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(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種實(shí)驗(yàn)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(jìn)行測量的實(shí)驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
隨著油氣資源的消耗，人類在21世紀(jì)后期將面臨油氣資源的巨大危機(jī)。天然氣水 合物作為一種替代能源，正在被世界各國的科學(xué)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(dá)1015kg或含有20 X 1015m3的甲烷氣，相當(dāng)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(shí)驗(yàn)裝置來測量天然氣水合物儲層的物性，多數(shù)實(shí)驗(yàn)裝置被設(shè)計成一維模型，而且尺 寸較小。如Winters實(shí)驗(yàn)所采用的美國地質(zhì)局的實(shí)驗(yàn)裝備其尺寸為Φ 71 X 130mm，屬于較小 尺寸的反應(yīng)容器。中國青島海洋地質(zhì)研究所的天然氣水合物模擬實(shí)驗(yàn)監(jiān)測系統(tǒng)容積也只有 1L。小尺寸水合物實(shí)驗(yàn)裝置增加了實(shí)驗(yàn)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(shí)際水合物儲層原地產(chǎn)狀差別較大。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)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(shù)支持。本實(shí)用新型的目的按以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)在高壓反應(yīng)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(yīng)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(dǎo)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(yīng)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(yīng)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(yīng)釜是本實(shí)驗(yàn)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(yīng)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(yīng)釜的最外圍是保溫 層。反應(yīng)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(yīng)釜進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)并能 夠在任意位置固定。實(shí)驗(yàn)時先在反應(yīng)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(yīng)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(xué)參數(shù)泊松比、楊氏模量和電學(xué)特性電 阻率等物性參數(shù)。[0011]本實(shí)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(shí)驗(yàn)裝置， 可以更宏觀的觀察測量儲層的物性，得到更平均的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。反應(yīng)釜的中間部位設(shè)計有軸 承，可以使反應(yīng)釜進(jìn)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更準(zhǔn)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(shí)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(yīng)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(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例來進(jìn)一步描述本實(shí)用新型。如圖1所示，在支架7上安裝高壓反應(yīng)釜1，在反應(yīng)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(yīng)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(yīng)腔17cm，一對短電極探入反應(yīng)腔5cm，反應(yīng)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(dǎo)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(yīng)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(yīng)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(yīng)釜是本實(shí)驗(yàn)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(yīng)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(yīng)釜的最外圍為保溫 層9。反應(yīng)釜1的中部通過軸承21安裝到支架7上，可以使反應(yīng)釜進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)并能夠 在任意位置固定。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時，先用蒸餾水把反應(yīng)釜1清洗干凈，把實(shí)驗(yàn)用砂子也用蒸餾水漂洗 干凈，晾干后裝入反應(yīng)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(shí)驗(yàn)所需壓力。通過保溫層9調(diào)節(jié)系統(tǒng)溫度至實(shí)驗(yàn)所需溫度，待反應(yīng) 釜溫度平衡后，從氣瓶6經(jīng)緩沖罐5和流量計3往反應(yīng)釜1內(nèi)注入天然氣，同時開啟反應(yīng)釜 1另一端閥門，放出一部分溶液，維持反應(yīng)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(yīng)釜1，調(diào)節(jié)反應(yīng)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(yīng)釜壓力降低至甲烷水合物相同實(shí)驗(yàn)溫度下所對應(yīng)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(yīng)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(yīng)釜內(nèi)聲波速度及電極19的信息，進(jìn)而求得 儲層物性參數(shù)包括力學(xué)參數(shù)泊松比、楊氏模量和電學(xué)特性電阻率等。
權(quán)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(dǎo)線與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，反應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)釜的最外圍是保溫層。
2.根據(jù)權(quán)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(quán)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(yīng)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(shí)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(yīng)釜中生成天然氣水合物的過程中，旋轉(zhuǎn)反應(yīng)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(guān)所需數(shù)據(jù)，從而達(dá)到對水合物儲層物性參數(shù)包括力學(xué)參數(shù)泊松比、楊氏模量和電學(xué)特性電阻率進(jìn)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(quán)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(xué)(華東)