本發(fā)明屬于海洋天然氣水合物資源開發(fā)工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種能夠模擬在海底真實應(yīng)力條件下進行含水合物松散沉積物出砂過程觀測的反應(yīng)釜及相應(yīng)含水合物沉積物動態(tài)出砂參數(shù)測試方法。

背景技術(shù)：

天然氣水合物資源是一種潛在的能源，具有分布廣、能源密度高等特點，水合物資源開采研究已成為國際熱點問題。目前全球水合物研究已經(jīng)逐漸從勘探階段整體轉(zhuǎn)入試開采階段，距離工業(yè)化開采還有很長的路要走。

我國目前已經(jīng)加快研究步伐，加快對海洋天然氣水合物資源的勘探開發(fā)工作。根據(jù)前期國際試開采經(jīng)驗，由于水合物地層埋深淺，膠結(jié)程度較差，處于未成巖狀態(tài)，再加上水合物分解造成的地層強度衰減，將導(dǎo)致水合物開采地層出砂。特別是對于目前全球公認為對水合物開采效果最佳的降壓法，雖然提高生產(chǎn)壓差有助于提高產(chǎn)能，但過大的生產(chǎn)壓降勢必造成井筒的坍塌、地層大量出砂等工程問題，特別是加拿大mallik2007～2008項目和日本nankaitrough2013項目經(jīng)歷均表明，出砂現(xiàn)象是制約天然氣水合物資源長效開采的關(guān)鍵因素。因此，要實現(xiàn)水合物資源的高效開采，必須攻克地層中壓力波的高效傳遞問題和出砂問題帶來的困擾。

為了充分認識海洋天然氣水合物降壓過程中的出砂機理，評價降壓制度對地層出砂條件的影響程度，觀察出砂粒徑、出砂速率及其時間演化規(guī)律，從而為降壓方案的合理制度提供依據(jù)，進行含天然氣水合物沉積物出砂規(guī)律室內(nèi)模擬試驗是解決上述問題的必要手段之一。專利號cn205786187u和cn105675449a分別公開了一種適合于天然氣水合物松散沉積物一維滲流條件下砂粒運移規(guī)律的測試裝置及橫向砂粒運移規(guī)律監(jiān)測方法，為一定降壓條件下松散沉積物地層出砂規(guī)律探測提供了依據(jù)，獲取了大量的水合物松散沉積物出砂規(guī)律模擬數(shù)據(jù)。但上述發(fā)明無法模擬實際地層真實應(yīng)力條件，也無法模擬不同水合物飽和度條件下松散地層的出砂規(guī)律，模擬結(jié)果與實際地層出砂規(guī)律是否完全一致仍有待進一步研究。

為此，為滿足我國粉砂質(zhì)儲層天然氣水合物資源的開發(fā)需求，精確刻畫地層應(yīng)力、水合物飽和度條件下的地層出砂規(guī)律，本發(fā)明將公布一種能在室內(nèi)試驗條件下模擬地層真實應(yīng)力條件并進行出砂規(guī)律測試的反應(yīng)釜及其配套的動態(tài)出砂過程測試方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，提出了一種真實應(yīng)力環(huán)境下含水合物沉積物出砂過程模擬專用反應(yīng)釜及其測試方法，滿足水合物沉積物試樣原位形成要求，能夠通過控制不同的溫壓、起始氣水條件控制沉積物中的水合物飽和度，達到實際含水合物飽和度條件下出砂動態(tài)模擬的有益效果。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種含水合物沉積物出砂過程模擬專用反應(yīng)釜，其中，包括加壓釜裝置和抱緊裝置，所述加壓釜裝置包括反應(yīng)釜本體、沉積物夾持膠桶、上法蘭蓋、支撐法蘭、下法蘭蓋和活塞加壓頂桿，沉積物夾持膠桶和支撐法蘭設(shè)置在反應(yīng)釜本體內(nèi)，支撐法蘭能夠沿反應(yīng)釜本體內(nèi)壁滑動，且支撐法蘭與反應(yīng)釜本體的內(nèi)壁之間設(shè)有供圍壓液流通的流動通道，上法蘭蓋和下法蘭蓋分別安裝于反應(yīng)釜本體的兩端，沉積物夾持膠桶的兩端分別與支撐法蘭和下法蘭蓋密封連接；

所述反應(yīng)釜本體的內(nèi)壁與沉積物夾持膠桶之間設(shè)有盛裝圍壓液的空間，上法蘭蓋上設(shè)有與圍壓液間隙連通的圍壓液入口和圍壓液出口，活塞加壓頂桿的一端穿過上法蘭蓋與支撐法蘭接觸，對應(yīng)的在支撐法蘭的端面設(shè)有與活塞加壓頂桿接觸的凹槽，上法蘭蓋和支撐法蘭上均設(shè)有與沉積物夾持膠桶的內(nèi)部連通的孔隙壓力介質(zhì)注入孔；

反應(yīng)釜本體沿其軸線方向設(shè)有抱緊裝置，所述抱緊裝置包括兩個對稱設(shè)置的帶孔半開缸套、與帶孔半開缸套固定連接的調(diào)整連桿和用于放置調(diào)整連桿的調(diào)整連桿座，調(diào)整連桿座固定在反應(yīng)釜本體上，帶孔半開缸套位于沉積物夾持膠桶的外側(cè)，且與沉積物夾持膠桶的形狀相對應(yīng)。帶孔半開缸套的長度比沉積物夾持膠桶的長度小2±0.5cm。

本發(fā)明中，所述支撐法蘭的外邊緣設(shè)有三個凸起，凸起與反應(yīng)釜本體的內(nèi)部接觸，且凸起分別沿反應(yīng)釜本體的內(nèi)壁滑動。支撐法蘭的主要作用是支撐樣品，通過支撐法蘭的三角支撐模式，實現(xiàn)支撐法蘭上下圍壓液的聯(lián)通，從而能使樣品初始狀態(tài)處于三向等應(yīng)力條件下進行測試。

所述孔隙壓力介質(zhì)注入孔內(nèi)設(shè)有孔隙壓力介質(zhì)注入直管，上法蘭蓋與孔隙壓力介質(zhì)注入直管、活塞加壓頂桿之間動密封連接。上法蘭蓋與活塞加壓頂桿、以及上法蘭蓋與孔隙壓力介質(zhì)注入直管之間分別采用錐形密封環(huán)密封。保證活塞加壓頂桿和孔隙壓力介質(zhì)注入直管既能活動，又能在高壓條件下保持密封。

所述支撐法蘭與沉積物夾持膠桶的接觸端設(shè)有多孔倒流板。通過多孔導(dǎo)流板，使注入流體能夠均勻的進入沉積物夾持膠桶內(nèi)。

所述下法蘭蓋朝向沉積物夾持膠桶的端面設(shè)有產(chǎn)出砂粒收集腔，產(chǎn)出砂粒收集腔呈倒三角形，倒三角形砂粒收集腔既能保證落入空腔的砂粒能順利產(chǎn)出，又能保證下法蘭蓋的強度。下法蘭蓋與沉積物夾持膠桶的接觸端固定有多孔網(wǎng)板，多孔網(wǎng)板的孔的形狀為外楔形，保證從樣品中驅(qū)出來的砂粒不會滯留在多孔網(wǎng)板內(nèi)，而是進入到法蘭蓋空腔中。多孔網(wǎng)板設(shè)置在產(chǎn)出砂粒收集腔內(nèi)。

所述下法蘭蓋內(nèi)設(shè)有孔隙壓力介質(zhì)出口，孔隙壓力介質(zhì)出口與產(chǎn)出砂粒收集腔連通。

所述調(diào)整連桿與反應(yīng)釜本體之間動密封連接。調(diào)整連桿與反應(yīng)釜本體之間通過密封環(huán)密封，使調(diào)整連桿既能上下活動，又能在高壓條件下保持密封。調(diào)整連桿與調(diào)整連桿座之間采用螺紋連接。

本發(fā)明還包括利用上述反應(yīng)釜的測試方法，該方法包括以下步驟：

(1)密封性檢查：

樣品安裝前，檢查活塞加壓頂桿與上法蘭蓋之間的動密封、孔隙壓力注入直管與上法蘭蓋之間的動密封、調(diào)整連桿與釜體之間的動密封以及上下法蘭蓋與釜體之間的密封性是否完好；

(2)裝樣：

①將反應(yīng)釜整體翻轉(zhuǎn)，使反應(yīng)釜本體豎直放置，下法蘭蓋處于反應(yīng)釜本體的底端，將沉積物夾持膠桶與多孔網(wǎng)板固定在下法蘭蓋端面，抱緊裝置將沉積物夾持膠桶抱緊；

②將試驗用沉積物壓入試樣夾持膠桶內(nèi)，安裝支多孔導(dǎo)流板、支撐法蘭、塞加壓頂桿和上法蘭蓋，連接孔隙壓力介質(zhì)注入直管；

(3)生成水合物：

將反應(yīng)釜翻轉(zhuǎn)90°處于水平狀態(tài)，下法蘭蓋的孔隙壓力介質(zhì)出口位于最下端，施加圍壓和軸壓，當(dāng)應(yīng)力狀態(tài)達到實際地層應(yīng)力水平后，打開孔隙壓力介質(zhì)出口，通過孔隙壓力介質(zhì)注入直管向沉積物內(nèi)注入氣體，驅(qū)離管線及沉積物孔隙中的空氣；然后孔隙壓力介質(zhì)注入口和孔隙壓力介質(zhì)出口同時向沉積物孔隙加壓，當(dāng)孔隙壓力達到實際地層孔隙壓力水平或小于圍壓1mpa時停止加壓，將系統(tǒng)置于1～2℃降溫生成水合物；當(dāng)沉積物中壓力下降時及時補充壓力，48～72小時后水合物生成完畢；

(4)模擬出砂并測試：

打開孔隙壓力介質(zhì)出口，連接天平或粒度測試儀，利用孔隙壓力介質(zhì)入口向沉積物中以恒定速率或恒定壓力持續(xù)注入液體，同時記錄孔壓出、入口端的壓力隨時間的變化曲線，記錄天平讀數(shù)隨時間的變化曲線，每隔10-20min用粒度儀測量產(chǎn)出砂粒徑的分布規(guī)律；

穩(wěn)定驅(qū)替3-5小時，分析沉積物試樣的驅(qū)替整體滲透率、沉積物顆粒產(chǎn)出臨界水流速、沉積物顆粒產(chǎn)出臨界壓降梯度、沉積物顆粒產(chǎn)出量、沉積物顆粒產(chǎn)出粒徑隨時間的變化，綜合分析含水合物沉積物出砂規(guī)律的演化規(guī)律。

所述上法蘭蓋內(nèi)的孔隙壓力注入直管和支撐法蘭內(nèi)的孔隙壓力介質(zhì)注入孔在安裝過程中保證連接在一條線上。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)圍壓液和活塞加壓頂桿聯(lián)合，有益于實現(xiàn)真實地層條件下巖心所處的應(yīng)力環(huán)境，使模擬結(jié)果更接近工程實際；

(2)帶孔半開缸套與沉積物夾持膠桶的配合，有效解決了松散沉積物裝樣、圍壓施加過程中形狀保持困難和釜體水平放置條件下試樣“站立”困難的技術(shù)難題；

(3)通過增加釜體內(nèi)部三角支撐模式的支撐法蘭，克服了試樣初始狀態(tài)無法達到三向等應(yīng)力狀態(tài)的困難，支撐法蘭內(nèi)側(cè)多孔導(dǎo)流網(wǎng)板促進了流體在沉積物端面的均勻推進；

(4)下法蘭蓋內(nèi)側(cè)的多孔網(wǎng)板孔的外楔形孔及倒三角形的產(chǎn)出砂粒收集腔，有效避免了微量產(chǎn)出砂在釜體流通通道中的堆積，使測量出砂量更加準(zhǔn)確；

(5)本發(fā)明的反應(yīng)釜滿足水合物沉積物試樣原位形成要求，能夠通過控制不同的溫壓、起始氣水條件控制沉積物中的水合物飽和度，達到實際含水合物飽和度條件下出砂動態(tài)模擬的有益效果。

附圖說明

圖1是含水合物沉積物出砂過程模擬專用反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是支撐法蘭與釜體內(nèi)壁的接觸方式結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是抱緊裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是含水合物沉積物出砂過程測試方法流程圖。

圖中：1孔隙壓力介質(zhì)注入直管；2上法蘭蓋；3反應(yīng)釜本體；4支撐法蘭；5多孔導(dǎo)流板；6溫度傳感器；7沉積物夾持膠桶；8下法蘭蓋；9沉積物樣品；10活塞加壓頂桿；11圍壓液出口；12圍壓液入口；13產(chǎn)出砂粒收集腔；14多孔網(wǎng)板；15孔隙壓力介質(zhì)出口；16釜體支架平臺；17調(diào)整連桿；18調(diào)整連桿座；19帶孔半開缸套。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。

本發(fā)明所述的含水合物沉積物出砂過程模擬專用反應(yīng)釜包括加壓釜裝置和抱緊裝置，加壓釜裝置放置在釜體支架平臺16上。如圖1所示，加壓釜裝置包括反應(yīng)釜本體3、上法蘭蓋2、支撐法蘭4、下法蘭蓋8、活塞加壓頂桿10和沉積物夾持膠桶7，上法蘭蓋2和下法蘭蓋8分別固定于反應(yīng)釜本體3的兩端，上法蘭蓋是可拆卸法蘭，下法蘭蓋為固定法蘭。支撐法蘭4和沉積物夾持膠桶7設(shè)置在反應(yīng)釜本體3內(nèi)，沉積物夾持膠桶7的一端與支撐法蘭4密封連接，另一端與下法蘭蓋8密封連接。本實施例中，膠桶的端面呈棱型設(shè)計，實現(xiàn)沉積物夾持膠桶與支撐法蘭和下法蘭蓋的密封。反應(yīng)釜本體3及其附屬結(jié)構(gòu)采用鈦合金材料制成。

反應(yīng)釜本體3和沉積物夾持膠桶7之間存在一定的空間，該空間內(nèi)填充有圍壓液。上法蘭蓋2上設(shè)有與該空間連通的圍壓液入口12和圍壓液出口11?？梢圆捎盟⒁叶嫉瘸Ｒ?guī)液體施加圍壓，圍壓上限為25mpa，能夠通過圍壓液給內(nèi)部試樣降溫，通過溫度傳感器6實時監(jiān)測圍壓腔內(nèi)流體的溫度。支撐法蘭4的邊均勻設(shè)置三個凸起，凸起與反應(yīng)釜本體3的內(nèi)部接觸，且凸起沿反應(yīng)釜本體3的內(nèi)壁滑動，從而使支撐法蘭4與反應(yīng)釜本體3的內(nèi)壁之間形成供圍壓液流通的流動通道，即支撐法蘭通過三角支撐模式與釜體內(nèi)壁連接。支撐法蘭的主要作用是支撐樣品，通過支撐法蘭三角支撐模式實現(xiàn)支撐法蘭上下圍壓液的聯(lián)通，從而能使樣品在初始狀態(tài)處于三向等應(yīng)力條件下進行試驗。支撐法蘭4與沉積物夾持膠桶7的接觸端設(shè)有多孔導(dǎo)流板5，使注入流體能夠均勻地進入沉積物夾持膠桶7內(nèi)。圍壓液入口11與外部的圍壓控制裝置連接，圍壓控制裝置主要實現(xiàn)圍壓液的注入和圍壓跟蹤，可以用常規(guī)圍壓泵控制。

活塞加壓頂桿10的一端穿過上法蘭蓋2與支撐法蘭4接觸，對應(yīng)的在支撐法蘭的端面設(shè)有與活塞加壓頂桿接觸的凹槽?；钊訅喉敆U與外部的加壓裝置連接，給樣品施加模擬水平地層壓力，在圍壓液施加三向等應(yīng)力條件后，通過活塞桿的移動改變試驗樣品的應(yīng)力狀態(tài)，使樣品在實際出砂模擬時所處的應(yīng)力狀態(tài)與地層應(yīng)力狀態(tài)一致?；钊訅喉敆U與外部的定量加壓裝置連接，其作用是通過為試驗樣品施加模擬水平地層應(yīng)力。

上法蘭蓋2和支撐法蘭4上均設(shè)有與沉積物夾持膠桶7的內(nèi)部連通的孔隙壓力介質(zhì)注入孔，孔隙壓力介質(zhì)注入孔內(nèi)設(shè)有孔隙壓力介質(zhì)注入直管1。通過孔隙介質(zhì)壓力注入口向沉積物樣品內(nèi)部增壓，從而合成水合物，原位生成含水合物沉積物試驗樣品。上法蘭蓋與活塞加壓頂桿、孔壓注入直管之間分別采用兩套錐形密封環(huán)密封，保證活塞加壓頂桿和孔隙壓力注入直管既能上下活動，又能在高壓條件下保持密封。孔隙壓力的注入可以用泵速恒流泵控制。

反應(yīng)釜本體3沿其軸線方向設(shè)有至少一個抱緊裝置，抱緊裝置包括兩個對稱設(shè)置的帶孔半開缸套19、調(diào)整連桿17和調(diào)整連桿座18，調(diào)整連桿17與帶孔半開缸套19固定連接，調(diào)整連桿17放置在調(diào)整連桿座18上，調(diào)整連桿17與調(diào)整連桿座18之間螺紋連接，調(diào)整連桿座18焊接在反應(yīng)釜本體3上。調(diào)整連桿過程中，通過擰動調(diào)整連桿與調(diào)整連桿座間的螺紋連接，帶動調(diào)整連桿17和帶孔半開缸套19的移動；帶孔半開缸套19位于沉積物夾持膠桶7的外側(cè)，且與沉積物夾持膠桶7的形狀相對應(yīng)，帶孔半開缸套19的長度比沉積物夾持膠桶7的長度小2±0.5cm。本實施例中，沉積物夾持膠桶7為圓柱形，帶孔半開缸套18為兩個半圓形的多孔鋼板，其內(nèi)徑與沉積物夾持膠桶一致，可以通過調(diào)整連桿實現(xiàn)帶孔半開缸套的開閉。裝樣過程中向外擰動調(diào)整連桿，帶動半開缸套向反應(yīng)釜本體移動，騰出空間供膠桶及試樣安裝。裝樣結(jié)束后向內(nèi)擰動調(diào)整連桿，帶動帶孔半開缸套向膠桶移動，最終兩個半開膠桶緊抱膠桶，保證反應(yīng)釜本體在水平條件下試樣不會變形，從而克服松散沉積物無法“站立”的難題。

調(diào)整連桿17與反應(yīng)釜本體之間采用錐形密封環(huán)密封，保證調(diào)整連桿17既能上下活動，又能在高壓條件下保持密封。

下法蘭蓋8與沉積物夾持膠桶接觸的端面設(shè)有產(chǎn)出砂粒收集腔13，當(dāng)反應(yīng)釜水平放置時，產(chǎn)出砂粒收集腔13呈倒三角形，倒三角形的主要目的是保證落入空腔的砂粒能順利產(chǎn)出，又能保證下法蘭蓋的強度。下法蘭蓋與沉積物夾持膠桶的接觸面安裝多孔網(wǎng)板14，多孔網(wǎng)板14設(shè)置在產(chǎn)出砂粒收集腔13內(nèi)。多孔網(wǎng)板14的主要作用是支撐樣品，保證樣品不會被從膠桶中擠出來。多孔網(wǎng)板14上的孔呈外楔形，保證從樣品中驅(qū)出來的砂粒不會滯留在多孔網(wǎng)板內(nèi)，而是進入到產(chǎn)出砂粒收集腔13內(nèi)。下法蘭蓋8內(nèi)設(shè)有孔隙壓力介質(zhì)出口15，孔隙壓力介質(zhì)出口15與產(chǎn)出砂粒收集腔13連通?？紫秹毫橘|(zhì)出口15與產(chǎn)出砂測量裝置連接，產(chǎn)出砂測量裝置可以是高精度天平、固液分離氣及激光粒度儀等。

本發(fā)明還包括含水合物沉積物出砂過程模擬測試方法，該方包含如下步驟，如圖4所示：

第一步，密封性檢查：

樣品安裝前，檢查各密封位置密封環(huán)是否完好無損，主要檢查點有活塞加壓頂桿與上法蘭蓋之間的動密封、孔壓注入直管與上法蘭蓋之間的動密封、調(diào)整連桿與釜體之間的動密封以及上下法蘭蓋與釜體之間的密封。

第二步，裝樣：

將反應(yīng)釜整體翻轉(zhuǎn)，使釜體豎直放置，此時下法蘭蓋8位于反應(yīng)釜本體3的底端，取下上法蘭蓋2和支撐法蘭4，向外擰動調(diào)整連桿17，使帶孔半開缸套19與反應(yīng)釜本體的內(nèi)壁接觸，讓出裝樣空間；

安裝下法蘭蓋內(nèi)側(cè)的多孔網(wǎng)板14，將沉積物夾持膠桶7與多孔網(wǎng)板14固定在下法蘭蓋8的內(nèi)側(cè)端面，向內(nèi)擰動調(diào)整連桿17，使帶孔半開缸套19抱緊，保證裝樣、壓實及水合物合成過程中試樣形狀維持不變；

分四次將一定含水飽和度的試驗用沉積物壓入試樣夾持膠桶內(nèi)，分層壓實，然后安裝支撐法蘭內(nèi)側(cè)的多孔導(dǎo)流板5和支撐法蘭4，調(diào)整支撐法蘭4的位置，連接孔隙壓力注入直管；

安裝活塞加壓頂桿10和上法蘭蓋2，安裝過程中，如果孔隙壓力注入直管與上法蘭蓋與支撐法蘭的連接口不在同一條線上將會導(dǎo)致孔隙壓力注入直管承受壓彎力，影響密封效果，因此要保證上法蘭蓋內(nèi)的孔隙壓力注入直管1和支撐法蘭內(nèi)的孔隙壓力注入孔連接在一條線上。

第三步，生成水合物：

將反應(yīng)釜翻轉(zhuǎn)90°，使反應(yīng)釜本體處于水平狀態(tài)，保證下法蘭蓋8的孔隙壓力介質(zhì)出口15位于最下端，以便后續(xù)試驗過程中砂、液的順利產(chǎn)出和精確測量；

通過外部的圍壓控制系統(tǒng)向沉積物夾持膠桶的外側(cè)施加圍壓，通過外部的定量加壓裝置，使活塞加壓頂桿10向沉積物夾持膠桶施加軸壓，當(dāng)應(yīng)力狀態(tài)達到實際地層應(yīng)力大小后，孔隙壓力注入直管連接高壓氣瓶，打開孔隙壓力介質(zhì)出口15，以較低的速率向沉積物注入甲烷氣體，驅(qū)離管線及沉積物孔隙中的空氣；然后將孔隙壓力注入直管和孔隙壓力介質(zhì)出口15同時連接高壓氣瓶給沉積物孔隙加壓，當(dāng)孔隙壓力達到預(yù)設(shè)條件，例如實際地層孔隙壓力水平或小于圍壓1mpa，時停止加壓，將系統(tǒng)置于低溫系統(tǒng)，如1～2℃降溫生成水合物；當(dāng)沉積物中壓力下降時及時補充壓力，48～72小時后水合物生成完畢。

第四步，模擬出砂并測試:

打開孔隙壓力介質(zhì)出口，連接外部的天平或粒度測試儀，利用孔隙壓力介質(zhì)入口向沉積物中以恒定速率或恒定壓力持續(xù)注入液體，同時記錄孔壓出、入口端的壓力隨時間的變化曲線，記錄天平讀數(shù)隨時間的變化曲線，每隔一定時間，如10～20min用粒度儀測量產(chǎn)出砂粒徑的分布規(guī)律；

穩(wěn)定驅(qū)替3～5小時，分析沉積物試樣的驅(qū)替整體滲透率、沉積物顆粒產(chǎn)出臨界水流速、沉積物顆粒產(chǎn)出臨界壓降梯度、沉積物顆粒產(chǎn)出量、沉積物顆粒產(chǎn)出粒徑等參數(shù)隨時間的變化，綜合分析含水合物沉積物出砂規(guī)律的演化規(guī)律。

整個測試過程中保持系統(tǒng)溫度不變，避免溫度擾動對測試結(jié)果的影響；整個測試過程中保持圍壓不變、模擬水平應(yīng)力不變，使沉積物始終處于恒定的應(yīng)力環(huán)境下進行測試。

通過上述試驗方法，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能：

(1)模擬真實海洋水合物沉積物所處的應(yīng)力環(huán)境；

(2)模擬實際含水合物儲層的水合物飽和度條件；

(3)使用恒流泵依次進行試驗獲取含水合物沉積物的臨界出砂水流流速條件；

(4)使用恒壓泵定壓驅(qū)替模擬不同降壓模式條件下含水合物沉積物出砂粒徑；

(5)觀測真實地應(yīng)力條件下出砂量隨時間的變化規(guī)律；

(6)模擬不同水合物飽和度對沉積物出砂規(guī)律的影響。

實施例1

一種模擬含水合物沉積物出砂測試用反應(yīng)釜的測試方法，包括以下步驟：

第一步，密封性檢查：

不裝試樣樣品，連接上、下法蘭蓋，向釜體內(nèi)部注入20mpa的水壓壓力，檢查各密封位置密封環(huán)是否完好無損，主要檢查點有活塞加壓頂桿10與上法蘭蓋2之間的動密封、孔壓注入直管1與上法蘭蓋2之間的動密封、調(diào)整連桿17與釜體3之間的動密封以及上法蘭蓋2與釜體3之間的密封、下法蘭蓋8與釜體3之間的密封，各密封點不漏的標(biāo)準(zhǔn)是釜體內(nèi)部壓力維持恒定10h以上。

第二步，裝樣：

將高壓釜整體翻轉(zhuǎn)，使釜體豎直放置，下法蘭蓋8處于反應(yīng)釜本體3的最下端，打開上法蘭蓋2和支撐法蘭4，向外擰動調(diào)整連桿17使帶孔半開缸套19與釜體3內(nèi)壁接觸，讓出裝樣空間；

在下法蘭蓋8的內(nèi)側(cè)安裝多孔網(wǎng)板14，將試樣夾持膠桶7與楔形孔多孔網(wǎng)板14固定在下法蘭蓋8的內(nèi)端面，向內(nèi)擰動調(diào)整連桿17，使帶孔半開缸套19抱緊試樣夾持膠桶7，保證裝樣、壓實和水合物合成過程過程中試樣形狀維持不變；

分四次將一定含水飽和度的試驗用沉積物9壓入試樣夾持膠桶7內(nèi)，分層壓實，然后在支撐法蘭4內(nèi)側(cè)安裝多孔導(dǎo)流板5，調(diào)整支撐法蘭4的位置，連接孔隙壓力注入直管；

安裝活塞加壓頂桿10和上法蘭蓋2，保證上法蘭蓋2與孔隙壓力注入直管和支撐法蘭4的注入孔連接在一條直線上；

第三步，生成水合物：

連接外部的圍壓控制系統(tǒng)、定量加壓裝置和溫壓傳感器，將反應(yīng)釜翻轉(zhuǎn)90°處于水平狀態(tài)，保證下法蘭蓋8的產(chǎn)出砂顆粒收集腔13位于最下端，以便后續(xù)試驗過程中砂、液的順利產(chǎn)出和精確測量；

圍壓控制系統(tǒng)向沉積物夾持膠桶的外部施加14mpa的圍壓，定量加壓裝置通過活塞加壓頂桿10向沉積物夾持膠桶施加15mpa的軸壓，孔隙壓力注入直管連接高壓氣瓶，打開孔隙壓力介質(zhì)出口15，以較低的速率向沉積物注入甲烷氣體，驅(qū)離管線及沉積物孔隙中的空氣；然后將孔隙壓力注入直管和孔隙壓力介質(zhì)出口15同時連接高壓氣瓶，向沉積物孔隙加壓，當(dāng)孔隙壓力達到13mpa時停止加壓，將系統(tǒng)置于1℃的低溫系統(tǒng)降溫生成水合物；當(dāng)沉積物中壓力下降時及時補充壓力，72h之后認為水合物生成完畢。

第四步，模擬出砂并測試：

打開孔壓介質(zhì)出口15，連接能夠?qū)崟r讀取和記錄數(shù)據(jù)的高精度天平，用恒壓泵給試樣沉積物樣品9恒定加壓，使沉積物上游孔隙壓力始終保持在13mpa，天平實時記錄產(chǎn)出水量與產(chǎn)砂量隨時間的變化曲線，觀察水合物分解過程中試樣出砂量的變化規(guī)律；

當(dāng)沉積物試樣中的水合物完全分解后，繼續(xù)以恒定加壓模式向沉積物試樣9中注入流體，使沉積物上游孔隙壓力保持在13mpa，用天平實時記錄產(chǎn)水量與產(chǎn)砂量水時間的變化，觀察水合物分解后沉積物試樣出砂量的變化規(guī)律；

在上述步驟中，每隔20min從天平燒杯中取固定量的產(chǎn)出砂，用激光粒度儀進行粒度測試，觀察含水合物沉積物出砂粒徑隨時間的變化規(guī)律；

在上述步驟中，連續(xù)記錄上下游孔隙壓力的變化情況，進而分析沉積物試樣的驅(qū)替整體滲透率等參數(shù)隨時間的變化，綜合分析含水合物沉積物出砂規(guī)律的演化規(guī)律。

在上述步驟的整個測試過程中保持系統(tǒng)溫度不變，始終保持在1℃，避免溫度擾動對測試結(jié)果的影響；整個測試過程中保持圍壓保持為14mpa、模擬水平應(yīng)力保持為15mpa，使沉積物始終處于恒定的應(yīng)力環(huán)境下進行測試。

當(dāng)然，上述內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實施例，不能被認為用于限定對本發(fā)明的實施例范圍。本發(fā)明也并不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的實質(zhì)范圍內(nèi)所做出的均等變化與改進等，均應(yīng)歸屬于本發(fā)明的專利涵蓋范圍內(nèi)。