CN205593889U - 天然气水合物饱和度和沉积物渗透率同步测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种天然气水合物饱和度和沉积物渗透率同步测量装置，包括倒置的反应釜，反应釜的底端分别连接有抽真空系统、围压控制系统和循环制备样品系统，反应釜的顶端分别连接有渗透率瞬态测量系统、水合物饱和度测量系统和数据采集系统，渗透率瞬态测量系统、水合物饱和度测量系统、和数据采集系统分别与计算机相连接；反应釜、循环制备样品系统和渗透率瞬态测量系统均设置于温度控制系统内。本实用新型能够实现合成与分解过程中水合物饱和度及其沉积物渗透率的同步瞬态测量，为储层渗透率在水合物成藏与开采过程中的变化规律研究提供可靠的实验平台。

Description

天然气水合物饱和度和沉积物渗透率同步测量装置

技术领域

本实用新型属于非常规油气藏工程与岩土工程基础物性测量技术领域，具体涉及一种天然气水合物饱和度和沉积物渗透率同步测量装置。

背景技术

天然气水合物勘探开发受到各国政府、高校和研究机构的高度重视，已经成为非常规油气藏工程的研究热点，其涉及的含水合物沉积物结构较常规土体结构更为复杂，对岩土工程相关理论的工程应用提出了更高的要求。我国南海海域和青藏高原蕴含着丰富的水合物资源，海域水合物试开采的实施迫在眉睫，然而在水合物成藏理论与开采机理方面仍然存在一些问题，特别是不同饱和度和微观赋存形式的水合物对其沉积物渗透率的影响规律及理论模型研究仍然不能较好的满足工程实际需求。

由于现场取芯技术的难度大、成本高，而人工合成的样品具有操作简便、参数可控和成本低廉等特点，常被选为室内实验研究的主要对象。水合物饱和度与微观赋存形式是其沉积物渗透率的重要影响因素，而水合物成藏过程与开采过程中水合物微观赋存形式随水合物饱和度的变化规律存在着较大差异。水合物勘探开发引起的沉积物有效应力变化会造成微观孔隙结构的扰动，进而导致含水合物沉积物渗透率的变化。近年来，国内外许多高校以及研究机构开展了含水合物沉积物渗透率的实验测量工作，研制了多套实验测量装置，能够一定程度上模拟水合物成藏与开采过程，根据气量变化间接确定水合物饱和度，采用稳态渗流法测量沉积物渗透率。但是目前已有的含水合物沉积物渗透率测量装置无法对水合物饱和度进行实时动态测量，测量时难以形成理想的稳态渗 流状态，特别是对于我国南海海域以粘土质粉砂等细颗粒为主的含水合物沉积物而言，测量精度低，消耗时间长，水合物饱和度易发生变化，无法实现水合物饱和度及其沉积物渗透率的同步瞬态测量，制约了水合物合成与分解过程中沉积物渗透率随水合物饱和度变化规律及理论模型的研究工作。

实用新型内容

为了克服现有测量装置存在的上述问题，本实用新型提供一种水合物饱和度及其沉积物渗透率同步瞬态测量装置。该装置能够模拟自然条件下水合物储层的温度、压力和孔隙度等参数，能够模拟水合物成藏过程与开采过程，能够实时动态测量水合物饱和度，无需稳态渗流状态即可快速测量沉积物渗透率，能够实现水合物饱和度及其沉积物渗透率的同步瞬态测量，测量精度高，消耗时间短，测量时水合物饱和度不会发生变化。

本实用新型所采用的技术方案是，一种天然气水合物饱和度和沉积物渗透率同步测量装置，包括倒置的反应釜，反应釜的底端分别连接有抽真空系统、围压控制系统和循环制备样品系统，反应釜的顶端分别连接有渗透率瞬态测量系统、水合物饱和度测量系统和数据采集系统，渗透率瞬态测量系统、水合物饱和度测量系统和数据采集系统分别与计算机相连接；反应釜、循环制备样品系统和渗透率瞬态测量系统均设置于温度控制系统内。

进一步地，反应釜内设有成型模盒，成型模盒内设置导热导压的橡胶筒，橡胶筒与数据采集系统相连接，橡胶筒内包裹沉积物样品，沉积物样品的顶部和底部分别设置有第一透水石和第二透水石，沉积物样品与水合物饱和度测量系统相连接；反应釜之内且在橡胶筒之外的围压环腔内充满液体；反应釜整体放置于温度控制系统内。

进一步地，水合物饱和度测量系统包括两根平行的时域反射探针、同轴电缆、时域反射仪和计算机；时域反射探针设置于沉积物样品内部，时域反射探针设置有2个，2个时域反射探针平行设置；两个时域反射探针均通过同轴电缆与时域反射仪相连接；时域反射仪与计算机相连接。

进一步地，时域反射仪为TDR100时域反射仪。

进一步地，渗透率瞬态测量系统包括上游渗透容器、下游渗透容器、第二高压注液泵、第二储水容器；

上游渗透容器通过第一管道与反应釜的顶端相连接；下游渗透容器通过第二管道与反应釜的底端连接，第一管道和第二管道通过第三管道相连接；上游渗透容器和下游渗透容器均与第二高压注液泵、第二储水容器、数据采集系统和温度控制系统相连接；上游渗透容器与循环制备样品系统相连接。

进一步地，循环制备样品系统包括高压气瓶、第一储水容器、饱和水容器、磁力搅拌器、第一高压注液泵、第一压力表、第二压力表、真空泵和回压阀；围压控制系统包括第三高压注液泵和第三储水容器；抽真空系统包括真空泵；

上游渗透容器通过第四管道与第二储水容器相连接，下游渗透容器通过第五管道与第四管道相连接；围压环腔通过第六管道依次连接有第六阀门、第三高压注液泵和第三储水容器；饱和水容器的底部盛放有超饱和气的水，饱和水容器内且在超饱和气的水上方盛放有气体，超饱和气的水中盛放有磁力搅拌器；

饱和水容器的底端通过第七管道与第一管道相连接，饱和水容器的顶端分别通过第八管道、第九管道和第十管道与高压气瓶、第一储水容器和第二管道相连接；第九管道通过第十一管道连接有真空泵；

第一管道上设置有第九阀门，第九阀门设置于第一管道和第三管道的交点 以及第一管道和第七管道的交点之间；第三管道上设置有第十阀门；第二管道上设置有第八阀门，第八阀门设置于第二管道和第三管道的交点以及第二管道和第十管道的交点之间；自第二储水容器开始，第四管道上依次设置有第十四阀门、第二高压注液泵、第二压力表、第十三阀门和第十一阀门，第五管道设置于第十三阀门和第十一阀门之间，第五管道上设置有第十二阀门；自第三储水容器开始，第六管道上依次设置有第三高压注液泵、第六阀门；自饱和水容器的底部开始，所述第七管道上依次设置有第五阀门、第一高压注液泵和第七阀门；自高压气瓶开始，第八管道上依次设置有第一压力表和第一阀门；第九管道上且在第九管道与第十一管道的交点之后设置有第二阀门；第十一管道上设置有第三阀门；自饱和水容器的顶部开始，第十管道上依次设置有回压阀和第四阀门。

进一步地，温度控制系统包括第一恒温水浴箱、第二恒温水浴箱和第三恒温水浴箱，反应釜设置于第一恒温水浴箱内，上游渗透容器、下游渗透容器和第二储水容器均设置于第二恒温水浴箱内，磁力搅拌器设置于第三恒温水浴箱内。

进一步地，数据采集系统包括第一温度探头、第二温度探头、第三温度探头、第四温度探头和第五温度探头、压差传感器、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器、第五压力传感器和数据采集模块；

所述数据采集模块分别与第一温度探头、第二温度探头、第三温度探头、第四温度探头和第五温度探头、压差传感器、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器、第五压力传感器和计算机相连接；

所述第一温度探头、第二温度探头、第三温度探头、第四温度探头和第五 温度探头分别与橡胶筒、饱和水容器、上游渗透容器、下游渗透容器和第二储水容器相连接；第一管道和第三管道之间设置有压差传感器，压差传感器的一端设置于第一管道和第三管道的交点与第十阀门之间；压差传感器的另一端设置于第二管道和第三管道的交点与第八阀门之间；

第一压力传感器与饱和水容器相连接，第二压力传感器设置于第七管道上且设置于第七阀门以及第七管道和第一管道的交点之间；第三压力传感器设置于第十管道上且设置于第四阀门以及第十管道和第二管道的交点之间；第四压力传感器设置于第一管道上且在第九阀门以及第一管道和第三管道的交点之间；第五压力传感器设置于第二管道上且设置于第二管道和第三管道的交点以及压差传感器与第二管道的交点之间。

本实用新型的有益效果是：这种天然气水合物饱和度及其沉积物渗透率同步瞬态测量装置整体放置于步入式冷库，主要包含反应釜、水合物饱和度测量系统、渗透率瞬态测量系统、温度控制系统、围压控制系统、循环制备样品系统、抽真空系统和计算机数据采集系统。步入式冷库为测量实验提供一个稳定的外界温度条件；反应釜内进行水合物合成与分解，是测试装置的核心部件；水合物饱和度测量系统实时动态测量水合物含量；渗透率瞬态测量系统在非稳态渗流条件下快速测量沉积物渗透率；温度控制系统为水合物合成与分解以及渗透率测量提供一个更为精确恒定的温度条件；围压控制系统模拟实际的水合物地层压力；抽真空系统排除测量装置内部的其它气体，为测量实验开始做准备；计算机数据采集系统采集并存储水合物饱和度、渗透率、温度、压力和压差等实验数据。

本实用新型的优点还在于：

1、反应釜设计压力为0-30MPa，设计温度为–20℃～室温，围压加载上限为25MPa，能够模拟自然条件下海底水合物储层的温度、孔隙压力和应力条件，满足室内实验研究的需求；

2、步入式冷库和温度控制系统能够实现温度的快速、精确及稳定控制，满足实验需求；

3、计算机数据采集系统能够实现实验数据的实时测量与持续存储，配备专业的数据及图像分析软件；

4、反应釜顶盖和底盖均能够快速拆卸，实验后方便清洗；

5、水合物饱和度测量系统采用时域反射技术实现合成与分解过程中水合物饱和度的实时动态测量；

6、渗透率瞬态测量系统能够在非稳态渗流条件下获得沉积物渗透率实验数据，测量精度高，消耗时间短，测量过程对水合物合成与分解过程影响小；

7、所述的测量装置能够实现合成与分解过程中水合物饱和度及其沉积物渗透率的同步瞬态测量，为储层渗透率在水合物成藏与开采过程中的变化规律研究提供可靠的实验平台。

附图说明

图1是本实用新型天然气水合物饱和度和沉积物渗透率同步测量装置的结构框图；

图2是本实用新型天然气水合物饱和度和沉积物渗透率同步测量装置的结构示意图。

图中，1.沉积物样品，2-1.第一透水石，2-2.第二透水石，3.围压环腔，4.温度控制系统，4-1.第一恒温水浴箱，4-2.第二恒温水浴箱，4-3.第三恒温水浴箱； 5.时域反射探针，6-1.第一压力传感器，6-2.第二压力传感器，6-3.第三压力传感器，6-4.第四压力传感器，6-5.第五压力传感器，7-1.第一温度探头，7-2.第二温度探头，7-3.第三温度探头，7-4.第四温度探头，7-5.第五温度探头，8-1.第一高压注液泵，8-2.第二高压注液泵，8-3.第三高压注液泵，9.气体，10.超饱和气的水，11.磁力搅拌器，12.高压气瓶，13-1.第一储水容器，13-2.第二储水容器，13-3.第三储水容器，14.真空泵，15.回压阀，16-1.第一阀门，16-2.第二阀门，16-3.第三阀门，16-4.第四阀门，16-5.第五阀门，16-6.第六阀门，16-7.第七阀门，16-8.第八阀门，16-9.第九阀门，16-10.第十阀门，16-11.第十一阀门，16-12.第十二阀门，16-13.第十三阀门，16-14.第十四阀门，17-1.第一压力表，17-2.第二压力表，18.压差传感器，19-1.上游渗透容器，19-2.下游渗透容器，20.橡胶筒，21.时域反射仪，22.同轴电缆，23.计算机，24.反应釜，25.抽真空系统，26.围压控制系统，27.循环制备样品系统，28.渗透率瞬态测量系统，29.水合物饱和度测量系统，30.数据采集系统，31.饱和水容器，32-1.第一管道，32-2.第二管道，32-3.第三管道，32-4.第四管道，32-5.第五管道，32-6.第六管道，32-7.第七管道，32-8.第八管道，32-9.第九管道，32-10.第十管道，32-11.第十一管道。

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所示为一种天然气水合物饱和度及其沉积物渗透率同步瞬态测量装置的结构框图，其工作过程为：分层装填土样并安装反应釜，连接高压管线并检查整套装置的气密性，开启步入式冷库和恒温水浴箱制冷至设定温度，高压气瓶和储水容器向饱和水容器注水注气，制备超饱和气的水，在高压注液泵作用下实现超饱和气的水在沉积物样品与饱和水容器之间循环流动，通过调整回压 阀的压力值以实现水合物的合成与分解，水合物饱和度测量系统在此过程中实时动态测量水合物含量，根据水合物饱和度的变化采用渗透率瞬态测量系统快速获得渗透率实验数据，测量过程中的温度和压力等实验数据由计算机数据采集系统采集并分析。

图2所示为一种天然气水合物饱和度及其沉积物渗透率同步瞬态测量装置的流程图，本实用新型的天然气水合物饱和度和沉积物渗透率同步测量装置结构如下：一种天然气水合物饱和度和沉积物渗透率同步测量装置，包括反应釜24，反应釜24的顶端分别连接有抽真空系统25、围压控制系统26和循环制备样品系统27，反应釜24的底端分别连接有渗透率瞬态测量系统28、水合物饱和度测量系统2和数据采集系统30，渗透率瞬态测量系统28、水合物饱和度测量系统29和数据采集系统30分别与计算机23相连接；反应釜24、循环制备样品系统27和渗透率瞬态测量系统28均设置于温度控制系统4内。

反应釜24内设有成型模盒，成型模盒内设置导热导压的橡胶筒20，橡胶筒20与数据采集系统30相连接，橡胶筒20内包裹沉积物样品1，沉积物样品1的顶部和底部分别设置有第一透水石2-1和第二透水石2-2，沉积物样品1与水合物饱和度测量系统29相连接；反应釜24之内且在橡胶筒20之外的围压环腔3内充满液体；反应釜24整体放置于温度控制系统4内。

水合物饱和度测量系统29包括两根平行的时域反射探针5、同轴电缆22、时域反射仪21和计算机23；时域反射探针5设置于沉积物样品1内部，时域反射探针5设置有2个，2个时域反射探针5平行设置；两个时域反射探针5为2跟同样长度平行布置的铜丝；时域反射仪21与计算机23相连接。时域反射仪21为TDR100时域反射仪。

渗透率瞬态测量系统28包括上游渗透容器19-1、下游渗透容器19-2、第二高压注液泵8-2、第二储水容器13-2；

上游渗透容器19-1通过第一管道32-1与反应釜24的底端相连接；下游渗透容器19-2通过第二管道32-2与反应釜24的顶端连接，第一管道32-1和第二管道32-2通过第三管道32-3相连接；上游渗透容器19-1和下游渗透容器19-2均与第二高压注液泵8-2、第二储水容器13-2、数据采集系统30和温度控制系统4相连接；上游渗透容器19-1与循环制备样品系统27相连接。

循环制备样品系统27包括高压气瓶12、第一储水容器13-1、饱和水容器31、磁力搅拌器11、第一高压注液泵8-1、第一压力表17-1、第二压力表17-2、真空泵14和回压阀15；围压控制系统26包括第三高压注液泵8-3和第三储水容器13-3；抽真空系统25包括真空泵14；

上游渗透容器19-1通过第四管道32-4与第二储水容器13-2相连接，下游渗透容器19-2通过第五管道32-5与第四管道32-4相连接；围压环腔3通过第六管道32-6依次连接有第六阀门16-6、第三高压注液泵8-3和第三储水容器13-3；饱和水容器31的底部盛放有超饱和气的水10，饱和水容器31内且在超饱和气的水10上方盛放有气体9，超饱和气的水10中盛放有磁力搅拌器11；

饱和水容器31的底端通过第七管道32-7与第一管道32-1相连接，饱和水容器31的顶端分别通过第八管道32-8、第九管道32-9和第十管道32-10与高压气瓶12、第一储水容器13-1和第二管道32-2相连接；第九管道32-9通过第十一管道32-11连接有真空泵14；

第一管道32-1上设置有第九阀门16-9，第九阀门16-9设置于第一管道32-1和第三管道32-3的交点以及第一管道32-1和第七管道32-7的交点之间；第三 管道32-3上设置有第十阀门16-10；第二管道32-2上设置有第八阀门16-8，第八阀门16-8设置于第二管道32-2和第三管道32-3的交点以及第二管道32-2和第十管道32-10的交点之间；自第二储水容器13-2开始，第四管道32-4上依次设置有第十四阀门16-14、第二高压注液泵8-2、第二压力表17-2、第十三阀门16-13和第十一阀门16-11，第五管道32-5设置于第十三阀门16-13和第十一阀门16-11之间，第五管道32-5上设置有第十二阀门16-12；自第三储水容器开始，第六管道32-6上依次设置有第三高压注液泵8-3、第六阀门16-6；自饱和水容器31的底部开始，第七管道32-7上依次设置有第五阀门16-5、第一高压注液泵8-1和第七阀门16-7；自高压气瓶12开始，第八管道32-8上依次设置有第一压力表17-1和第一阀门16-1；第九管道32-9上且在第九管道32-9与第十一管道32-11的交点之后设置有第二阀门16-2；第十一管道32-4上设置有第三阀门16-3；自饱和水容器31的顶部开始，第十管道32-10上依次设置有回压阀15和第四阀门16-4。

温度控制系统4包括第一恒温水浴箱4-1、第二恒温水浴箱4-2和第三恒温水浴箱4-3，反应釜24设置于第一恒温水浴箱4-1内，上游渗透容器19-1、下游渗透容器19-2和第二储水容器13-2均设置于第二恒温水浴箱4-2内，磁力搅拌器11设置于第三恒温水浴箱4-3内。

数据采集系统30包括第一温度探头7-1、第二温度探头7-2、第三温度探头7-3、第四温度探头7-4和第五温度探头7-5、压差传感器18、第一压力传感器6-1、第二压力传感器6-2、第三压力传感器6-3、第四压力传感器6-4、第五压力传感器6-5和数据采集模块；

数据采集模块分别与第一温度探头7-1、第二温度探头7-2、第三温度探头 7-3、第四温度探头7-4和第五温度探头7-5、压差传感器18、第一压力传感器6-1、第二压力传感器6-2、第三压力传感器6-3、第四压力传感器6-4、第五压力传感器6-5和计算机23相连接；

第一温度探头7-1、第二温度探头7-2、第三温度探头7-3、第四温度探头7-4和第五温度探头7-5分别与橡胶筒20、饱和水容器31、上游渗透容器19-1、下游渗透容器19-2和第二储水容器13-2相连接；第一管道32-1和第三管道32-3之间设置有压差传感器18，压差传感器18的一端设置于第一管道32-1和第三管道32-3的交点与第十阀门16-10之间；压差传感器18的另一端设置于第二管道32-2和第三管道32-3的交点与第八阀门16-8之间；

第一压力传感器6-1与饱和水容器31相连接，第二压力传感器6-2设置于第七管道32-7上且设置于第七阀门16-7以及第七管道32-7和第一管道32-1的交点之间；第三压力传感器6-3设置于第十管道32-10上且设置于第四阀门16-4以及第十管道32-10和第二管道32-2的交点之间；第四压力传感器6-4设置于第一管道32-1上且在第九阀门16-9以及第一管道32-1和第三管道的交点之间；第五压力传感器6-5设置于第二管道32-2上且设置于第二管道32-2和第三管道32-3的交点以及压差传感器18与第二管道32-2的交点之间。

其中，天然气水合物饱和度和沉积物渗透率同步测量装置整体设置在步入式冷库中，反应釜24顶端和底端连接循环制备样品系统和渗透率瞬态测量系统，顶端和底端分别安装有第二压力传感器6-2和第三压力传感器6-3；反应釜24的底端与围压控制系统26连接；反应釜24内设有成型模盒，成型模盒内设置导热导压橡胶筒20，橡胶筒20外布置第一温度探头7-1，橡胶筒20内包裹沉积物样品1，沉积物样品1内部设置两根平行的时域反射探针5，沉积物样品1的 上下两端分别安装有第一透水石2-1和第二透水石2-2；反应釜24之内橡胶筒20之外的环形空间充满液体用来施加围压；反应釜24整体放置于第一恒温水浴箱4-1内。

水合物饱和度测量系统29包括两根平行的时域反射探针5、同轴电缆22、TDR100时域反射仪21和计算机23。时域反射探针5直径小于1毫米，且探针表面粗糙不平，以防止渗流通道形成而影响沉积物渗透率测量；同轴电缆22用于传播电磁脉冲；采用TDR100时域反射仪21发射并接受电磁脉冲；计算机23用来实时显示时域反射波形以及水合物饱和度计算结果,其中，水合物饱和度是通过沉积物样品中的两根平行探针[水合物饱和度测量系统]测量沉积物含水量变化，进而计算水合物饱和度。

渗透率瞬态测量系统28包括上游渗透容器19-1、下游渗透容器19-2、第二高压注液泵8-2和第二储水容器13-2。上游渗透容器19-1与下游渗透容器19-2之间布置一个压差传感器18；采用第二高压注液泵8-2向上游渗透容器19-1内注入液体；第二储水容器13-2用于储存第二高压注液泵8-2所注入的液体，并安装第五温度探头7-5测量第二储水容器13-2的温度变化；上游渗透容器19-1、下游渗透容器19-2和第二储水容器13-2均放置在第二恒温水浴箱4-2内。

循环制备样品系统27包括高压气瓶12、第一储水容器13-1、饱和水容器31、磁力搅拌器11、第一高压注液泵8-1、第一压力表17-1、第二压力表17-2、真空泵14和回压阀15。高压气瓶12为水合物合成所需气源；第一储水容器13-1储存水合物合成所需水源；饱和水容器31用来制备并储存超饱和气体的水，放置于第三恒温水浴箱4-3内；饱和水容器31上布置有第二温度探头7-2和第一 压力传感器6-1；第一高压注液泵8-1用来实现超饱和气体的水在饱和水容器31和沉积物样品1之间的循环流动；回压阀15用来控制沉积物样品1孔隙压力的大小以保证样品孔隙压力与样品温度满足水合物相平衡条件。

温度控制系统4包括三个恒温水浴箱，分别用来控制循环制备样品系统的饱和水容器、渗透率瞬态测量系统的三个容器以及反应釜的温度。

数据采集系统30包括温度探头、压差传感器、压力传感器和数据采集模块，采集的温度、压力和压差数据传输至计算机处理并记录。

下面对其具体的实施步骤加以说明：

水合物合成与分解：

步骤1、倒置反应釜24，安装好第一透水石2-1、橡胶筒20和时域反射探针5，将一定质量的干燥砂土分层均匀装入橡皮筒20内；

步骤2、检查系统气密性：打开第六阀门16-6，采用第三高压注液泵8-3施加1MPa围压，关闭第二阀门16-2、第三阀门16-3和第十四阀门16-14，打开其它阀门，注气至0.2MPa，关闭第一阀门16-1，等待至少30分钟，若系统中气体压力保持不变，则系统气密性完好；

步骤3、抽真空：关闭第一阀门16-1、第二阀门16-2和第十四阀门16-14，打开其它所有阀门，开启真空泵14抽气至少一个小时，关闭第三阀门16-3；

步骤4、注水饱和：打开第二阀门16-2和第十四阀门16-14，利用第一储水容器13-1和第二储水容器13-2对测量装置进行注水，使沉积物样品1饱和，使上游渗透容器19-1和下游渗透容器19-2充满水，向饱和水容器31内注水至一半后关闭第二阀门16-2和第十三阀门16-13；

步骤5、降温：开启步入式冷库和第一恒温水浴箱4-1、第二恒温水浴箱4-2 和第三恒温水浴箱4-3，将沉积物样品1、饱和水容器31、上游渗透容器19-1和下游渗透容器19-2的温度降低至同一个设定值并保持恒定；

步骤6、通入反应气体：打开第一阀门16-1，向饱和水容器31内注入气体至设定压力值后关闭第一阀门16-1，开启磁力搅拌器11搅拌至少十二小时，以加速气体溶解于水；

步骤7、循环制样：关闭第八阀门16-8和第九阀门16-9，开启第一高压注液泵8-1，使超饱和气的水10在反应釜24内沉积物样品1与饱和水容器31之间循环流动，调整回压阀15的压力至水合物相平衡压力之上以合成水合物，随后调整回压阀15的压力至水合物相平衡压力之下以分解水合物；

步骤8、采用时域反射探针5、同轴电缆22和时域反射仪21实时动态测量水合物饱和度；

渗透率瞬态测量：

步骤9、在上述水合物合成与分解过程中，根据实时动态测量的水合物饱和度实验数据对沉积物渗透率进行瞬态测量；

步骤10、初始压力平衡：关闭第八阀门16-8和第九阀门16-9，打开第十阀门16-10、第十一阀门16-11、第十二阀门16-12、第十三阀门16-13和第十四阀门16-14，开启第二高压注液泵8-2注水，使上游渗透容器19-1和下游渗透容器19-2的压力与沉积物样品孔隙压力相当；

步骤11、压力脉冲产生：关闭第九阀门16-9、第十阀门16-10和第十一阀门16-12，开启第二高压注液泵8-2，使上游渗透容器19-1的压力上升至设定值，然后关闭第十一阀门16-11；

步骤12、瞬态测量：打开第九阀门16-9，采用压差传感器18测量上游渗 透容器19-1和下游渗透容器19-2之间的压差随时间的衰减过程，据此计算沉积物渗透率值。

上面结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以对其作出种种变化。

Claims (8)

1.一种天然气水合物饱和度和沉积物渗透率同步测量装置，其特征在于，包括倒置的反应釜(24)，所述反应釜(24)的底端分别连接有抽真空系统(25)、围压控制系统(26)和循环制备样品系统(27)，所述反应釜(24)的顶端分别连接有渗透率瞬态测量系统(28)、水合物饱和度测量系统(29)和数据采集系统(30)，所述渗透率瞬态测量系统(28)、水合物饱和度测量系统(29)和数据采集系统(30)分别与计算机(23)相连接；所述反应釜(24)、循环制备样品系统(27)和渗透率瞬态测量系统(28)均设置于温度控制系统(4)内。

2.根据权利要求1所述的天然气水合物饱和度和沉积物渗透率同步测量装置，其特征在于，所述反应釜(24)内设有成型模盒，成型模盒内设置导热导压的橡胶筒(20)，橡胶筒(20)与数据采集系统(30)相连接，橡胶筒(20)内包裹沉积物样品(1)，所述沉积物样品(1)的顶部和底部分别设置有第一透水石(2-1)和第二透水石(2-2)，沉积物样品(1)与水合物饱和度测量系统(29)相连接；反应釜(24)之内且在橡胶筒(20)之外的围压环腔(3)内充满液体；反应釜(24)整体放置于温度控制系统(4)内。

3.根据权利要求2所述的天然气水合物饱和度和沉积物渗透率同步测量装置，其特征在于，所述水合物饱和度测量系统(29)包括两根平行的时域反射探针(5)、同轴电缆(22)、时域反射仪(21)和计算机(23)；所述时域反射探针(5)设置于沉积物样品(1)内部，所述时域反射探针(5)设置有2个，2个时域反射探针(5)平行设置；两个时域反射探针(5)均通过同轴电缆(22)与时域反射仪(21)相连接；所述时域反射仪(21)与计算机(23)相连接。

4.根据权利要求3所述的天然气水合物饱和度和沉积物渗透率同步测量装置，其特征在于，所述时域反射仪(21)为TDR100时域反射仪。

5.根据权利要求3所述的天然气水合物饱和度和沉积物渗透率同步测量装置，其特征在于，所述渗透率瞬态测量系统(28)包括上游渗透容器(19-1)、下游渗透容器(19-2)、第二高压注液泵(8-2)、第二储水容器(13-2)；

所述上游渗透容器(19-1)通过第一管道(32-1)与反应釜(24)的顶端相连接；所述下游渗透容器(19-2)通过第二管道(32-2)与反应釜(24)的底端连接，所述第一管道(32-1)和第二管道(32-2)通过第三管道(32-3)相连接；所述上游渗透容器(19-1)和下游渗透容器(19-2)均与第二高压注液泵(8-2)、第二储水容器(13-2)、数据采集系统(30)和温度控制系统(4)相连接；所述上游渗透容器(19-1)与循环制备样品系统(27)相连接。

6.根据权利要求5所述的天然气水合物饱和度和沉积物渗透率同步测量装置，其特征在于，所述的循环制备样品系统(27)包括高压气瓶(12)、第一储水容器(13-1)、饱和水容器(31)、磁力搅拌器(11)、第一高压注液泵(8-1)、第一压力表(17-1)、第二压力表(17-2)、真空泵(14)和回压阀(15)；所述的围压控制系统(26)包括第三高压注液泵(8-3)和第三储水容器(13-3)；所述的抽真空系统(25)包括真空泵(14)；

所述上游渗透容器(19-1)通过第四管道(32-4)与第二储水容器(13-2)相连接，所述下游渗透容器(19-2)通过第五管道(32-5)与第四管道(32-4)相连接；所述围压环腔(3)通过第六管道(32-6)依次连接有第六阀门(16-6)、第三高压注液泵(8-3)和第三储水容器(13-3)；所述饱和水容器(31)的底部盛放有超饱和气的水(10)，所述饱和水容器(31)内且在超饱和气的水(10)上方盛放有气体

(9)，所述超饱和气的水(10)中盛放有磁力搅拌器(11)；

所述饱和水容器(31)的底端通过第七管道(32-7)与第一管道(32-1)相连接，所述饱和水容器(31)的顶端分别通过第八管道(32-8)、第九管道(32-9)和第十管道(32-10)与高压气瓶(12)、第一储水容器(13-1)和第二管道(32-2)相连接；所述第九管道(32-9)通过第十一管道(32-11)连接有真空泵(14)；

所述第一管道(32-1)上设置有第九阀门(16-9)，所述第九阀门(16-9)设置于第一管道(32-1)和第三管道(32-3)的交点以及第一管道(32-1)和第七管道(32-7)的交点之间；所述第三管道(32-3)上设置有第十阀门(16-10)；所述第二管道(32-2)上设置有第八阀门(16-8)，所述第八阀门(16-8)设置于第二管道(32-2)和第三管道(32-3)的交点以及第二管道(32-2)和第十管道(32-10)的交点之间；自第二储水容器(13-2)开始，所述第四管道(32-4)上依次设置有第十四阀门(16-14)、第二高压注液泵(8-2)、第二压力表(17-2)、第十三阀门(16-13)和第十一阀门(16-11)，所述第五管道(32-5)设置于第十三阀门(16-13)和第十一阀门(16-11)之间，所述第五管道(32-5)上设置有第十二阀门(16-12)；所述自第三储水容器开始，所述第六管道(32-6)上依次设置有第三高压注液泵(8-3)、第六阀门(16-6)；自饱和水容器(31)的底部开始，所述第七管道(32-7)上依次设置有第五阀门(16-5)、第一高压注液泵(8-1)和第七阀门(16-7)；自高压气瓶(12)开始，所述第八管道(32-8)上依次设置有第一压力表(17-1)和第一阀门(16-1)；所述第九管道(32-9)上且在第九管道(32-9)与第十一管道(32-11)的交点之后设置有第二阀门(16-2)；所述第十一管道(32-4)上设置有第三阀门(16-3)；自饱和水容器(31)的顶部开始，所述第十管道(32-10)上依次设置有回压阀(15)和第四阀门(16-4)。

7.根据权利要求6所述的天然气水合物饱和度和沉积物渗透率同步测量装置，其特征在于，所述的温度控制系统(4)包括第一恒温水浴箱(4-1)、第二恒温水浴箱(4-2)和第三恒温水浴箱(4-3)，所述反应釜(24)设置于第一恒温水浴箱(4-1)内，所述上游渗透容器(19-1)、下游渗透容器(19-2)和第二储水容器均设置于第二恒温水浴箱(4-2)内，所述磁力搅拌器(11)设置于第三恒温水浴箱(4-3)内。

8.根据权利要求7所述的天然气水合物饱和度和沉积物渗透率同步测量装置，其特征在于，所述的数据采集系统(30)包括第一温度探头(7-1)、第二温度探头(7-2)、第三温度探头(7-3)、第四温度探头(7-4)和第五温度探头(7-5)、压差传感器(18)、第一压力传感器(6-1)、第二压力传感器(6-2)、第三压力传感器(6-3)、第四压力传感器(6-4)、第五压力传感器(6-5)和数据采集模块；

所述数据采集模块分别与第一温度探头(7-1)、第二温度探头(7-2)、第三温度探头(7-3)、第四温度探头(7-4)和第五温度探头(7-5)、压差传感器(18)、第一压力传感器(6-1)、第二压力传感器(6-2)、第三压力传感器(6-3)、第四压力传感器(6-4)、第五压力传感器(6-5)和计算机(23)相连接；

所述第一温度探头(7-1)、第二温度探头(7-2)、第三温度探头(7-3)、第四温度探头(7-4)和第五温度探头(7-5)分别与橡胶筒(20)、饱和水容器(31)、上游渗透容器(19-1)、下游渗透容器(19-2)和第二储水容器(13-2)相连接；所述第一管道(32-1)和第三管道(32-3)之间设置有压差传感器(18)，所述压差传感器(18)的一端设置于第一管道(32-1)和第三管道(32-3)的交点与第十阀门(16-10)之间；所述压差传感器(18)的另一端设置于第二管 道(32-2)和第三管道(32-3)的交点与第八阀门(16-8)之间；

所述第一压力传感器(6-1)与饱和水容器(31)相连接，所述第二压力传感器(6-2)设置于第七管道(32-7)上且设置于第七阀门(16-7)以及第七管道(32-7)和第一管道(32-1)的交点之间；第三压力传感器(6-3)设置于第十管道(32-10)上且设置于第四阀门(16-4)以及第十管道(32-10)和第二管道(32-2)的交点之间；所述第四压力传感器(6-4)设置于第一管道(32-1)上且在第九阀门(16-9)以及第一管道(32-1)和第三管道的交点之间；所述第五压力传感器(6-5)设置于第二管道(32-2)上且设置于第二管道(32-2)和第三管道(32-3)的交点以及压差传感器(18)与第二管道(32-2)的交点之间。