專利名稱：一種天然氣水合物儲層物性測量裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種實驗裝置，特別是用于生成天然氣水合物并對其儲層物性參 數(shù)進行測量的實驗裝置。
背景技術：
隨著油氣資源的消耗，人類在21世紀后期將面臨油氣資源的巨大危機。天然氣水 合物作為一種替代能源，正在被世界各國的科學家所青睞。天然氣水合物燃燒只產(chǎn)生二氧化碳和水，不會污染環(huán)境，是一種難得的綠色潔凈 能源。重要的是，天然氣水合物的儲量非常豐富。根據(jù)天然氣水合物存在的穩(wěn)定條件分析， 陸地上20. 7%和大洋底90%的地區(qū)具有形成天然氣水合物的有利條件，據(jù)此估計全球天 然氣水合物中的甲烷碳含量達1015kg或含有20 X 1015m3的甲烷氣，相當于全世界已知煤炭、 石油和天然氣等常規(guī)化石燃料總碳儲量的兩倍。天然氣水合物儲層物性參數(shù)的測定對天然氣水合物的開采有重要意義，目前常用 模擬實驗裝置來測量天然氣水合物儲層的物性，多數(shù)實驗裝置被設計成一維模型，而且尺 寸較小。如Winters實驗所采用的美國地質(zhì)局的實驗裝備其尺寸為Φ 71 X 130mm，屬于較小 尺寸的反應容器。中國青島海洋地質(zhì)研究所的天然氣水合物模擬實驗監(jiān)測系統(tǒng)容積也只有 1L。小尺寸水合物實驗裝置增加了實驗數(shù)據(jù)采集的偶然性，且水合物生成后在儲層中分布 難以均勻，與實際水合物儲層原地產(chǎn)狀差別較大。發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是要提供一種天然氣水合物儲層物性測量裝置，該裝置可以模 擬生成量大而均勻的天然氣水合物，并用于測量天然氣水合物儲層的物性參數(shù)，為天然氣 水合物開采過程的研究提供技術支持。本實用新型的目的按以下技術方案實現(xiàn)在高壓反應釜的兩端分別安裝聲波發(fā)射探頭和聲波接收探頭，在反應釜的聲波接 收端沿堵頭幾何中心對稱布置有兩對電極，用來測量不同深度模擬水合物儲層的電阻變 化。聲波發(fā)射和接收探頭及電極通過導線與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用Fluk hydra系列數(shù)據(jù)采集器。反應釜的聲波發(fā)射端還接有氣體流量計，流量計的另一端接緩沖 罐和儲氣瓶。在反應釜的聲波接收端接有一個回壓閥和兩個高壓泵，其中回壓閥與另一個 氣體流量計相連，而其中一個高壓泵則與模擬海水相連。反應釜是本實驗裝置的主體部分， 由內(nèi)中外相互密封的三層圓筒組成，其中內(nèi)層為反應空間，內(nèi)填石英砂，中間層為環(huán)壓層， 與內(nèi)層之間有橡膠套隔離層，外層為溫度控制層，供冷凍液循環(huán)；反應釜的最外圍是保溫 層。反應釜的中部通過軸承與支架連接并安裝在支架上，可以使反應釜進行360°旋轉(zhuǎn)并能 夠在任意位置固定。實驗時先在反應釜中生成天然氣水合物，在水合物生成的過程中，旋轉(zhuǎn)反應釜使 生成的水合物量大而且均勻。再通過聲波發(fā)射探頭發(fā)射聲波，并利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集聲 波和電極的信息，從而求取天然氣水合物儲層的力學參數(shù)泊松比、楊氏模量和電學特性電 阻率等物性參數(shù)。[0011]本實用新型的有益效果是裝置容積大，屬于小三維天然氣水合物模擬實驗裝置， 可以更宏觀的觀察測量儲層的物性，得到更平均的實驗數(shù)據(jù)。反應釜的中間部位設計有軸 承，可以使反應釜進行360°旋轉(zhuǎn)并能夠在任意位置固定，這樣可以使天然氣水合物在多孔 介質(zhì)中生成得更加均勻，減小氣水分離，從而使測得的實驗數(shù)據(jù)更準確；可在縱向測量聲波 數(shù)據(jù)，徑向測量不同深度的電阻率數(shù)據(jù)，因此屬于三維裝置。


圖1是根據(jù)本實用新型所提出的天然氣水合物儲層物性測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1-反應釜；2-聲波發(fā)射探頭；3-氣體流量計；4-閥門；5-緩沖罐；6_儲氣 瓶；7-支架；8-數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；9-保溫層；10-圍壓；11-高壓泵；12-高壓泵；13-模擬海 水；14-氣液分離計量器；15-氣體流量計；16-回壓閥；17-聲波接收探頭；18-橡膠套； 19-電極；20-填砂模型；21-軸承。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖和實施例來進一步描述本實用新型。如圖1所示，在支架7上安裝高壓反應釜1，在反應釜1的兩端分別安裝聲波發(fā)射 探頭2和聲波接收探頭17，在反應釜的聲波接收端距堵頭幾何中心不同方位布置有測量深 度不同的長短兩對電極19，沿距堵頭幾何中心約3cm(堵頭直徑12cm)對稱分布，其中一對 長電極探入反應腔17cm，一對短電極探入反應腔5cm，反應腔長度約35cm，電極19用來測 量不同深度模擬水合物儲層的電阻變化。聲波發(fā)射探頭2和聲波接收探頭17及電極19通 過導線與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)8連接，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)8采用Fluk hydra系列數(shù)據(jù)采集器。反應釜 1的聲波發(fā)射端還接有氣體流量計3，流量計的另一端接緩沖罐5和儲氣瓶6。在反應釜1 的聲波接收端接有一個回壓閥16和兩個高壓泵11、12，其中回壓閥16與氣體流量計15相 連，而其中一個高壓泵12則與模擬海水13相連。高壓反應釜是本實驗裝置的主體部分，由 內(nèi)中外相互密封的三層圓筒組成，其中內(nèi)層為反應空間，內(nèi)填石英砂，中間層為環(huán)壓層，與 內(nèi)層之間有橡膠套18隔離層，外層為溫度控制層，供冷凍液循環(huán)，反應釜的最外圍為保溫 層9。反應釜1的中部通過軸承21安裝到支架7上，可以使反應釜進行360°旋轉(zhuǎn)并能夠 在任意位置固定。在進行實驗時，先用蒸餾水把反應釜1清洗干凈，把實驗用砂子也用蒸餾水漂洗 干凈，晾干后裝入反應釜1的內(nèi)層中。通過高壓泵12注入3% Nacl溶液作為模擬海水13， 利用高壓泵11加壓至實驗所需壓力。通過保溫層9調(diào)節(jié)系統(tǒng)溫度至實驗所需溫度，待反應 釜溫度平衡后，從氣瓶6經(jīng)緩沖罐5和流量計3往反應釜1內(nèi)注入天然氣，同時開啟反應釜 1另一端閥門，放出一部分溶液，維持反應釜內(nèi)壓力不變。待系統(tǒng)溫度穩(wěn)定后，緩慢降溫，在 此過程中不斷旋轉(zhuǎn)反應釜1，調(diào)節(jié)反應釜傾斜度，使天然氣充分溶解并使水合物生成過程均 勻。在反應釜壓力降低至甲烷水合物相同實驗溫度下所對應壓力以下后，甲烷水合物不再 生成。重新注入3% Nacl溶液，使反應釜壓力升至原值，再通過發(fā)射探頭2發(fā)射聲波和接收 探頭17接收聲波，利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)8采集反應釜內(nèi)聲波速度及電極19的信息，進而求得 儲層物性參數(shù)包括力學參數(shù)泊松比、楊氏模量和電學特性電阻率等。
權利要求一種天然氣水合物儲層物性測量裝置，主要包括反應釜、恒溫水浴、溫度與壓力測量儀表、超聲波發(fā)生接收器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征是在高壓反應釜的兩端分別安裝聲波發(fā)射探頭和聲波接收探頭，在反應釜的聲波接收端沿堵頭幾何中心對稱布置有兩對電極，用來測量不同深度模擬水合物儲層的電阻變化，聲波發(fā)射和接收探頭及電極通過導線與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，反應釜的聲波發(fā)射端還接有氣體流量計，流量計的另一端接緩沖罐和儲氣瓶；在反應釜的聲波接收端接有一個回壓閥和兩個高壓泵，其中回壓閥與另一個氣體流量計相連，而其中一個高壓泵則與模擬海水相連；反應釜由內(nèi)中外相互密封的三層圓筒組成，其中內(nèi)層為反應腔，內(nèi)填石英砂，中間層為環(huán)壓層，與內(nèi)層之間有橡膠套隔離層，外層為溫度控制層，供冷凍液循環(huán)，反應釜的最外圍是保溫層。
2.根據(jù)權利要求1所述的天然氣水合物儲層物性測量裝置，其特征是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 采用Fluk hydra系列數(shù)據(jù)采集器。
3.根據(jù)權利要求1所述的天然氣水合物儲層物性測量裝置，其特征是反應釜的中間 部位通過軸承與支架連接并安裝在支架上。
專利摘要本實用新型提供了一種天然氣水合物儲層物性測量裝置。本裝置可以生成量大而均勻的天然氣水合物，并用于測量天然氣水合物儲層的物性參數(shù)。在反應釜中生成天然氣水合物的過程中，旋轉(zhuǎn)反應釜以使生成的水合物量大而且均勻。同時通過聲波發(fā)射探頭發(fā)射聲波使其通過所生成的水合物儲層，并利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集聲波在水合物儲層中傳播的速度及相關所需數(shù)據(jù)，從而達到對水合物儲層物性參數(shù)包括力學參數(shù)泊松比、楊氏模量和電學特性電阻率進行測量的目的。
文檔編號E21B49/08GK201661295SQ20102012782
公開日2010年12月1日 申請日期2010年3月5日 優(yōu)先權日2010年3月5日
發(fā)明者任韶然, 劉永軍, 尚校森, 常會江, 張衛(wèi)東, 李洋, 趙文龍, 魏韋 申請人:中國石油大學(華東)