CN201364296Y - 一种天然气水合物剪切强度实验仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种天然气水合物剪切强度实验仪器。将剪切室和活塞机构安装在高压仓内，能够很容易地模拟地下条件来生成水合物，使剪切实验始终在高压低温环境中进行。剪切室分上下两室，中间对接处用环形活塞密封。上剪切室装有压实活塞，可以对填砂模型进行压实。剪切室上下两端设计有进气、进水口，并穿过高压仓与外部管线相连接。下剪切室固定在高压仓底部，上剪切室与高压仓顶部利用燕尾槽连接。在上剪切室外壁装有横向活塞，在剪切室生成水合物岩心后，可利用横向活塞对上剪切室进行推移剪切岩心，通过记录活塞杆的推力来计算岩心的剪切力，从而得到水合物岩心的剪切强度。

Description

一种天然气水合物剪切强度实验仪

技术领域

本实用新型涉及一种实验装置，用于测量天然气水合物岩心的剪切强度。

背景技术

随着油气资源的巨大消耗，人类在21世纪后期将面临油气资源的巨大危机。特别是中国作为能源消耗大国，年原油进口已经超过一亿吨。国内陆上油气田的产量勉强保持稳定，专家估计短期内很难再有重大突破。而天然气水合物作为一种替代能源，正在被世界各国的科学家所青睐。

天然气水合物是由天然气和水分子组成的类冰状的固态结晶体，天然气主要由甲烷组成，故也称为甲烷水合物。因含大量的甲烷气体而具有极强的燃烧力，可以直接燃烧，所以又俗称为“可燃冰”。天然气水合物的能量密度很高，据理论计算1m³的饱和天然气水合物在标准条件下可释放出164m³的甲烷气体，是其它非常规气源岩(诸如煤层气、黑色页岩)能量密度的10倍，为常规天然气能量密度的2～5倍，相当于0.164吨石油的能量。另外，天然气水合物燃烧只产生二氧化碳和水，不会污染环境，是一种难得的绿色洁净能源。

最重要的是，天然气水合物的储量非常丰富。根据天然气水合物存在的稳定条件分析，陆地上20.7％和大洋底90％的地区具有形成天然气水合物的有利条件，据此估计全球天然气水合物中的甲烷碳含量达10¹⁵kg或含有20×10¹⁵m³的甲烷气，相当于全世界已知煤炭、石油和天然气等常规化石燃料总碳储量的两倍。

在天然气水合物储层中，水合物可作为沉积物固结的“黏结剂”，使岩石胶结作用增强，剪切强度变大；在水合物分解过程中，沉积物孔隙胶结逐渐疏松，剪切强度降低。但是由于天然气水合物形成所处的高压低温条件，水合物岩心无法在传统的三轴仪上进行剪切实验。本发明是在不改变天然气水合物原状性质的条件下进行剪切实验，测量水合物分解前后其剪切强度的变化，为天然气水合物开发过程中储层稳定性研究提供技术支持。

发明内容

本实用新型的目的是要提供一种天然气水合物剪切强度实验装置，用于测量水合物岩心的剪切强度，为天然气水合物开发过程中储层稳定性研究提供技术支持。

本实用新型的目的按以下技术方案实现：

在一个密闭的高压仓内安装剪切装置，剪切装置由剪切室和相应的活塞机构组成，剪切室由上下两室对接构成，连接处安装环形活塞进行密封。上剪切室顶部设计有压实活塞，上剪切室外壁装有横向活塞。剪切室和活塞均安装于高压仓内，剪切室上下两端设计有进气、进水口，剪切室下端的进水口和进气口与高压仓外的水源和甲烷气源通过管路相连接。下剪切室固定在高压仓底部，上剪切室与高压仓顶部利用燕尾槽连接。高压仓内为循环水浴，高压仓外覆盖保温层，保证整个实验在低温高压的环境中进行。

本实用新型将剪切装置安装在高压仓内，保证了整个实验过程在低温高压下进行，剪切室和高压仓的设计，能够很容易地模拟水合物的地下条件来生成水合物。剪切室由上下两室对接而成，且上剪切室能沿燕尾槽平移，很容易使岩心发生剪切错断，通过记录高压泵的压力便可得到岩心的剪切力，从而得到水合物岩心的剪切强度。

附图说明

图1是依据本实用新型提出的天然气水合物剪切强度实验装置的结构示意图。

图中，1-剪切室，2-环形活塞，3-下剪切室，6-活塞，7-高压仓，9-剪切室入口，10-高压泵，11-活塞容器，12-甲烷气瓶，15-横向活塞，16-压实活塞。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，在一个密闭的高压仓7内安装剪切室和相应的活塞机构，剪切室由上下两室对接构成，连接处安装环形活塞2进行密封。上剪切室1顶部设计有压实活塞16和进水口，上剪切室1外壁装横向活塞15。在下剪切室3外侧装有活塞6，其活塞杆与上方的环形活塞2的活塞杆相固定。下剪切室3的底部设计有剪切室入口9，所有活塞机构的液压缸均与安装在高压仓外的高压泵10通过管路连接。剪切室入口9和甲烷气源12通过管路连接。下剪切室3固定在高压仓7底部，上剪切室1与高压仓7顶部利用燕尾槽连接。高压仓内为循环水浴，高压仓外覆盖保温层，保证整个实验在低温高压的环境中进行。

进行实验测试时，首先在下剪切室3和上剪切室1中填装石英砂，模拟水合物储层，而后在上下剪切室对接处套上环形活塞2，安装完毕后将剪切装置固定于高压仓7中。推挤安装在上剪切室1的压实活塞16将剪切室内的石英砂压实。而后通过高压泵10和甲烷气源12将水和高压甲烷气注入剪切室中。设定好温度和压力后，在剪切室中生成水合物。

水合物生成后，利用高压泵10通过活塞容器11推挤活塞6下移，同时带动安装在剪切室中部的环形活塞2下移至上下剪切室连接缝之下。高压仓7内与剪切室的压力一致，且高于试验温度下水合物的分解压力。然后，推挤横向活塞15，使活塞杆推挤上剪切室。记录上剪切室发生错动时高压泵的压力，就可根据横向活塞的面积得到活塞的横向推力，该横向推力与剪切室横截面面积的比值即为水合物岩心的剪切强度。

Claims (2)

1.一种天然气水合物剪切强度实验仪，包括剪切室、活塞机构、高压泵、甲烷气源及相应的管路，其特征是，剪切室由上下两室对接构成，连接处安装环形活塞(2)，上剪切室(1)顶部设计有压实活塞(16)，上剪切室(1)外壁装有横向活塞(15)，剪切室和活塞均安装于高压仓(7)内，剪切室上下两端设计有进气、进水口，剪切室下端的进水口和进气口与高压仓外的水源和甲烷气源通过管路相连接，高压仓(7)内为循环水浴，高压仓(7)外覆盖保温层，保证整个实验在低温高压的环境中进行。

2.根据权利要求1所述的天然气水合物剪切强度实验仪，其特征是，下剪切室(3)固定在高压仓底部，上剪切室(1)与高压仓(7)顶部利用燕尾槽连接。