CN209398416U - 一种地质储层径向流模拟系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种地质储层径向流模拟系统，包括：具备圆柱腔体的径向模拟腔；用于模拟开采井且插入圆柱腔体内的空心模拟井筒；用于模拟施加至多孔介质上的地层覆压的囊式覆压加载套；用于分别向圆柱腔体内注入气体和液体的稳压供液供气单元；用于连接井筒以接收并计量排出的水合物的计量装置；用于测量多孔介质在不同模拟实验中数据的参数测量系统；控制实验过程的同时对不同的实验过程实现数据采集、分析和结果输出的数据采集处理单元。本实用新型通过按比例定量注入气体、液体形成水合物，可模拟地层下水合物的合成过程，通过降压或升温模拟水合物的分解，通过对水合物分解后的砂层施加一定覆压来模拟覆压条件下水合物开采后的砂层位移情况。

Description

一种地质储层径向流模拟系统

技术领域

本实用新型涉及地质领域，特别涉及一种模拟地层水合物分解后的地层覆压条件下的径向渗流模型系统。

背景技术

本世纪以来，全世界都认识到天然气水合物是一种替代常规化石燃料的清洁能源。全球已发现水合物矿藏点超过200处，以目前的能源消费趋势，仅开采15％的水合物就可供全球使用200年之久。但是，其自身形成的稳定温压条件，决定了其开采方式的特殊性，另外其开采过程中对与环境的影响还有待进一步的评估。因此，目前对水合物开采的研究除少数国家和地区进行过单井或单一井组的试开采以外，绝大部分研究还处于实验室物理模拟和数值模拟的阶段。

目前为了对这种储量巨大的能源进行开发利用，研究人员提出了很多方法：

①注热法：利用注入热水、蒸汽或者热盐水将水合物加热到平衡温度之上分解；

②降压法：将水合物藏的压力降低到平衡分解压力以下；

③化学剂法：注入化学药剂，比如甲醇或者乙二醇以改变水合物平衡生成条件。

目前国内外在实验内研究热力法开采甲烷水合物的研究仅限于一维长岩心夹持器、二维垂直井模拟。然而水合物开发与常规油气无异，同样是一个三维渗流场压力不断降低的过程。为了更加真实有效的了解掌握水合物的合成、分解以及开采过程中不同开发方式、不同开发井组条件下的储层物性、温度、压力、产量变化规律等影响试采的重要敏感参数，需要一个多功能三维水合物开采实验模拟，以在三维尺度上全面研究水合物的产生和分解行为。而现在研制领域缺少一种能够全方位加工该套天然气水合物开发模拟实验装置，以对我国陆域冻土区钻探岩心在室内研究合成、分解天然气水合物机理，以及为掌握陆域水合物试采过程中在不同开发方式、不同开发井组条件下的储层物性、温度、压力、产量变化规律等影响试采的重要敏感参数提供物理模拟方面的支撑。

实用新型内容

特别地，本实用新型提供一种模拟地层水合物分解后的地层覆压条件下的径向渗流模型系统。

具体地，本实用新型提供的种地质储层径向流模拟系统，包括：

径向模拟腔，包括两端开口用于填充海底水合物储层泥质粉砂多孔介质的圆柱腔体，分别通过螺栓固定封闭圆柱腔体两端开口的上盖板和下盖板，下盖板与圆柱腔体接触的一面设置有凸出且与圆柱腔体内径相同的挤压台，上盖板的圆心处设置有贯穿孔；

空心模拟井筒，用于模拟开采井，包括由所述贯穿孔处插入圆柱腔体内的井筒，将井筒限制在上盖板处的弹簧压盖；所述井筒伸入圆柱腔体内的侧壁上设置有与外部相通的通孔，所述弹簧压盖包括一端为开口端另一端为封闭端的管体，管体利用开口端套在井筒伸出圆柱腔体的一端后由螺栓将开口端固定在上盖板上，在管体的封闭端设置有供井筒伸出的通孔，在管体的内部安装有套在井筒外的弹簧，和通过螺纹拧在井筒上的调节螺帽，调节螺帽利用与封闭端的相对位置来调节弹簧的弹力大小；

囊式覆压加载套，用于模拟施加至多孔介质上的地层覆压，包括一端封闭的橡胶套，提高橡胶套密封性能的压圈及扶正圈，及测量橡胶套位移的位移传感器；橡胶套通过螺纹拧在下盖板的挤压台上，与下盖板之间形成一个封闭空间，位移传感器穿过下盖板后伸入该封闭空间；

稳压供液供气单元，包括并联后与圆柱腔体连接的供液装置和供气装置，用于分别向圆柱腔体内注入气体和液体以形成水合物或在水合物分解后通过注入液体或气体模拟地层覆压条件下的渗流情况；

计量装置，用于连接井筒以接收并计量排出的水合物，包括对液体进行分离并计量的固液分离装置，和对气体进行分离并计量的气液分离装置；

参数测量系统，用于测量多孔介质在不同模拟实验中数据，包括测量压力的囊式测压器、测量温度的温度传感器和测量电阻的电极，在上盖板上设置有多个通孔，所述囊式测压器、所述温度传感器、所述电机同时安装在一个通孔中或分散安装在不同的通孔中；

数据采集处理单元，包括带有数据处理软件的控制系统，在控制实验过程的同时对不同的实验过程实现数据采集、分析和结果输出。

在本实用新型的一个实施方式中，在所述弹簧压盖内部还安装有密封所述井筒与所述上盖板之间连接缝的固定件，固定件包括套在所述井筒外利用螺栓固定的压套，和安装在连接缝内的密封圈，固定件固定后对密封圈进行挤压密封。

在本实用新型的一个实施方式中，在所述圆柱腔体的侧面设置有分别与加装多孔介质的空间和所述囊式覆压加载套的封闭空间相通的围压注入孔；在围压注入孔与多孔介质之间设置有隔离泥沙的过滤器。

在本实用新型的一个实施方式中，在所述井筒的外圆周设置有隔绝多孔介质进入的防砂网；在所述圆柱腔体的内圆周和所述井筒的外圆周处分别设置有用于分散液体渗透路径的陶粒渗透层。

在本实用新型的一个实施方式中，所述供液装置包括通过两个缸实现单缸独立作业、双缸分别独立作业和双缸联动作业的双缸恒速恒压泵，和安装在双缸恒速恒压泵与所述圆柱腔体之间的压力调节活塞；

所述压力调节活塞包括两端开口的空心容器，在所述空心容器的两端通过外螺纹分别拧有上盖和下盖，且在所述空心容器的两端口的内部分别安装有密封堵头，在所述密封堵头远离所述空心容器的一面设置有向外凸出的连接台，在所述上盖和所述下盖上设置有供所述连接台穿过的通孔，在所述连接台上设置有轴向贯穿孔；在空心容器的内部安装有可沿轴向移动并将空心容器内部隔离成两个独立空腔的隔板；其中一个空腔与所述双缸恒速恒压泵连通，另一个空腔与所述圆柱腔体连通，与所述径向模拟腔连通的空腔内注满满足水合物生成的溶液，其在另一个空腔内蒸馏水或煤油的推动下注入所述圆柱腔体内。

在本实用新型的一个实施方式中，所述供气装置包括产生压力气体的空气压缩机，对所述空气压缩机产生的气体进行增压的气体增压泵，存储增压后低压气体的低压储罐，存储增压后高压气体的高压储罐，根据实验要求选择低压储罐或高压储罐向所述圆柱腔体内输入指定压力的压力调节阀，控制单一气体输出流量大小和控制混合气液流量的流量控制器；在压力调节阀之前的气路上安装有气体润湿装置，所述气体润湿装置为装有液体的耐压容器。

在本实用新型的一个实施方式中，所述稳压供液供气单元还包括能够自动调节气、液输入量的流量控制器，所述流量控制器包括并联连接输出气体的调节气罐和输出液体的调节液罐，控制调节气罐和调节液罐输出至所述圆柱腔体内气液量的控制阀，为调节气罐和调节液罐分别提供气体和液体的储罐和提供压力的压力泵，检测压力的传感器，控制各部件运行的PLC单元；

所述调节气罐内部由滑动活塞间隔成气室A和液室A，所述调节液罐的内部由滑动活塞间隔成气室B和液室B，气室A和液室A 分别通过管路与压力调节阀并联连接；气室B和液室B分别通过管路与压力泵并联连接，传感器获取各处的压力并输出至PLC单元， PLC单元根据所述圆柱腔体内压力值的变化调整压力调节阀使输入所述圆柱腔体内的气液维持稳定。

在本实用新型的一个实施方式中，所述压力调节阀包括阀体，通过螺栓固定在阀体上的阀盖，在阀盖内设置有一端大一端小的贯穿形漏斗状活塞腔且开口大的一端靠近阀体，活塞腔内安装有同样形状的漏斗形活塞，活塞的轴心线上设置有同轴的双贯穿通道，在阀盖的活塞腔小端出口处安装有带通道的阀帽，在阀帽的通道内活动安装有与活塞的双贯穿通道出口对应的密封圈，在阀帽的侧边设置有与通道相通以对密封圈施压的压力通道，阀盖上设置有与活塞腔相通的溢流通道，在阀体与活塞腔相对的位置处设置有分别与所述调节气罐和所述调节液罐连通的容纳腔，容纳腔的开口直径小于相邻活塞端的直径，在容纳腔内设置有活动封闭开口端的压块，活塞与容纳腔相对的一侧设置有密封片。

在本实用新型的一个实施方式中，所述控制阀包括阀体，阀杆，手动螺杆，在阀体内设置有输液通道和连通输液通道的阀杆安装槽，阀杆为圆柱形且在一端设置有径向凸出的凸圈，手动螺杆的一端通过螺纹拧在阀杆安装槽的开口端内且在该端设置有活动夹持阀杆凸圈的凹槽，阀杆的凸圈卡入凹槽内且另一端位于输液通道内并可完全封闭输液通道，在阀杆上套有密封圈且密封圈的外径大于凹槽的外径；

所述输液通道包括相互平行的进液通道和排液通道，以及垂直连接进液通道和排液通道一端的封闭通道，阀杆插入封闭通道中。

在本实用新型的一个实施方式中，活动夹持所述凸圈的结构如下：在所述凹槽内通过螺纹拧有安装套，安装套的内部为与阀杆凸圈一端形状对应的容纳槽，在安装套的圆周上设置有供凸圈一端侧向卡入的卡口；或

在凹槽的侧面设置有与阀杆凸圈一端形状对应的卡口，和通过螺栓与卡口处连接以封闭卡口的封闭块。

在本实用新型的一个实施方式中，所述参数测量系统还包括将用于固定测量部件的固定座，限制片和防脱套，所述固定座密封固定在所述通孔内且内部设置有中心通道，所述限制片为柔性或金属圆片且设置有多个轴向贯穿插孔，其多个组合后水平安装在固定座的中心通道内，所述防脱套通过外螺纹拧在中心通道的外部开口端，其前端顶紧所述限制片；所述囊式测压器、温度传感器和电极穿过防脱套和限制片上的插孔后伸入所述圆柱腔体内，所述防脱套与所述固定座接触一端的外圆周上设置有密封件，另一端设置有防止信号线缆松动的防转螺栓，所述防转螺栓的径向上设置有通孔，在所述防脱套上设置有对应的限制孔，当防转螺栓转到位后，通过固定螺栓拧入防转螺栓上的通孔和限制孔来避免防转螺栓转动。

在本实用新型的一个实施方式中，所述囊式测压器包括测压管，套在测压管外部的引压管，位于引压管端部且密封容纳测压管端部的囊式隔离套，向所述引压管内注入防冻液的注入装置；所述引压管的端部外表面设置有多道径向凸环，所述囊式隔离套为一端开口的柔性套，在开口端的内表面设置有与凸环对应的凹环，所述囊式隔离套利用凹环与所述引压管上的凸环卡合后连接在一起，在内部形成容纳防冻液的保护空间。

在本实用新型的一个实施方式中，所述囊式测压器、温度传感器和电极沿所述圆柱腔体内的气液流动方向依次分布；一个所述通孔中安装一个囊式测压器、一个温度传感器或一个电极，或一个测量孔中同时安装多个囊式测压器、温度传感器和电极。

在本实用新型的一个实施方式中，所述径向模拟腔安装在角度调整装置上，所述角度调整装置包括水平对称固定在所述圆柱腔体两个相对面外侧上的固定柱，其中一根固定柱的端部通过带有轴承的轴承座安装在一个支撑在地面上的支座内，所述轴承座与所述支座为弧形滑动接触；另一根通过轴承与蜗轮升降机构连接，蜗轮升降机构通过控制固定柱实现圆柱腔体实现水平旋转和垂直高度上的升降。

在本实用新型的一个实施方式中，在所述径向模拟腔的外围安装有恒温系统，包括套在所述径向模拟腔外模拟实验时环境温度的恒温箱；所述恒温箱内部为容纳径向模拟腔的保温空间，在恒温箱的内部相对两面设置有实现内部热风对流的热风机，在恒温箱的侧壁内设置有冷却盘管构成的用于调节箱内温度的制冷系统，恒温箱的内表面铺设有不锈钢镜面板，外表面安装有玻璃纤维形成的保温层，在侧壁上设置有透明观察窗和温度控制面板，在透明观察窗处设置有保持箱内亮度的照明灯。

在本实用新型的一个实施方式中，还包括对所述径向模拟腔内的多孔介质进行加热来模拟改变水合物生成时环境温度的加热系统，所述加热系统包括同时提供蒸汽和热水的防爆型蒸汽发生器，蒸汽发生器包括内部设置有加热腔的加热筒，加热筒的筒壁为双层空心结构，中间为热水空间，在加热腔内设置有环形或多边形直接连通筒壁内热水空间的加热管，在加热管的下方设置有加热器，上方设置有供加热管内生成的蒸汽排出的蒸汽管，在蒸汽管的输出通道上设置有调节输出温度的冷水交换区；以及检测各处温度的温度探头，检测输入输出压力的压力探头，向热水空间和冷水交换区供水的进水管，输出蒸汽和/或热水的出水管，以及根据指令控制预定蒸汽或热水输出的PLC 控制单元，交换区通过带有控制阀的管路与热水空间连通。

在本实用新型的一个实施方式中，还包括利用钻井液实现环空循环流动以模拟分析钻井液对水合物储层导电特征的影响及污染的钻井液循环系统，包括存储井液的储液罐，控制井液循环流动的循环泵，对循环井液进行加温的温控仪，调节井液循环时压力的调压装置，设置在所述圆柱腔体一端的模拟井口环空结构；所述储液罐的输出口连接循环泵后与模拟井口环空结构的入口连接，模拟井口环空结构的出口与调压装置连接后与储液罐的输入口连接，所述温控仪单独与储液罐连接，所述循环泵的输出端通过支管与储液管连接。

在本实用新型的一个实施方式中，所述计量装置还包括控制所述圆柱腔体出口回压的回压控制装置，包括依次连接的回压压力传感器、回压阀、回压容器和回压泵；当所述圆柱腔体的出口压力达到回压阀顶部控制压力时，回压阀自动打开泄压，确保出口压力恒定。

在本实用新型的一个实施方式中，所述径向模拟腔还连接有真空系统，所述真空系统通过真空泵对所述径向模拟腔进行抽真空，以提供干净的实验环境。

本实用新型通过按比例定量注入气体、液体形成水合物，可模拟地层下水合物的合成过程，通过降压或升温模拟水合物的分解，通过对水合物分解后的砂层施加一定覆压来模拟覆压条件下水合物开采后的砂层位移情况，达到研究水合物开采后是否会因为砂层运移而导致塌方等目的。

附图说明

图1是本实用新型一个实施方式的径向流模拟装置连接示意图；

图2是本实用新型一个实施方式的径向模拟腔结构示意图；

图3是本实用新型一个实施方式的空心模拟井筒结构示意图；

图4是本实用新型一个实施方式的测量组件安装示意图；

图5是本实用新型一个实施方式的囊式测压器结构示意图；

图6是本实用新型一个实施方式的角度调整装置安装结构示意图；

图7是本实用新型一个实施方式的供液装置连接示意图；

图8是本实用新型一个实施方式的压力调节活塞结构示意图；

图9是本实用新型一个实施方式的供气装置连接示意图；

图10是本实用新型一个实施方式的压力调节阀结构示意图；

图11是本实用新型一个实施方式的手动控制阀的结构示意图；

图12是本实用新型一个实施方式的流量控制器的结构示意图；

图13是本实用新型一个实施方式的钻井液循环系统连接示意图。

具体实施方式

在以下的描述中，各系统的模拟方式和操作过程都采用已有的方法，各系统内部及与圆柱腔体之间都通过带有控制阀的管路连接，除特别说明外，不再一一表明每一个管路和控制阀，而仅以工作过程或实验步骤进行说明。

如图1所示，本实用新型一个实施方式公开一种地质储层径向流模拟系统，其一般性地包括：作为模拟主体的径向模拟腔1，模拟实际开采井的空心模拟井筒2，模拟地层覆压的囊式覆压加载套7，模拟水合物生成的稳压供液供气单元，计量生成后气液量的计量装置6，进行实验过程数据测量的参数测量系统3，以及对实验过程和结果进行分析的数据采集处理单元10。

如图2所示，该径向模拟腔1包括两端开口用于填充海底水合物储层泥质粉砂多孔介质的圆柱腔体11，分别通过螺栓固定封闭圆柱腔体两端开口的上盖板12和下盖板13；上盖板12和下盖板13的底面可以直接与圆柱腔体11的端面接触，同时在相互的接触面上设置用于安装密封圈的密封槽；在上盖板12与圆柱腔体11接触的一面设置有凸出的圆形挤压台121，挤压台121的直径大于圆柱腔体11的内径但小于圆柱腔体11的外径，在圆柱腔体11相对的端面上设置有内凹的台阶，挤压台121的直径与台阶的内径相同且可插入台阶内，两者的接触面上设置有密封槽和密封条；在下盖板13上设置有与圆柱腔体11内部相通以安装测量组件的贯穿孔131，贯穿孔131间隔分布在圆柱腔体11的内侧壁至圆心之间的路径上。贯穿孔131的数量和分布方式在不影响圆柱腔体11结构时可尽量多设置，然后根据不同的实验要求在相应的贯穿孔131中安装相应的测量组件，不使用的贯穿孔131则可以临时封闭。

本实施方式中径向模拟腔1的内部尺寸为φ300×210mm，容量 15L，最高工作压力30MPa，设计压力30MPa；整体采用316双相合金不锈钢材料加工而成，该材料具有较高的力学性能，同时材料具有好的耐腐蚀性。

如图3所示，该空心模拟井筒2包括由通孔处插入圆柱腔体11 内的井筒21，和将插入后的井筒21限制在上盖板处的弹簧压盖22；井筒21伸入圆柱腔体11内的侧壁上设置有与外部相通的通孔，以方便多孔介质中的水合物进入井筒21内部。该弹簧压盖22包括一端为开口端另一端为封闭端的管体221，管体221利用开口端222套在井筒21伸出圆柱腔体11的一端后由螺栓将开口端222固定在下盖板 13上，在管体221的封闭端设置有供井筒21伸出的通孔223，在管体221的内部安装有套在井筒外的弹簧224，和通过螺纹拧在井筒21 外圆周上的调节螺帽225，调节螺帽225通过与封闭端的相对拧动位置来调节弹簧224的弹力大小。

该囊式覆压加载套7用于模拟施加至多孔介质上的地层覆压，包括一端封闭的橡胶套71，和提高橡胶套71密封性能的压圈72及扶正圈73，及测量橡胶套位移的位移传感器74。橡胶套71通过设置在圆周的螺纹拧在上盖板12的挤压台121上，被挤压台121与圆柱腔体11挤压密封固定，固定后的橡胶套71与上盖板12之间形成一个封闭空间，位移传感器74穿过上盖板12后伸入该封闭空间。

在圆柱腔体11的侧面设置有分别与加装多孔介质的空间和囊式覆压加载套7的封闭空间相通的围压注入孔14，围压注入孔14用于连接稳压供液供气单元及其它的配套装置，通过稳压供液供气单元向囊式覆压加载套7的封闭空间内注压，以对圆柱腔体11中的多孔介质施加地层覆压，橡胶套71在压力变化时会发生胀缩现象，而安装后的位移传感器74与橡胶套71接触，因此通过橡胶套71的位移变化，即可测量出当前覆压变化。

为防止多孔介质随气液的流动而进入井筒21，在井筒21的外圆周处可设置将多孔介质间隔开的过滤器15，过滤器15可以由金属网和滤网共同组成，过滤器15本身的目数不影响气液的通道，但能够防止多孔介质通过。

该稳压供液供气单元包括并联后与圆柱腔体11连接的供液装置 5和供气装置4，用于分别向圆柱腔体11内注入气体和液体以形成水合物或在水合物分解后通过注入液体或气体模拟地层覆压条件下的渗流情况，两者在数据采集处理单元10的控制下以一定比例混合，如在一定温度、压力条件下将1％～3％的水与97％～99％的天然气注入圆柱腔体内可形成水合物，进而研究该水合物在多孔介质中的渗流情况。

该计量装置6用于连接井筒21以接收并计量排出的水合物，包括对液体进行分离并计量的固液分离装置61，和对气体进行分离并计量的气液分离装置62；其中，固液分离装置61包括气液分离器和放置气液分离器的测量天平63，气液分离装置62包括容纳气体的气罐和计量气体的计量计。

其中，气液分离器的容积至少为400mL，耐压满足2MPa；测量天平63的最大量程为2200g，精度达到0.01g。气罐上的流量计为湿式流量计，量程为5000ml/min，精度达到0.2％，且设计有万分之一的解码器，配有和数据采集处理单元7连接的通讯口。

如图4所示，该参数测量系统3包括安装在各贯穿孔131中以测量多孔介质在不同模拟实验中数据的测量组件，具体的测量组件可以包括测量压力的囊式测压器306、测量温度的温度传感器307和测量电阻的电极305；其中的囊式测压器306可以防止低温下冻结。囊式测压器306、温度传感器307和电极305在安装时可相互组合，可以在一个贯穿孔131中同时安装三者或安装多个其中之一，或是一个贯穿孔131中仅安装三者中的一个。具体的测量组件也可以不局限于上述三种，可根据特定的实验选择相应的测量件。所有的测量组件都与数据采集处理单元10连接，以便随时控制实验过程和分析实验结果。

该数据采集处理单元10包括带有数据处理软件的控制系统，在控制实验过程的同时对不同的实验过程实现数据采集、分析和结果输出，控制系统可以是PC机、工控机等具备数据处理和分析功能的设备，其包括接收并转换数据的数据采集卡、操作数据采集卡的数据采集软件、控制整个实验过程的数据处理系统等组成。其中，数据采集卡主要用于采集囊式测压器、温度传感器、电极的测量信号，并传递至数据采集软件，其输入端口为8路差动；输入类型为mA，输入范围4～20mA，采样速率每秒15次，分辨率是16位，带宽15.75Hz，精确度±0.02％。

数据采集软件是整个系统的中枢，保证各个系统的测试精度，并实现各个系统的智能化。所有采集的数据以数据库形式记录，程序根据输入的基本参数和实验采集内容进行记录，原始数据存于EXCEL 表格中，用户可以通过Excel程序和功能模块对数据进行调出处理，并可根据要求自动生成实验报告。

使用时，可先行将上盖板固定在圆柱腔体上，再安装上盖板上的井筒和各测量组件，再填充作为样品的多孔介质，将囊式覆压加载套安装在下盖板上后再与圆柱腔体固定，最后安装各实验装置的连接管线。

通过按比例定量注入气体、液体形成水合物，可模拟地层下水合物的合成过程，通过降压或升温模拟水合物的分解，通过对水合物分解后的砂层施加一定覆压来模拟覆压条件下水合物开采后的砂层位移情况，达到研究水合物开采后是否会因为砂层运移而导致塌方等目的。此外还可以研究水合物合成和分解过程中温度场的空间分布、饱和度场的空间分布、水合物分解前沿的推进速度、水合物的分解机理等；通过控制改变生产井井底压力、注热温度等生产数据，优化开发参数等目的。

本实施方式中，径向模拟腔1、参数测量系统3和数据采集处理单元10构成基本的实验框架，其它各个系统同时通过相应的管路与径向模拟腔1连通，根据不同的实验要求由人工或数据采集处理单元 10进行相应系统的控制，以实现不同的模拟过程，在模拟某个具体过程时，其它不需要参与的系统由相应的控制阀进行隔离。

本实施方式将目前单一的各模拟设备统合在一起，通过基本设备和径向模拟腔可为不同模拟实验提供基础的实验环境，可同时或分别用一套设备实现和控制不同的模拟实验，方便数据的整合和对比，同时能够保证实验条件的唯一性，减少实验误差。

本实施方式可通过换装不同类型沉积物来测定不同多孔介质的渗透率，通过常规的分析方法对各模拟过程中的各种数据进行分析和总结，从而获取选择储层在不同模拟实验中的所有数据信息，为实际开采提供可信的依据。通过精确控制进入径向模拟腔1的气体及液体注入量，同时精确计量径向模拟腔出口的气体和液体量，即可推算多孔介质孔隙内的气水饱和度。通过监测径向模拟腔1中不同位置水合物的生成情况以及注热开采过程中水合物的分解情况，可分析实验过程中多孔介质内温度、压力曲线的变化，以及根据气相与多孔介质中温度的微小差异来确定水合物的生成和分解，从而得出不同介质中天然气水合物的P-T平衡和分解条件。

利用参数测量装置3中的电极通过饱和度电性测点来检测不同区域的电阻率值，根据电阻率与饱和度之间的关系值来推算和检测不同区域的饱和度分布情况。电阻是甲烷水合物形成和分解良好的指示性参数，水合物形成时体系电阻快速增大，水合物分解时电阻急剧减小。

在本实用新型的一个实施方式中，为方便安装密封件，该上盖板上安装测量组件的贯穿孔可以设置成三段内径逐渐缩小的台阶结构，且内径最小的一端位于圆柱腔体101一侧，贯穿孔107的具体数量可以设置25～30个。上盖板104上贯穿孔107的中间段用来安装和限制密封件，直径最小段用于线缆通过，这样的结构可利用直径最大段来提供相应的安装空间，利用中间段形成密封段，最小段则可以减少泄漏。

在本实用新型的一个实施方式中，如图4所示，为方便固定测量组件，在贯穿孔131内安装有固定座301，限制片302和防脱套303，下盖板13上的贯穿孔131为圆形的通孔，固定座301的内部设置有中心通道，其密封固定在贯穿孔131内，具体固定方式可以是焊接或是螺纹拧接。

限制片302为柔性圆片或金属垫片且设置有多个轴向贯穿插孔，轴向贯穿插孔用于使各测量组件的线缆通过，其水平安装在中心通道内，限制片302可根据固定处的深度使用一至多个，各个限制片302 可相互叠加安装，对穿过的线缆形成弹性固定和密封，同时方便调整相应测量组件的测量位置。

防脱套303同样是一个中间带有供线缆通过的通孔的管形结构，其通过外螺纹拧在中心通道的外部开口端的内螺纹上，防脱套303 的前端可通过拧紧的深度顶紧限制片302以防止限制片302轴向移动。

囊式测压器306、温度传感器307和测量电极305穿过防脱套303 和限制片302上的通孔后伸入圆柱腔体11内，为提高连接处的耐压性能，防脱套303与固定座301接触一端的外圆周上可设置密封件 308；在防脱套的另一端设置有防止信号线路松动的防转螺栓304，该防转螺栓304的径向上设置有通孔，在防脱套303上设置有对应的限制孔，当防转螺栓304转到位后，可通过固定螺栓拧入通孔和限制孔来避免防转螺栓303相对防脱套转动。

如图5所示，本实施方式中的囊式测压器306包括测压管3061，套在测压管3061外部的引压管3062，位于引压管3062端部且密封容纳测压管3061端部的囊式隔离套3063，向引压管3062内注入防冻液的注入装置；测压管3061将接收的插入处多孔介质的压力传递至外部的压力传感器，压力传感器通过自备的数显二次表直接进行显示或传递至数据收集处理单元10处。引压管3062用于保护测压管 3061，内部的防冻液可防止测压管3061被多孔介质处的低温冻结。囊式隔离套3063可在测压管3061的端部形成一个充满防冻液的受压腔体3064，以精确传递承受的压力至测压管3061。

在引压管3062的端部外表面设置有多道径向凸环3065，囊式隔离套3063为一端开口的柔性套，在开口端的内表面设置有与凸环 3065对应的凹环3066，囊式隔离套3063利用凹环3066与引压管3062 上的凸环3065套插后卡合在一起，在防止脱落的同时可在内部形成容纳防冻液的受压腔体3064。

天然气水合物具有高的电阻率(大约是水电阻率的50倍以上)，地层的电阻率约为0～15000Ω.m。在本系统中，电极305的电阻率测量范围为0～15000Ω.m，精度1％。为更加精确的测量水合物的分布，电极305采用均匀分散布置的方式，如按13×3的方式布置。

上述结构可以减少布置贯穿孔131的数量同时增强连接强度，减少泄漏点；采用多层组合式限制片302的结构可在承受压力越大时，限制片302与温度测点贴合越充分，确保测点密封的可靠性。

如图6所示，在本实用新型的一个实施方式中，为在不同角度下进行模拟实验，可以安装一个能够任意调整径向模拟腔摆放角度的角度调整装置16，该角度调整装置16包括水平对称固定在圆柱腔体11 两个相对面外侧上的固定柱161，其中一根固定柱161的端部通过带有轴承的轴承座162安装在一个支撑在地面上的支座163内，轴承座 162与支座163为弧形滑动接触；另一根固定柱161通过轴承与蜗轮升降机构164连接，蜗轮升降机构164通过控制固定柱161实现圆柱腔体11水平旋转和垂直高度上的升降。

本方案中，蜗轮升降机构164采用现有的蜗轮丝杆升降机，一般包括蜗轮减速机和升降丝杆，其通过蜗杆传动，利用蜗杆带动蜗轮实现减速，蜗轮中心是内螺纹结构，相当于升降丝杆的螺母和升降丝杆相匹配，升降速度等于蜗杆输入转速除以蜗轮蜗杆的减速比，然后乘以丝杆的螺距。其具备高精度的升降功能，同时又不影响径向模拟腔的径向旋转；使用时，径向模拟腔1以蜗轮升降机构164一端作为主动端，而另一端利用弧形滑动作为被动端，可绕轴转到任何倾角，然后再锁紧。同时还可通过蜗轮升降机构164倾斜一定角度，使得径向模拟腔1可模拟从垂直到水平的各种情况，又可背斜一定角度，大大扩展了研究范围。

在本实用新型的一个实施方式中，如图7所示，该供液装置5 通过恒速恒压泵501向径向模拟腔1内注入指定的液体，用于当前多孔介质合成水合物或分析当前多孔介质的液体渗透率；供液装置的恒速恒压泵501可采用HAS-200HSB型双缸恒速恒压泵，在实现驱替介质定量注入的同时还作为径向模拟腔的动力源使用，自身具有压力保护及位置上下限保护功能，具体的参数如下：工作压力50MPa，流速0.01～20mL/min，泵头材料采用316L，该泵配置有通讯口与数据采集处理单元连接，其两个缸可实现单缸独立作业、双缸分别独立作业和双缸联动作业。具体以蒸馏水或煤油作为驱动介质输出，在输出的过程中实现对驱动介质的恒压、恒流和跟踪PLC控制。

在双缸恒速恒压泵501和径向模拟腔1之间并联安装有二台压力调节活塞502，压力调节活塞502的容积为2000mL，工作压力50MPa，材质为316L。压力调节活塞502作为注入液和驱替液的隔离和储能缓冲及传输。在筒体内表面做平滑处理，以减小内壁摩擦力。

如图8所示，每台压力调节活塞502包括两端开口的空心容器 5021，在空心容器5021的两端通过外螺纹分别拧装的上盖5022和下盖5023，且在空心容器5021的两端口的内部分别安装有密封堵头 5024，在密封堵头5024远离空心容器5021的一面设置有向外凸出的连接台5025，在上盖5022和下盖5023上设置有供连接台5025穿过的通孔5026，在连接台5025上设置有轴向贯穿孔5027；在空心容器 5021的内部安装有可沿轴向移动并将空心容器5021内部隔离成两个独立空腔的隔板5028；其中一个空腔与双缸恒速恒压泵501连通，另一个空腔与径向模拟腔1连通，与径向模拟腔1连通的空腔内注满水合物生成的溶液，另一个空腔内为蒸馏水或煤油，蒸馏水或煤油在双缸恒速恒压泵501的压力下推动隔板5028移动，以将另一腔体中的溶液注入径向模拟腔1内。

如图9所示，在本实用新型的一个实施方式中，该供气装置4 通过空气压缩机401向径向模拟腔1内注入气体以合成水合物，然后测量水合物储层在不同开采状态时的气体渗透率，如通过注入等温单相甲烷气并精确测量出口的气体流量，并依据达西定律可测量气体渗透率。

具体组成包括产生压力气体的空气压缩机401，对空气压缩机 401产生的气体进行增压的气体增压泵402，存储增压后低压气体的低压储罐403，存储增压后高压气体的高压储罐404，根据实验要求选择低压储罐403或高压储罐404向径向模拟腔1内输入指定压力的压力调节阀405，控制单一气体输出流量大小和控制混合气液流量的流量控制器406；在压力调节阀405之前的气路上还安装有气体润湿装置407，以输出带有一定湿度的气体，气体润湿装置407可以为装有蒸馏水一类液体的耐压容器。其中气体增压泵402使用的液体为天然气。

上述设备可以通过一个移动型安装支架统一安装，形成一个方便移动的独立充气注入系统，在使用时只需要连通相应的管路即可。

本方案中的空气压缩机401选用一台型号为GCS50的压缩机，其设计压力为1.0MPa，流量为0.465m3/min，空气压缩机401还可用于整个管路系统的清洗扫气。该气体增压泵402可选用一台SITEC 气气增压泵，型号为GBD60，增压比60:1，最大出口压力498Bar，最大流量40L/min。低压储罐403主要用于贮存空气压缩机增压后的空气，需要满足如下条件：容积0.1m³，工作压力0.8MPa，设计压力1MPa。高压储罐404需要满足如下：容积2000mL，最大工作压力50MPa。调压阀405除包括手动调压阀外，还有相应的压力指示表，主要用于将增压后的高压气体(天然气)调整到所需的工作压力。其中手动调压阀最大入口压力为50MPa，出口压力在0～40MPa之间可调。流量控制器406采用布朗克高压流量计，用于单一气体定量注入，定量注入流量范围0～1000ml/min，其最大工作压力为40MPa，带通讯接口，可与数据采集处理单元7实现通讯连接。

如图13所示，公开一种压力调节阀405的结构，本实用新型的模拟分析系统在需要调节输出压力时都可采用该结构的压力调节阀 405，压力调节阀405结构如下：包括阀体4051，通过螺栓固定在阀体4051上的阀盖4052，在阀盖4052内设置有一端大一端小的贯穿形漏斗状活塞腔4054且开口大的一端靠近阀体4051，活塞腔4054 内活动安装有同样形状的漏斗形活塞4055，活塞4055的轴心线上设置有同轴的双贯穿通道4056，双贯穿通道4056中的一个通道直接穿过轴心，另一个通道以环状围绕在该通道圆周，在阀盖4052的活塞腔4054小端出口处安装有带通道的阀帽4053，在阀帽4053的通道内活动安装有与活塞4055的双贯穿通道4056出口对应的密封圈 4057，密封圈4057可以同时封闭两个通道；在阀帽4053的侧边设置有与通道相通以对密封圈4057施压的压力通道4058，阀盖4052上设置有与活塞腔4054相通的溢流通道4059，在阀体4051与活塞腔 4054相对的位置处设置有通过支管分别与调节气罐4061和调节液罐 4062连通的容纳腔4050，容纳腔4050的开口直径小于相邻活塞端的直径，在容纳腔4050内设置有活动封闭开口端的压块，活塞4055 与容纳腔4050相对的一侧设置有密封片。

当调节气罐4061和调节液罐4062的气、液进入容纳腔4050后，分别由双贯穿通道4056输出并推动密封圈4057，密封圈4057施加有由压力通道4058输入的固定压力，当气、液量的压力小于该固定压力时，密封圈4057持续封闭住双贯穿通道4056，当气、液量的压力大于该固定压力时，则顶开密封圈4057由阀帽4053处输出相应的气、液。因此，通过调节固定压力的大小即可控制气、液的输出量。溢流通道4059则可以作为气、液的泄压通道。

进一步，密封圈4057可以采用分开设置的结构以分别封闭相应的通道，而压力通道4058设置两条并分别对应一个密封圈4057，该结构可以通过压力通道4058施加不同的压力，来调节气、液不同的输出量，进一步提高混合精度。

如图11所示，在本实用新型的一个实施方式中，本实用新型中采用的控制阀可以是如下结构的手动控制阀9，该手动控制阀9一般包括作为流通通道的阀体91，关闭流通通道的阀杆92，控制阀杆92 移动的手动螺杆93。在阀体91内设置有输液通道94和连通输液通道94的阀杆安装槽95，阀杆92形状与输液通道94的截面形状相同，可为圆柱形或矩形。阀杆92的一端设置有径向凸出的凸圈921或任意凸出阀杆本体的结构，如凸块、凸杆。手动螺杆93的一端通过外螺纹拧在阀杆安装槽95的开口端内，且在该端设置有夹持阀杆凸圈 921的凹槽931，阀杆92的升降可由手动螺杆93带动凸圈921实现，两者之间既可以是固定连接结构，也可以是凸圈921相对安装位置能够相互转动的活动卡合结构。

工作时，阀杆92的凸圈921卡入凹槽931内，其另一端根据开关状态位于输液通道94内或位于输液通道94外，当位于输液通道94内时可完全封闭输液通道94。手动螺杆93通过螺纹升降后带动阀杆92升降，实现输液通道94的开关。为提高密封性，可以在阀杆 92上的径向圆周套装密封圈96，该密封圈96的外径与阀杆安装槽 95的内径相同且至少大于凸圈921的外径，密封圈96能够防止液体或气体由阀杆安装槽95处泄漏，同时可防止气体或液体进入安装凸圈921的凹槽931。

为提高阀杆92的开关效果，该输液通道94可以包括相互平行的进液通道和排液通道，以及垂直连接进液通道和排液通道一端的封闭通道，阀杆92插入封闭通道中。该结构可以增加阀杆92的封闭长度，进而提高封闭效果。

本实施方式中手动螺杆93活动夹持凸圈931的结构如下：在手动螺杆93的凹槽931内通过螺纹拧有一个活动的安装套(图中未示出)，该安装套的内部为与阀杆92的凸圈921一端形状对应的容纳槽，在安装套的圆周上设置有供凸圈921一端侧向卡入的卡口；在使用时将阀杆92的凸圈921一端由卡口处卡入安装套内，再将安装套拧入凹槽931中；该结构可以降低对手动阀杆93的制作工序，方便安装。

此外，在另一个实施方式中，手动螺杆93活动夹持凸圈931的结构还可以是：在凹槽931的侧面设置与阀杆凸圈921一端形状对应的卡口，在卡口处通过螺栓活动安装封闭卡口的封闭块。该结构可以从手动阀体93的侧面进行凹槽931的加工，采用活动的封闭块进行封闭则可以防止和限制安装后的阀杆92径向移动。封闭块的外表面可以制作与手动阀杆93一体的外螺纹。

在本实用新型的一个实施方式中，还可以设置模拟径向模拟腔环境温度的恒温系统，恒温系统主要通过将径向模拟腔1容纳在内的恒温箱实现降温或升温以模拟需要的环境温度，如提供低温模拟水合物形成环境。恒温箱的温度可控制在-15～60℃，精度±0.5℃。

该恒温箱可采用现有产品或订制，但其基本结构需要满足如下要求：内部的保温空间至少能够容纳径向模拟腔1，在恒温箱的内部相对两面设置有实现内部热风对流的热风机，热风机的热源可以是电热丝，或是直接利用其它系统产生的热量，如加热系统中的蒸汽。同时为调节内部温度，在恒温箱的侧壁内还设置有由冷却盘管构成的制冷系统，制冷系统通过冷冻液产生冷气，由数据采集处理单元10根据实验确定的温度范围自行控制。

恒温箱的内表面铺设有不锈钢镜面板，可反射热量保持内部湿度平衡，同时方便观察箱内状况，外胆采用A3钢板喷塑，外表面安装有超细玻璃纤维形成的保温层以避免不必要的能量损失，在侧壁上设置有透明观察窗和温度控制面板，在透明观察窗处设置有保持箱内亮度的照明灯。

此外，恒温箱还具备大屏幕触摸面板，直接制订程式，同时作为显示运转曲线的显示屏。其通过RS-485通讯接口与数据采集处理单元7连接，实现远程软件设定温度，监视试验过程并执行自动开关机等功能。

另外，还可以设置用于抽取径向模拟腔内真空的真空系统，该真空系统通过真空泵对径向模拟腔1内部进行抽真空，以提供干净的实验环境。真空系统不作为常住系统使用，在抽真空前将真空泵临时接通已有管路，抽真空结束后，再断开连接。

如图12所示，在本实用新型的一个实施方式中，稳压供液供气单元还可以是一个能够同时实现气、液自动输入控制的流量控制器，该流量控制器包括并联连接输出气体的调节气罐4061和输出液体的调节液罐4062，控制调节气罐4061和调节液罐4062输出至径向模拟腔内气、液量的压力调节阀4063，为调节气罐4061和调节液罐4062 分别提供气体和液体的储罐4064和提供压力的压力泵4065，检测压力的传感器，控制各部件运行的PLC单元。

其中，调节气罐4061和调节液罐4062的结构基本相同，只是两者在工作时一个输出气体，一个输出液体。调节气罐4061内部由滑动活塞间隔成气室A和液室A，调节液罐4062的内部由滑动活塞间隔成气室B和液室B，气室A和液室A分别通过管路与压力调节阀 4063并联连接；气室B和液室B分别通过管路与压力泵4065并联连接以获取输入压力，传感器获取各处的压力并输出至PLC单元，PLC单元根据径向模拟腔1内压力值的变化调整压力调节阀4063使输入径向模拟腔内的气、液量维持稳定，使气量或液量或气液混合量的输入始终维持在一个标准。

随着高压流体注入径向模拟腔1中，会带来注入压力的提高，为保证注入径向模拟腔1内的高压流体为恒定的流量，且高压流体的气液体积比为固定值：而流量控制器406则可实现在不同的压力温度下控制输出量保持稳定。本实施方式中，流量控制器406可以根据不同的实验需要安装多个，其调节的目的包括气-气混合和气-液混合。

高压流体注入径向模拟腔1内后使得内部压力升高，原来注入流体内的气液体积比可能会改变，流量控制器406此时会提高压力和注入速度，使注入到径向模拟腔1内的气液比始终维持在预期气液比的状态，即实现恒定的注入流量。

设径向模拟腔1的进口压力为P1，压力泵4065提供的压力P2，实际进入径向模拟腔1内的气体流量为Q1，实时变化的流量为Q2，流量控制器406则有：

P1·Q1＝P2·Q2

式中P2为定值，当P1变化时，为保证Q1不变，就要不断改变 Q2的流量。本装置通过压力传感器实时采集压力P1的值，由数据采集处理系统7控制压力泵4065的输出压力，随P1的变化而不断改变调节气罐4061和调节液罐4062的排量Q2，确保气、液体流量 Q1的恒定输入至径向模拟腔1内，保证恒定的气液输入比例。

工作过程说明如下：气室A和液室A分别与回压阀4063连接以输出相应的气体和液体，由回压阀4063根据相应的压力变化控制两者输出的混合量，气室B和液室B内充满液体，在压力泵4065的压力下推动活塞挤压气室A和液室A以输出相应的气体量和液体量，压力泵4065的推动压力大小由数据采集处理单元7根据压力传感器回馈信号确定，该值随着径向模拟腔1内的压力变化逐渐增大。

在本实用新型的一个实施方式中，还可安装对径向模拟腔内的多孔介质进行加热来模拟改变水合物生成时环境温度的加热系统，该加热系统包括同时提供蒸汽和热水的防爆型蒸汽发生器，蒸汽发生器包括内部设置有加热腔的加热筒，加热筒的筒壁为双层空心结构，中间为热水空间，在加热腔内设置有环形或多边形直接连通筒壁内热水空间的加热管，在加热管的下方设置有加热器，上方设置有供加热管内生成的蒸汽排出的蒸汽管，在蒸汽管的输出通道上设置有调节输出温度的冷水交换区；冷水交换区通过低温水调节输出的蒸汽温度，这里的低温水既可以某个范围内的水，如10℃水，也可以是进入加热管前的热质，以便提前吸收相应热量而减少后期加温时间。

加热系统还安装有检测各处温度的温度探头，检测输入输出压力的压力探头，向热水空间和冷水交换区供水的进水管，输出蒸汽和/ 或热水的出水管，以及根据指令控制预定蒸汽或热水输出的PLC控制单元，交换区通过带有控制阀的管路与热水空间连通。

在本实用新型的一个实施方式中，还安装有在径向模拟腔1的输入孔108入口处利用钻井液实现环空循环流动以模拟分析钻井液对水合物储层导电特征的影响及污染的钻井液循环系统8；该钻井液循环系统8包括存储井液的储液罐801，控制钻井液循环流动的循环泵 802，对循环钻井液进行加温的温控仪803，调节钻井液循环时压力的调压装置804，设置在径向模拟腔1一端的模拟井口环空结构805；储液罐801的输出口连接循环泵802后与模拟井口环空结构805的入口连接，模拟井口环空结构805的出口与调压装置804连接后与储液罐801的输入口连接，温控仪803单独与储液罐801连接，循环泵 802的输出端通过支管与储液管801连接。

储液罐801采用带盖的可拆卸结构，容积为1000mL，最大工作压力25MPa，温控仪803的温度调控范围在室温-50℃左右。循环泵 802的注入最大压力25MPa，流量范围控制在0.5～10mL/min。

此外，本实用新型的地质储层径向流模拟系统在用电方面还设置有用电接地保护，断电保护电路，超温保护，超压保护和电子电路安全保护。

其中用电接地保护和断电保护电路可避免突然停电后来电对设备和人体的伤害，每断电必须重新启动总电源，仪器才能通电工作，确保人身安全。

超温保护对加热的一些大功率仪器进行了分相处理，达到基本平衡，保持电路系统稳定，以防止电路中某一相功率过大造成相与相之间不平衡。通过系统设计的PID控制系统，可对恒温控制系统设定温度上下线，当实时温度超过测定温度上限或下限时则报警，提醒操作人员注意，且当系统温度超出设定度时，系统会立即自动停止当前操作，然后关断加热电源并报警。

超压保护处理方式包括选择满足国家《GB/T 1220-2007不锈钢棒》标准的高压材料制作各装置；而压力部件严格按照国家《GB150.1～150.4-2011压力容器》标准进行设计、加工及检验。耐压检验包括液压试验和气压试验，液压试验压力为1.25倍的设计压力，气压试验压力为1.15倍的设计压力；容器及关键压力点均配有相应量程的进口压力传感器，实时监测各压力测点。可以根据试验需要设定最大压力值，当压力测点接近满量程或仪器极限指标时，动力元件停止工作，软件界面提示并声音报警。各系统的泵处装有安全阀，当压力超过极限压力时自动泄压。压力到达规定值后安全阀打开，并发出警报。

电子电路安全保护采用电接点压力表进行超压保护，电接点压力表由测量系统、指示系统、磁助电接点装置、外壳、调整装置和接线盒(插头座)等组成。一般电接点压力表是用于测量对铜和铜合金不起腐蚀作用的气体、液体介质的正负压力，不锈钢电接点压力表用于测量对不锈钢不起腐蚀作用的气体、液体介质的正负压力并在压力达到预定值时发出信号，接通控制电路，达到自动控制的报警的目的。电接点压力表基于测量系统中的弹簧管在被测介质的压力作用下，迫使弹簧管之末端产生相应的弹性变形一位移，借助拉杆经齿轮传动机构的传动并予放大，由固定齿轮上的指示(连同触头)逐将被测值在度盘上指示出来。与此同时，当其与设定指针上的触头(上限或下限) 相接触(动断或动合)的瞬时，致使控制系统中的电路得以断开或接通，以达到自动控制和发信报警的目的。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本实用新型的多个示例性实施例，但是，在不脱离本实用新型精神和范围的情况下，仍可根据本实用新型公开的内容直接确定或推导出符合本实用新型原理的许多其他变型或修改。因此，本实用新型的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (19)

1.一种地质储层径向流模拟系统，其特征在于，包括：

径向模拟腔，包括两端开口用于填充海底水合物储层泥质粉砂多孔介质的圆柱腔体，分别通过螺栓固定封闭圆柱腔体两端开口的上盖板和下盖板，下盖板与圆柱腔体接触的一面设置有凸出且与圆柱腔体内径相同的挤压台，上盖板的圆心处设置有贯穿孔；

空心模拟井筒，用于模拟开采井，包括由所述贯穿孔处插入圆柱腔体内的井筒，将井筒限制在上盖板处的弹簧压盖；所述井筒伸入圆柱腔体内的侧壁上设置有与外部相通的通孔，所述弹簧压盖包括一端为开口端另一端为封闭端的管体，管体利用开口端套在井筒伸出圆柱腔体的一端后由螺栓将开口端固定在上盖板上，在管体的封闭端设置有供井筒伸出的通孔，在管体的内部安装有套在井筒外的弹簧，和通过螺纹拧在井筒上的调节螺帽，调节螺帽利用与封闭端的相对位置来调节弹簧的弹力大小；

囊式覆压加载套，用于模拟施加至多孔介质上的地层覆压，包括一端封闭的橡胶套，提高橡胶套密封性能的压圈及扶正圈，及测量橡胶套位移的位移传感器；橡胶套通过螺纹拧在下盖板的挤压台上，与下盖板之间形成一个封闭空间，位移传感器穿过下盖板后伸入该封闭空间；

稳压供液供气单元，包括并联后与圆柱腔体连接的供液装置和供气装置，用于分别向圆柱腔体内注入气体和液体以形成水合物或在水合物分解后通过注入液体或气体模拟地层覆压条件下的渗流情况；

计量装置，用于连接井筒以接收并计量排出的水合物，包括对液体进行分离并计量的固液分离装置，和对气体进行分离并计量的气液分离装置；

参数测量系统，用于测量多孔介质在不同模拟实验中数据，包括测量压力的囊式测压器、测量温度的温度传感器和测量电阻的电极，在上盖板上设置有多个通孔，所述囊式测压器、所述温度传感器、所述电机同时安装在一个通孔中或分散安装在不同的通孔中；

数据采集处理单元，包括带有数据处理软件的控制系统，在控制实验过程的同时对不同的实验过程实现数据采集、分析和结果输出。

2.根据权利要求1所述的地质储层径向流模拟系统，其特征在于，

在所述弹簧压盖内部还安装有密封所述井筒与所述上盖板之间连接缝的固定件，固定件包括套在所述井筒外利用螺栓固定的压套，和安装在连接缝内的密封圈，固定件固定后对密封圈进行挤压密封。

3.根据权利要求1所述的地质储层径向流模拟系统，其特征在于，

在所述圆柱腔体的侧面设置有分别与加装多孔介质的空间和所述囊式覆压加载套的封闭空间相通的围压注入孔；在围压注入孔与多孔介质之间设置有隔离泥沙的过滤器。

4.根据权利要求1所述的地质储层径向流模拟系统，其特征在于，

在所述井筒的外圆周设置有隔绝多孔介质进入的防砂网；在所述圆柱腔体的内圆周和所述井筒的外圆周处分别设置有用于分散液体渗透路径的陶粒渗透层。

5.根据权利要求1所述的地质储层径向流模拟系统，其特征在于，

所述供液装置包括通过两个缸实现单缸独立作业、双缸分别独立作业和双缸联动作业的双缸恒速恒压泵，和安装在双缸恒速恒压泵与所述圆柱腔体之间的压力调节活塞；

所述压力调节活塞包括两端开口的空心容器，在所述空心容器的两端通过外螺纹分别拧有上盖和下盖，且在所述空心容器的两端口的内部分别安装有密封堵头，在所述密封堵头远离所述空心容器的一面设置有向外凸出的连接台，在所述上盖和所述下盖上设置有供所述连接台穿过的通孔，在所述连接台上设置有轴向贯穿孔；在空心容器的内部安装有可沿轴向移动并将空心容器内部隔离成两个独立空腔的隔板；其中一个空腔与所述双缸恒速恒压泵连通，另一个空腔与所述圆柱腔体连通，与所述径向模拟腔连通的空腔内注满满足水合物生成的溶液，其在另一个空腔内蒸馏水或煤油的推动下注入所述圆柱腔体内。

6.根据权利要求1所述的地质储层径向流模拟系统，其特征在于，

所述供气装置包括产生压力气体的空气压缩机，对所述空气压缩机产生的气体进行增压的气体增压泵，存储增压后低压气体的低压储罐，存储增压后高压气体的高压储罐，根据实验要求选择低压储罐或高压储罐向所述圆柱腔体内输入指定压力的压力调节阀，控制单一气体输出流量大小和控制混合气液流量的流量控制器；在压力调节阀之前的气路上安装有气体润湿装置，所述气体润湿装置为装有液体的耐压容器。

7.根据权利要求1所述的地质储层径向流模拟系统，其特征在于，

所述稳压供液供气单元还包括能够自动调节气、液输入量的流量控制器，所述流量控制器包括并联连接输出气体的调节气罐和输出液体的调节液罐，控制调节气罐和调节液罐输出至所述圆柱腔体内气液量的控制阀，为调节气罐和调节液罐分别提供气体和液体的储罐和提供压力的压力泵，检测压力的传感器，控制各部件运行的PLC单元；

所述调节气罐内部由滑动活塞间隔成气室A和液室A，所述调节液罐的内部由滑动活塞间隔成气室B和液室B，气室A和液室A分别通过管路与压力调节阀并联连接；气室B和液室B分别通过管路与压力泵并联连接，传感器获取各处的压力并输出至PLC单元，PLC单元根据所述圆柱腔体内压力值的变化调整压力调节阀使输入所述圆柱腔体内的气液维持稳定。

8.根据权利要求7所述的地质储层径向流模拟系统，其特征在于，

所述压力调节阀包括阀体，通过螺栓固定在阀体上的阀盖，在阀盖内设置有一端大一端小的贯穿形漏斗状活塞腔且开口大的一端靠近阀体，活塞腔内安装有同样形状的漏斗形活塞，活塞的轴心线上设置有同轴的双贯穿通道，在阀盖的活塞腔小端出口处安装有带通道的阀帽，在阀帽的通道内活动安装有与活塞的双贯穿通道出口对应的密封圈，在阀帽的侧边设置有与通道相通以对密封圈施压的压力通道，阀盖上设置有与活塞腔相通的溢流通道，在阀体与活塞腔相对的位置处设置有分别与所述调节气罐和所述调节液罐连通的容纳腔，容纳腔的开口直径小于相邻活塞端的直径，在容纳腔内设置有活动封闭开口端的压块，活塞与容纳腔相对的一侧设置有密封片。

9.根据权利要求7所述的地质储层径向流模拟系统，其特征在于，

所述控制阀包括阀体，阀杆，手动螺杆，在阀体内设置有输液通道和连通输液通道的阀杆安装槽，阀杆为圆柱形且在一端设置有径向凸出的凸圈，手动螺杆的一端通过螺纹拧在阀杆安装槽的开口端内且在该端设置有活动夹持阀杆凸圈的凹槽，阀杆的凸圈卡入凹槽内且另一端位于输液通道内并可完全封闭输液通道，在阀杆上套有密封圈且密封圈的外径大于凹槽的外径；

所述输液通道包括相互平行的进液通道和排液通道，以及垂直连接进液通道和排液通道一端的封闭通道，阀杆插入封闭通道中。

10.根据权利要求9所述的地质储层径向流模拟系统，其特征在于，

活动夹持所述凸圈的结构如下：在所述凹槽内通过螺纹拧有安装套，安装套的内部为与阀杆凸圈一端形状对应的容纳槽，在安装套的圆周上设置有供凸圈一端侧向卡入的卡口；或

在凹槽的侧面设置有与阀杆凸圈一端形状对应的卡口，和通过螺栓与卡口处连接以封闭卡口的封闭块。

11.根据权利要求1所述的地质储层径向流模拟系统，其特征在于，

所述参数测量系统还包括将用于固定测量部件的固定座，限制片和防脱套，所述固定座密封固定在所述通孔内且内部设置有中心通道，所述限制片为柔性或金属圆片且设置有多个轴向贯穿插孔，其多个组合后水平安装在固定座的中心通道内，所述防脱套通过外螺纹拧在中心通道的外部开口端，其前端顶紧所述限制片；所述囊式测压器、温度传感器和电极穿过防脱套和限制片上的插孔后伸入所述圆柱腔体内，所述防脱套与所述固定座接触一端的外圆周上设置有密封件，另一端设置有防止信号线缆松动的防转螺栓，所述防转螺栓的径向上设置有通孔，在所述防脱套上设置有对应的限制孔，当防转螺栓转到位后，通过固定螺栓拧入防转螺栓上的通孔和限制孔来避免防转螺栓转动。

12.根据权利要求11所述的地质储层径向流模拟系统，其特征在于，

所述囊式测压器包括测压管，套在测压管外部的引压管，位于引压管端部且密封容纳测压管端部的囊式隔离套，向所述引压管内注入防冻液的注入装置；所述引压管的端部外表面设置有多道径向凸环，所述囊式隔离套为一端开口的柔性套，在开口端的内表面设置有与凸环对应的凹环，所述囊式隔离套利用凹环与所述引压管上的凸环卡合后连接在一起，在内部形成容纳防冻液的保护空间。

13.根据权利要求11所述的地质储层径向流模拟系统，其特征在于，

所述囊式测压器、温度传感器和电极沿所述圆柱腔体内的气液流动方向依次分布；一个所述通孔中安装一个囊式测压器、一个温度传感器或一个电极，或一个测量孔中同时安装多个囊式测压器、温度传感器和电极。

14.根据权利要求1所述的地质储层径向流模拟系统，其特征在于，

所述径向模拟腔安装在角度调整装置上，所述角度调整装置包括水平对称固定在所述圆柱腔体两个相对面外侧上的固定柱，其中一根固定柱的端部通过带有轴承的轴承座安装在一个支撑在地面上的支座内，所述轴承座与所述支座为弧形滑动接触；另一根通过轴承与蜗轮升降机构连接，蜗轮升降机构通过控制固定柱实现圆柱腔体实现水平旋转和垂直高度上的升降。

15.根据权利要求1所述的地质储层径向流模拟系统，其特征在于，

在所述径向模拟腔的外围安装有恒温系统，包括套在所述径向模拟腔外模拟实验时环境温度的恒温箱；所述恒温箱内部为容纳径向模拟腔的保温空间，在恒温箱的内部相对两面设置有实现内部热风对流的热风机，在恒温箱的侧壁内设置有冷却盘管构成的用于调节箱内温度的制冷系统，恒温箱的内表面铺设有不锈钢镜面板，外表面安装有玻璃纤维形成的保温层，在侧壁上设置有透明观察窗和温度控制面板，在透明观察窗处设置有保持箱内亮度的照明灯。

16.根据权利要求1所述的地质储层径向流模拟系统，其特征在于，

还包括对所述径向模拟腔内的多孔介质进行加热来模拟改变水合物生成时环境温度的加热系统，所述加热系统包括同时提供蒸汽和热水的防爆型蒸汽发生器，蒸汽发生器包括内部设置有加热腔的加热筒，加热筒的筒壁为双层空心结构，中间为热水空间，在加热腔内设置有环形或多边形直接连通筒壁内热水空间的加热管，在加热管的下方设置有加热器，上方设置有供加热管内生成的蒸汽排出的蒸汽管，在蒸汽管的输出通道上设置有调节输出温度的冷水交换区；以及检测各处温度的温度探头，检测输入输出压力的压力探头，向热水空间和冷水交换区供水的进水管，输出蒸汽和/或热水的出水管，以及根据指令控制预定蒸汽或热水输出的PLC控制单元，交换区通过带有控制阀的管路与热水空间连通。

17.根据权利要求1所述的地质储层径向流模拟系统，其特征在于，

还包括利用钻井液实现环空循环流动以模拟分析钻井液对水合物储层导电特征的影响及污染的钻井液循环系统，包括存储井液的储液罐，控制井液循环流动的循环泵，对循环井液进行加温的温控仪，调节井液循环时压力的调压装置，设置在所述圆柱腔体一端的模拟井口环空结构；所述储液罐的输出口连接循环泵后与模拟井口环空结构的入口连接，模拟井口环空结构的出口与调压装置连接后与储液罐的输入口连接，所述温控仪单独与储液罐连接，所述循环泵的输出端通过支管与储液管连接。

18.根据权利要求1所述的地质储层径向流模拟系统，其特征在于，

所述计量装置还包括控制所述圆柱腔体出口回压的回压控制装置，包括依次连接的回压压力传感器、回压阀、回压容器和回压泵；当所述圆柱腔体的出口压力达到回压阀顶部控制压力时，回压阀自动打开泄压，确保出口压力恒定。

19.根据权利要求1所述的地质储层径向流模拟系统，其特征在于，

所述径向模拟腔还连接有真空系统，所述真空系统通过真空泵对所述径向模拟腔进行抽真空，以提供干净的实验环境。