压出气口相连，另一端与针阀相连，将气体排出围压室15。

孔压加载装置：将孔压进气管路23一端分别经针阀19(b)和针阀19(c)与甲烷瓶21和氮气瓶22相连，孔压进气管路23另一端经孔压加载泵24接入沉积物试样5底端，氮气瓶22用于在研究不生成水合物的过程中施加孔压，甲烷瓶21用于在研究生成水合物的过程中使用；孔压出气管路27一端与沉积物试样5上端相连，另一端经针阀19(d)依次连接背压阀28、气液分离器29和气体流量计30。

轴压加载装置：将轴向加载活塞10通过轴向压缩泵32经数据采集器33连接至控制显示器31，从而实施力学特性研究中，轴向加载的实施。

制冷装置：将半导体制冷室9中的半导体制冷片、半导体制冷室17中的半导体制冷片、温度传感器6通过线路连接至水浴25，水浴25连接控制显示器31，通过控制显示器31下达操作命令，维持反应室温度变化。

数据采集装置：不同高度的压力传感器4通过线路连接至控制显示器31，通过控制显示器31实时显示各个位置压力示数，表征研究天然气水合物沉积物原位渗透率压力梯度与力学特性。

(2)试样制备：根据所需试样孔隙度及水合物饱和度，将粉碎好的海洋土与一定量的高纯水混合均匀，在模具内使用击实锤分层击实，制成圆柱状试样，包裹保鲜膜后放置冰箱置于-20℃冷冻，以备后续实验使用。

(3)试样安装：取出冰箱里的沉积物试样，将沉积物试样装入橡皮膜13中；卸掉反应釜底端的螺母与垫片，将沉积物试样5装入反应釜相应位置，并取4个密封圈3套入沉积物试样5上、下两端用以密封；套上反应釜上端盖8，按照相对位置螺母加装原则装上相应的螺母与垫片。

(4)试样饱和：根据含不含水合物实验工况，打开甲烷气源21(含水合物实验工况)或氮气气源22(不含水合物实验工况)，并打开孔压出气口，观测孔压加载泵24的示数与背压阀28示数近乎一致时，将孔压出气口针阀19(d)关闭。设置孔压加载泵24保持恒压状态，观测控制显示器31所显示的消耗气体量，待不再消耗气体时沉积物试样5即达到饱和状态。

(5)水合物原位生成：调整水浴25的温度，使得压力室主体14内围压气体温度至0.5℃，使沉积物试样5的温度低于水合物相平衡温度。当孔压加载泵24内的气体体积没有明显变化时，表明沉积物试样5孔隙内的水已经与甲烷气体完全反应生成甲烷水合物，根据孔压加载泵24内的甲烷气体消耗量，计算水合物饱和度。

(6)试样固结：首先向围压室15内施加氮气使围压增大，迫使沉积物试样5内的甲烷气体排出，当气体体积不再变化时，认为气体排出量即为增压过程中沉积物试样的固结量；维持固结压力(即围压与孔压的差值)不变，直至围压加载泵18气体示数不再变化时，认为固结完成，记录该阶段油体积变化以得到固结量。两阶段总的固结量即试样固结结果。

(7)试样剪切：根据实验所需的剪切速率，设定并维持轴向压缩泵32内的液压油注入流速，以推动轴向加载活塞10对沉积物试样5进行剪切，并采集剪切过程中轴向压缩泵32的压力变化和轴向位移传感器的位移变化量，以得到沉积物试样5在剪切过程中的应力应变曲线。当要进行CT扫描时，暂停轴向加载，以防止CT图像重影。

实施例三

采用上述天然气水合物沉积物原位渗透率压力及力学特性测量系统进行力学特性测量时，具体的，包括以下步骤：

(1)～(6)：与实施例二中的步骤(1)～(6)过程一致。

(7)渗透测压阶段：实验采用恒压法测量，固结完成后将孔压加载泵24调至稳定压力10MPa，孔压出气端背压阀28压力调整至6MPa，观测甲烷气体通入试样过程中流量与流速变化，直至气体流量计30最终流速保持为定值，将流速与压力带入渗透率公式，求得渗透率值，同时观测渗透过程不同位置的压力大小。

本发明不仅能够在微观层面观测渗透率变化过程中的不同高度位置试样的压力梯度而且能够拒CT拍摄出不同压力位置对应的水合物生成胶结情况；另外该装置还可以实施宏观层面轴向加载对试样破坏的力学特性，通过CT拍摄出破坏过程中更为清晰的颗粒移动以及水合物破坏的微观图像，得到详细的宏观应力应变的数据反馈。两方面结合实现一种装置多重使用，更好的为水合物商业化开采提供理论数据支撑。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种水合物沉积物原位渗透率压力梯度及力学特性测量系统，其特征在于，包括：反应釜、沉积物试样、围压加载装置、孔压加载装置、轴压加载装置、制冷装置、数据采集装置以及控制显示器；

所述反应釜用于盛放沉积物试样，并与所述围压加载装置、孔压加载装置、轴压加载装置、制冷装置和数据采集装置相连；

所述轴压加载装置用于通过所述轴向加载活塞对所述沉积物试样加载轴向压力；

所述孔压加载装置用于对所述沉积物试样施加孔压；

所述围压加载装置用于向所述围压室施加围压；

所述制冷装置用于对所述沉积物试样的温度进行控制；

所述数据采集装置用于对实验过程中所述沉积物试样的温度和压力数据进行采集；

所述控制显示器用于对所述轴压加载装置和制冷装置进行控制，并对所述数据采集装置采集数据进行处理和显示。

2.如权利要求1所述的一种水合物沉积物原位渗透率压力梯度及力学特性测量系统，所述反应釜包括底座、压力室主体和上端盖；

所述压力室主体采用中空的“I”字型结构，且压力室主体的上、下两端中部分别设置有直径大于中空部分的第一圆柱形凹槽，两所述第一圆柱形凹槽与所述中空部分不连通；

所述底座包括通过连接螺母连接的底部基座和底座基板，所述底部基座上部呈阶梯状，且所述阶梯状中部插入到所述压力室主体的中空部分，所述阶梯状的外围部分与所述压力室主体下端面及第一圆柱形凹槽接触，并通过螺栓固定连接；

所述上端盖中部设置有与所述压力室主体上端的第一圆柱形凹槽相连通的轴压腔室，所述轴压腔室内设置有轴向加载活塞；

所述沉积物试样下端放置在所述底部基座的阶梯状中部，所述沉积物试样上端与所述轴向加载活塞下部相接触，且所述沉积物试样外部、底部基座的阶梯状中部上方以及轴向加载活塞下部均包裹有橡皮膜，所述橡皮膜外部、压力室主体中空部分内壁所述底部基座的阶梯状中部上表面以及底部基座的上表面之间形成围压室。

3.如权利要求2所述的一种水合物沉积物原位渗透率压力梯度及力学特性测量系统，其特征在于，所述围压室采用填充硅油施加围压或采用氮气施加围压。

4.如权利要求3所述的一种水合物沉积物原位渗透率压力梯度及力学特性测量系统，其特征在于，当所述围压室采用氮气施加围压时，采用的围压加载装置包括围压加载泵、两针阀、氮气瓶、围压进气管路和围压出气管路；所述围压进气管路一端与所述压力室主体下端一侧预留的围压进气口相连，另一端与所述围压加载泵的输出端相连；所述围压加载泵的输入端通过所述针阀与所述氮气瓶相连；所述围压出气管路一端与所述压力室主体上部一侧预留的围压出气口相连，另一端经另一所述针阀与外界连通。

5.如权利要求2所述的一种水合物沉积物原位渗透率压力梯度及力学特性测量系统，其特征在于，所述上端盖中部设置的轴压腔室包括相互连通的第一腔体和第二腔体，且所述第一腔体为与所述压力室主体上端的第一圆柱形凹槽直径相同的圆柱形腔体，所述第二腔体为直径小于所述第一腔体直径的圆柱形腔体；所述轴向加载活塞呈“十”字型结构，且所述轴向加载活塞的纵轴由所述第二腔体进入所述上端盖中，经所述第一腔体插设在所述压力室主体的中空部分，并与所述沉积物试样上端接触，所述轴向加载活塞的横轴将所述第一腔体分为上、下两腔体。

6.如权利要求2所述的一种水合物沉积物原位渗透率压力梯度及力学特性测量系统，其特征在于，所述轴压加载装置包括轴向压缩泵和数据采集器，所述轴向压缩泵的输出端经轴向加压管道与所述上端盖上预留的与所述上腔体相连的轴向加压口相连，通过向所述上腔体内注入或排出硅油，推动所述轴向加载活塞上下移动。

7.如权利要求2所述的一种水合物沉积物原位渗透率压力梯度及力学特性测量系统，其特征在于，所述孔压加载装置包括甲烷瓶、氮气瓶、孔压进气管路、孔压加载泵、孔压出气管路、背压阀、气液分离器和气体流量计；所述甲烷瓶和氮气的输出端经针阀与所述孔压进气管路的输入端相连，所述孔压进气管路的输出端与所述孔压加载泵的输入端相连；所述孔压加载泵的输出端经所述底部基座中部预留的孔压进气口与所述沉积物试样底部连通；所述孔压出气管路经所述轴向加载活塞预留的孔压出气口与所述沉积物试样顶部连通，所述孔压出气管路另一端经针阀与所述背压阀相连，所述背压阀另一端分别经针阀与气体排空管路和气液分离器相连，所述气液分离器的气体输出端与所述气体流量计相连。

8.如权利要求2所述的一种水合物沉积物原位渗透率压力梯度及力学特性测量系统，其特征在于，所述制冷装置包括水浴、第一半导体制冷室和第二半导体制冷室；

所述第一半导体制冷室设置在所述底部基座下部预留的凸型凹槽中，所述第一半导体制冷室内设置有第一半导体制冷片，且所述第一半导体制冷片上端经所述底部基座中部预留的制冷口与所述沉积物试样下部接触；

所述第二半导体制冷室设置在所述轴向加载活塞内，且所述第二半导体制冷室内设置有第二半导体制冷片，所述第二半导体制冷片经所述轴向加载活塞内预留的制冷口与所述沉积物试样上部接触；

所述水浴的输出端分别与所述第一半导体制冷片和第二半导体制冷片相连，所述水浴的控制端与所述控制显示器相连，由所述控制显示器对其温度进行控制。

9.如权利要求2所述的一种水合物沉积物原位渗透率压力梯度及力学特性测量系统，其特征在于，所述数据采集装置包括压力传感器和温度传感器；

所述压力传感器等间隔设置在所述沉积物试样的不同高度处，并通过所述轴向加载活塞和底部基座上预留导线孔与所述控制显示器相连，用于对所述沉积物试样不同位置处的压力变化进行采集，并发送到所述控制显示器进行显示；

所述温度传感器通过橡皮带紧密设置在所述沉积物试样外表面的橡皮膜外部，用于对所述沉积物试样的温度变化进行采集，并发送到所述控制显示器进行显示。

10.如权利要求2所述的一种水合物沉积物原位渗透率压力梯度及力学特性测量系统，其特征在于，所述压力室主体的上下两端采用铝合金材料制作，所述压力室主体中部采用工程塑料制作；

所述橡皮膜采用耐高压低温的丁基材料；

所述压力室主体与所述上端盖、底部基座接触面之间通过0型密封圈密封；所述橡皮膜与所述围压室上、下两端均通过密封圈来密封处理。

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