CN204740165U - 一种含甲烷水合物的岩心样品压制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种含甲烷水合物的岩心样品压制装置，包括液压装置控制器，液压装置控制器连接油马达，油马达连接油泵，油泵分别连接压制装置电机和液压油罐，油马达连接压柱的顶部，压柱的底部接触振动器，振动器压在下方的岩心样品上，岩心样品装在模具内，岩心样品外套有衬套，模具为分体式设计，模具外设有压紧机构，压紧机构由压制装置冷却夹套包裹，冷却夹套上分别设有液氮入口和氮气出口，振动器连接振动装置控制器。本实用新型的有益效果是能够很好地保证所压制的含甲烷水合物的岩心样品的基本特征与目标储层一致。

Description

一种含甲烷水合物的岩心样品压制装置

技术领域

本实用新型属于石油天然气技术领域，涉及一种含甲烷水合物的岩心样品压制装置。

背景技术

受岩心来源限制，天然气水合物关键物性参数(主要包括力学、声学、电学、热物理及渗透率等)研究进展缓慢。人造含水合物沉积物岩心是天然气水合物模拟实验研究的重要手段之一。开展含水合物沉积物物性参数测定技术研究，样品制备尤为关键。目前，实验室中制备样品的方法主要有二种：原位生成法和混合压制法。不同的制备方法将会导致所制作的含水合物沉积物物理模型不同，进而导致测量所得的有关物性参数存在较大差异。自然界水合物的形成与实验室合成在时间尺度上存在巨大的差异，因此，实验室制备的含水合物沉积物的结构性、胶结性等微观方面与自然界的水合物沉积物有较大的差别。因此，非常有必要建立一种含水合物岩心样品的制备技术方法，以获取更为接近自然状态下的含水合物沉积物样品，以替代真实的含天然气水合物岩心样品开展相关实验，这对含天然气水合物岩心样品关键物性参数的准确测定以及相关应用技术方法的建立具有重要意义。

混合压制法是目前国内外应用比较普遍的一种人工岩心压制技术，该方法将天然气水合物粉末与特定规格石英砂在一定温度压力条件下混合压缩成型。

大连理工大学采用混合压实法制备含水合物岩心样品。该方法中先将高岭石粘土烤干，然后放到冰箱里冷却。此外，用刨冰机制得冰粉并将其填充到反应器中，同时，也将高压甲烷气体充入反应器中，然后将反应器放入冰箱中来生成甲烷水合物。在反应结束后将不饱和的甲烷水合物从反应器中取出，根据实验要求将干燥的高岭石粘土与不饱和甲烷水合物按一定比例混合，然后将混合物放入模子中加高压(10MPa)压缩来制得样品。最后，将沉积物样品从模子中取出，包在一个橡胶膜中并及时放入压力室中。整个样品制备过程都是在低温室(-10℃)中进行的。

上述技术涉及一种含水合物岩心样品的混合压实制样技术，与本申请技术方法接近。该方法虽然实现了在含水合物岩心样品的压制成型，但无法准确控制水合物饱和度、分布状态(弥散状、核状及层(脉)状等)等特定水合物储层的关键特征，即无法确保所压制岩心的基本特征与目标储层的一致性。产生上述问题的原因是上述背景方法未综合考虑模拟实验中目标储层的有关特性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种含甲烷水合物的岩心样品压制装置，解决了现有的水合物岩心样品的压制成型过程中，无法确保所压制岩心的基本特征与目标储层的一致性的问题。

本实用新型所采用的技术方案是包括液压装置控制器，液压装置控制器连接油马达，油马达连接油泵，油泵分别连接压制装置电机和液压油罐，油马达连接压柱的顶部，压柱的底部接触振动器，振动器压在下方的岩心样品上，岩心样品装在模具内，岩心样品外套有衬套，模具为分体式设计，模具外设有压紧机构，压紧机构由压制装置冷却夹套包裹，冷却夹套上分别设有液氮入口和氮气出口，振动器连接振动装置控制器。

进一步，所述冷却夹套采用对开方式，内部采用螺旋式结构，使冷却液充分与样品柱接触保持制冷温度。

本实用新型的有益效果是能够很好地保证含甲烷水合物的岩心样品压制基本特征与目标储层的一致。

附图说明

图1是本实用新型含甲烷水合物的岩心样品压制方法示意图；

图2是岩心压制装置示意图；

图3是混合搅拌装置示意图。

其中，其中，1液压装置控制器，2压制装置电机，3油泵，4油马达，5液压油罐，6压柱，7振动装置控制器，8模具，9液氮入口，10氮气出口，11振动器，12压紧机构，13岩心样品，14压制装置冷却夹套，15衬套，21搅拌装置电机，22减速机构，23电器控制器，24传动机构，25搅拌轴，26搅拌桨，27搅拌装置冷却夹套，28物料箱，29沉积物与水合物混合物料。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

图1为本工艺流程的示意图，本实用新型实施例工艺流程的步骤如下：

(1)确定压制岩心的基本特征：

南海神狐海域含水合物沉积物岩心SH2B为目标水合物储层样品，以其基本特征确定本实施案例的实际物理模型特征。由于目标储层的矿物组成十分复杂，实施例中对其进行了简化：该区域水合物饱和度为20％～49％，取平均值为34.5％；平均孔隙度为32％；水合物在沉积物中呈弥散状分布；岩心沉积物组成以碎屑矿物、粘土矿物和碳酸盐矿物为主，总体含量分别为63％、20％和17％；碎屑矿物主要为石英，粘土矿物主要为伊利石和绿泥石，碳酸盐矿物主要为方解石；水合物主要气体组成为甲烷气体。

(2)沉积物复配及预处理：

①按重量份分别称取细粒石英砂6.3份、粘土矿物(伊利石)2.0份和方解石1.7份；

②将步骤①称取的沉积物用实验室去离子水冲洗2～3次，冲洗干净后转移至样品盘中；

③将盛由沉积物样品的样品盘置于烘箱中烘干备用；

④将烘干后的沉积物样品置于混合搅拌装置(图3所示)的物料箱28中；

⑤通过电器控制器23设置搅拌速率，开启搅拌装置电机21，直至沉积物样品混合均匀；

(3)水合物与沉积物低温搅拌混合：

①将混合搅拌装置(图3)置于-30℃低温室内；

②将混合搅拌装置(图3)中搅拌系统冷却夹套27中注入液氮降低物料箱28(图3)及其中沉积物的温度以防止水合物分解；

③依照岩心样品体积、孔隙度和水合物饱和度计算所需水合物重量为6.4g，采用桌面称迅速称取实验室合成的纯甲烷气体水合物样品；

④待物料箱28(图3)充分冷却后将称取的纯甲烷气体水合物样品置于物料箱中与复配的沉积物混合；

⑤通过电器控制器22(图3)设置搅拌器转速100r/min和搅拌时间15min，开启搅拌装置电机21(图3)，开始搅拌直至水合物与沉积物混合均匀；

⑥将混合均匀的含水合物沉积物样品从物料箱28(图3)中取出并置于液氮中保存；

(3)人工岩心压制：

①将岩心压制设备(图2所示)置于-30℃低温室内；

②将岩心压制模具8(图2)对接后旋紧固定螺丝；

④将起固定保护作用的压紧机构12(图2)紧贴模具安装并锁紧；

⑤将压制装置冷却夹套14(图2)与模具8(图2)和压紧机构12(图2)紧贴并安装固定；

⑥将尺寸为5cm×10cm衬套15(图2)置于模具8(图2)中；

⑦从液氮入口9(图2)向模具8(图2)的外层保温夹套14(图2)内注满液氮，使得压制模具温度降低以防止压样过程中水合物发生分解；

⑧将冷冻并混合均匀的含甲烷气体水合物沉积物填入模具8(图2)内；

⑨目标水合物储层的埋深、压实程度等特征，通过岩心压制设备(图2)的液压系统控制器1(图2)设置实验压力30kN，恒压时间为20min；

⑩通过振动装置控制器7(图2)开启振动器11(图2)；

开启液压系统控制器1(图2)，在振动器11(图2)配合下，通过压柱6(图2)对含水合物沉积物同时振动和压实，可使得岩心压制得更为紧实；压制过程中应保证压制装置冷却夹套内14充满液氮，防止水合物分解。

(4)岩心脱模：

①岩心压制结束后，将压柱6(图2)提升至初始位置，关闭振动控制器7(图2)液压系统控制器1(图2)；

②依次快速拆除压制装置冷却夹套14(图2)、压紧机构12(图2)和模具8(图2)；

③小心取出裹有衬套15(图2)的岩心样品13(图2)，并迅速将样品用锡箔纸包裹后置于液氮中保存，岩心压制完成。

根据水合物模拟实验研究需要，制备的含水合物岩心样品可以用于开展水合物物性参数的原位测试和非原位实验。

本实用新型岩心压制装置如图2所示，采用分体设计，对开结构，方便成型岩心的取出，可操作性强。该装置主要包括5个系统，分别为模具主体、液压系统、电器控制、冷却系统和振动系统。液压系统由压制装置电机2，油泵3，油马达4，液压油罐5，压柱6组成；其中油泵3分别连接压制装置电机2、油马达4和液压油罐5，液压系统最大行程250mm，输入功率为1.5kW，最大推力/拉力为60kN，推速/拉速为18mm/s；该系统主要执行岩心样品的压实；电器控制由液压装置控制器1和振动装置控制器7组成，主要执行液压系统和振动系统电动器件的控制，包括液压泵提升、压实和振动。振动系统采用内置式振动器11，直接安装在压柱6内，震动和压实同时进行，使样品更能压得更致密些。振动器激振力为10-80kN，振动频率为47.5Hz-50Hz。模具主体由优质316不锈钢材料制成，可有效防止低温条件金属生锈对岩心造成污染，模具8分体式设计，便于成型岩心的取出；模具8中可以放衬套15从而调节岩心的大小。冷却系统包括压制装置冷却夹套14和压紧机构12。压紧机构12采用对开、搭扣设计，紧贴模具8；压制装置冷却夹套14固定在压紧机构12立柱，同时紧贴模具8上；通过液氮入口9向压制装置冷却夹套14注入液氮进行冷却；压制装置冷却夹套14采用对开方式，内部采用螺旋式结构，使冷却液充分与样品柱接触保持制冷温度。

混合搅拌装置如图3所示，整个搅拌装置采用不锈钢制作，避免一般搅拌机(铁制)生锈污染试验样品。该装置主要由搅拌系统、控制系统及冷却系统组成。

搅拌系统：主要由搅拌装置电机21、减速机构22、传动机构24、搅拌轴25、搅拌桨26及物料箱28等组成。其中搅拌装置电机21通过传动机构24连接搅拌轴25，搅拌轴25上设有搅拌桨26，搅拌轴25安装在物料箱28中，物料箱28内装有沉积物与水合物混合物料29。搅拌速度可调。物料箱28直径350mm，长600mm，高1300mm，搅拌装置电机21功率为3kW。

控制系统：主要为电器控制器23，控制搅拌装置电机21开启、关闭和转速调节。

冷却系统：主要为搅拌系统冷却夹套27，固定在物料箱28外壳上，确保在样品低温状态下搅拌；搅拌系统冷却夹套27采用的也是对开式，方便装卸。

以上所述仅是对本实用新型的较佳实施方式而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (2)

1.一种含甲烷水合物的岩心样品压制装置，其特征在于：包括液压装置控制器(1)，液压装置控制器(1)连接油马达(4)，油马达(4)连接油泵(3)，油泵(3)分别连接压制装置电机(2)和液压油罐(5)，油马达(4)连接压柱(6)的顶部，压柱(6)的底部接触振动器(11)，振动器(11)压在下方的岩心样品(13)上，岩心样品(13)装在模具(8)内，岩心样品(13)外套有衬套(15)，模具(8)为分体式设计，模具(8)外设有压紧机构(12)，压紧机构(12)由压制装置冷却夹套(14)包裹，冷却夹套(14)上分别设有液氮入口(9)和氮气出口(10)，振动器(11)连接振动装置控制器(7)。

2.按照权利要求1所述一种含甲烷水合物的岩心样品压制装置，其特征在于：所述冷却夹套(14)采用对开方式，内部采用螺旋式结构，使冷却液充分与样品柱接触保持制冷温度。