CN201661295U - 一种天然气水合物储层物性测量装置 - Google Patents

一种天然气水合物储层物性测量装置 Download PDF

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任韶然
尚校森
张卫东
常会江
刘永军
李洋
魏韦
赵文龙
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Abstract

本实用新型提供了一种天然气水合物储层物性测量装置。本装置可以生成量大而均匀的天然气水合物,并用于测量天然气水合物储层的物性参数。在反应釜中生成天然气水合物的过程中,旋转反应釜以使生成的水合物量大而且均匀。同时通过声波发射探头发射声波使其通过所生成的水合物储层,并利用数据采集系统采集声波在水合物储层中传播的速度及相关所需数据,从而达到对水合物储层物性参数包括力学参数泊松比、杨氏模量和电学特性电阻率进行测量的目的。

Description

一种天然气水合物储层物性测量装置
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种实验装置,特别是用于生成天然气水合物并对其储层物性参 数进行测量的实验装置。
[0002] 背景技术
[0003] 随着油气资源的消耗,人类在21世纪后期将面临油气资源的巨大危机。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。
[0004] 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。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 X 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。
[0005] 天然气水合物储层物性参数的测定对天然气水合物的开采有重要意义,目前常用 模拟实验装置来测量天然气水合物储层的物性,多数实验装置被设计成一维模型,而且尺 寸较小。如Winters实验所采用的美国地质局的实验装备其尺寸为Φ 71 X 130mm,属于较小 尺寸的反应容器。中国青岛海洋地质研究所的天然气水合物模拟实验监测系统容积也只有 1L。小尺寸水合物实验装置增加了实验数据采集的偶然性,且水合物生成后在储层中分布 难以均勻,与实际水合物储层原地产状差别较大。
[0006] 发明内容
[0007] 本实用新型的目的是要提供一种天然气水合物储层物性测量装置,该装置可以模 拟生成量大而均勻的天然气水合物,并用于测量天然气水合物储层的物性参数,为天然气 水合物开采过程的研究提供技术支持。
[0008] 本实用新型的目的按以下技术方案实现:
[0009] 在高压反应釜的两端分别安装声波发射探头和声波接收探头,在反应釜的声波接 收端沿堵头几何中心对称布置有两对电极,用来测量不同深度模拟水合物储层的电阻变 化。声波发射和接收探头及电极通过导线与数据采集系统连接,数据采集系统采用Fluk hydra系列数据采集器。反应釜的声波发射端还接有气体流量计,流量计的另一端接缓冲 罐和储气瓶。在反应釜的声波接收端接有一个回压阀和两个高压泵,其中回压阀与另一个 气体流量计相连,而其中一个高压泵则与模拟海水相连。反应釜是本实验装置的主体部分, 由内中外相互密封的三层圆筒组成,其中内层为反应空间,内填石英砂,中间层为环压层, 与内层之间有橡胶套隔离层,外层为温度控制层,供冷冻液循环;反应釜的最外围是保温 层。反应釜的中部通过轴承与支架连接并安装在支架上,可以使反应釜进行360°旋转并能 够在任意位置固定。
[0010] 实验时先在反应釜中生成天然气水合物,在水合物生成的过程中,旋转反应釜使 生成的水合物量大而且均勻。再通过声波发射探头发射声波,并利用数据采集系统采集声 波和电极的信息,从而求取天然气水合物储层的力学参数泊松比、杨氏模量和电学特性电 阻率等物性参数。[0011] 本实用新型的有益效果是:装置容积大,属于小三维天然气水合物模拟实验装置, 可以更宏观的观察测量储层的物性,得到更平均的实验数据。反应釜的中间部位设计有轴 承,可以使反应釜进行360°旋转并能够在任意位置固定,这样可以使天然气水合物在多孔 介质中生成得更加均勻,减小气水分离,从而使测得的实验数据更准确;可在纵向测量声波 数据,径向测量不同深度的电阻率数据,因此属于三维装置。
[0012] 附图说明:
[0013] 图1是根据本实用新型所提出的天然气水合物储层物性测量装置的结构示意图。
[0014] 图中,1-反应釜;2-声波发射探头;3-气体流量计;4-阀门;5-缓冲罐;6_储气 瓶;7-支架;8-数据采集系统;9-保温层;10-围压;11-高压泵;12-高压泵;13-模拟海 水;14-气液分离计量器;15-气体流量计;16-回压阀;17-声波接收探头;18-橡胶套; 19-电极;20-填砂模型;21-轴承。
[0015] 具体实施方式:
[0016] 下面结合附图和实施例来进一步描述本实用新型。
[0017] 如图1所示,在支架7上安装高压反应釜1,在反应釜1的两端分别安装声波发射 探头2和声波接收探头17,在反应釜的声波接收端距堵头几何中心不同方位布置有测量深 度不同的长短两对电极19,沿距堵头几何中心约3cm(堵头直径12cm)对称分布,其中一对 长电极探入反应腔17cm,一对短电极探入反应腔5cm,反应腔长度约35cm,电极19用来测 量不同深度模拟水合物储层的电阻变化。声波发射探头2和声波接收探头17及电极19通 过导线与数据采集系统8连接,数据采集系统8采用Fluk hydra系列数据采集器。反应釜 1的声波发射端还接有气体流量计3,流量计的另一端接缓冲罐5和储气瓶6。在反应釜1 的声波接收端接有一个回压阀16和两个高压泵11、12,其中回压阀16与气体流量计15相 连,而其中一个高压泵12则与模拟海水13相连。高压反应釜是本实验装置的主体部分,由 内中外相互密封的三层圆筒组成,其中内层为反应空间,内填石英砂,中间层为环压层,与 内层之间有橡胶套18隔离层,外层为温度控制层,供冷冻液循环,反应釜的最外围为保温 层9。反应釜1的中部通过轴承21安装到支架7上,可以使反应釜进行360°旋转并能够 在任意位置固定。
[0018] 在进行实验时,先用蒸馏水把反应釜1清洗干净,把实验用砂子也用蒸馏水漂洗 干净,晾干后装入反应釜1的内层中。通过高压泵12注入3% Nacl溶液作为模拟海水13, 利用高压泵11加压至实验所需压力。通过保温层9调节系统温度至实验所需温度,待反应 釜温度平衡后,从气瓶6经缓冲罐5和流量计3往反应釜1内注入天然气,同时开启反应釜 1另一端阀门,放出一部分溶液,维持反应釜内压力不变。待系统温度稳定后,缓慢降温,在 此过程中不断旋转反应釜1,调节反应釜倾斜度,使天然气充分溶解并使水合物生成过程均 勻。在反应釜压力降低至甲烷水合物相同实验温度下所对应压力以下后,甲烷水合物不再 生成。重新注入3% Nacl溶液,使反应釜压力升至原值,再通过发射探头2发射声波和接收 探头17接收声波,利用数据采集系统8采集反应釜内声波速度及电极19的信息,进而求得 储层物性参数包括力学参数泊松比、杨氏模量和电学特性电阻率等。
4

Claims (3)

  1. 一种天然气水合物储层物性测量装置,主要包括反应釜、恒温水浴、温度与压力测量仪表、超声波发生接收器和数据采集系统,其特征是:在高压反应釜的两端分别安装声波发射探头和声波接收探头,在反应釜的声波接收端沿堵头几何中心对称布置有两对电极,用来测量不同深度模拟水合物储层的电阻变化,声波发射和接收探头及电极通过导线与数据采集系统连接,反应釜的声波发射端还接有气体流量计,流量计的另一端接缓冲罐和储气瓶;在反应釜的声波接收端接有一个回压阀和两个高压泵,其中回压阀与另一个气体流量计相连,而其中一个高压泵则与模拟海水相连;反应釜由内中外相互密封的三层圆筒组成,其中内层为反应腔,内填石英砂,中间层为环压层,与内层之间有橡胶套隔离层,外层为温度控制层,供冷冻液循环,反应釜的最外围是保温层。
  2. 2.根据权利要求1所述的天然气水合物储层物性测量装置,其特征是:数据采集系统 采用Fluk hydra系列数据采集器。
  3. 3.根据权利要求1所述的天然气水合物储层物性测量装置,其特征是:反应釜的中间 部位通过轴承与支架连接并安装在支架上。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102279316A (zh) * 2011-06-09 2011-12-14 青岛石大石仪科技有限责任公司 多孔介质中天然气水合物电阻率测量传感器
CN103397879A (zh) * 2013-08-14 2013-11-20 中国石油大学(华东) 基于流动电位的储层参数测量系统及测量方法
CN103424532A (zh) * 2012-05-22 2013-12-04 青岛海洋地质研究所 含水合物沉积物速度剖面结构特性研究的实验装置
CN107976351A (zh) * 2017-11-27 2018-05-01 大连理工大学 一种海洋天然气水合物岩芯重塑装置及方法

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