[发明专利]海底烃类渗漏模拟实验装置及其实验方法

权利要求书

1.一种海底烃类渗漏模拟实验装置，包括实验舱(1)、支架(2)、测控仪表箱(3)、气源(4)，其特征在于：实验舱(1)设置在支架(2)内部，其为透明有机玻璃圆柱形舱体，实验舱(1)与测控仪表箱(3)连接，测控仪表箱(3)与气源(4)连接，实验舱(1)为圆柱形舱体，从上到下依次为水体舱(104)、沉积物舱(109)、岩石舱(110)、注气舱(111)，各舱体之间密封连接，在实验舱(1)的两端密封，上端设有密封盖(103)，下端设有注气舱(111)的密封壳体，实验舱(1)的两端分别设有传感器，传感器分别与测控仪表箱(3)连接，在注气舱(111)的密封壳体下侧设有注气管(112)，注气管(112)通过测控仪表箱(3)与气源(4)连接，贯穿沉积物舱(109)和水体舱(104)的侧壁密封连接有样品采集组件(108)。

2.根据权利要求1所述的海底烃类渗漏模拟实验装置，其特征在于：所述的水体舱(104)与沉积物舱(109)之间、沉积物舱(109)与岩石舱(110)之间、岩石舱(110)与注气舱(111)之间均设有密封法兰装置(105)。

3.根据权利要求1所述的海底烃类渗漏模拟实验装置，其特征在于：所述的沉积物舱(109)的顶部设有沉积物盖板(106)，沉积物盖板(106)的底侧设有隔离密封圈(107)。

4.根据权利要求1所述的海底烃类渗漏模拟实验装置，其特征在于：所述的岩石舱(110)内壁设有岩石密封套(113)。

5.根据权利要求1所述的海底烃类渗漏模拟实验装置，其特征在于：所述的支架(2)包括支撑板(201)、支撑柱(202)、注气外套管(203)、底板、万向带刹车脚轮(204)，底板的下侧设有万向带刹车脚轮(204)，上侧竖直设有支撑柱(202)，支撑板(201)横向设置在支撑柱(202)，注气外套管(203)设置在底板中心位置，其与注气管(112)对应设置。

6.根据权利要求1所述的海底烃类渗漏模拟实验装置，其特征在于：所述的测控仪表箱(3)包括压力传感器显示器、温度传感器显示器和气体流量计。

7.根据权利要求1所述的海底烃类渗漏模拟实验装置，其特征在于：所述的传感器包括压力传感器(101)和温度传感器(102)，其分别贯穿密封盖(103)和注气舱(111)的密封壳体。

8.根据权利要求1所述的海底烃类渗漏模拟实验装置，其特征在于：所述的样品采集组件(108)包括砂片(1081)、半透膜(1082)、采集管(1083)、安装座(1084)、双头连接件(1085)、锥形密封硅胶垫(1086)和密封帽(1087)，采集管(1083)的一端设有砂片(1081)，砂片(1081)和采集管(1083)之间设有半透膜(1082)，采集管(1083)的另一端固定连接安装座(1084)，安装座(1084)连接双头连接件(1085)，双头连接件(1085)中心位置连接有锥形密封硅胶垫(1086)，密封帽(1087)压紧锥形密封硅胶垫(1086)。

9.根据权利要求1所述的海底烃类渗漏模拟实验装置，其特征在于：所述的水体舱(104)、沉积物舱(109)、岩石舱(110)、注气舱(111)的高度比例为：1.5:7:0.8:0.7。

10.一种采用权利要求1所述装置进行海底烃类渗漏模拟实验的方法，其特征在于：

第一步，模拟气源：

选择8L的烃类标准气，作为气源，利用钢瓶封装，瓶内气体压力为1MPa，输出压力0.01-1MPa，所述的标准气的烃组分含量(摩尔分数/10^－6):CH₄为359，C₂H₆为193，C₂H₄为83，C₃H₈为123，C₃H₆为64，iC₄H₁₀为71，nC₄H₁₀为95，iC₅H₁₂为53，nC₅H₁₂为73；

第二步，烃类渗漏过程模拟，其包括三小步：

(1)构建模拟海底环境

注气舱与气源连接，岩石舱中添加有渗透率的岩石，沉积物舱中从下到上依次添加半固结到松散的沉积物，水体舱中添加海水；

(2)构建模拟油气储层

将气源与模拟实验装置中的注气舱连接，选择0.01MPa压力将标准气体注入实验舱内，利用储层底部传感器记录压力和温度变化，待注入压力与储层内部要求平衡后，记录注入气源和储层内的压力，形成地质意义上的油气储层；

(3)烃类气体渗漏

将压力增加到0.05MPa，使得烃类气体组分从油气储层中持续地向上渗漏，利用模拟实验舱顶部和底部压力和温度传感器记录顶部和底部压力和温度变化，同时观察和记录顶部海水水面变化；

第三步，烃类气体渗漏的动态监测，其包括三小步：

(1)采样

模拟渗漏过程开始后，以每24小时作为取样时间点，利用5ml气密针在实验舱的采样组件中的9处于不同类型沉积物和海水的采样点进行取样，将取得的气体样品立即注入具有负压并有微量饱和盐水的1ml顶空瓶中，使样品处于一定压力状态，然后倒置保存,连续采样180天；

(2)分析测试

分析测试指标及仪器选择:模拟实验需要测试的指标包括有：甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、正戊烷、异戊烷、乙烯、丙烯和二氧化碳、以及甲烷、乙烷和丙烷的碳同位素；

甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、正戊烷、异戊烷、乙烯、丙烯和二氧化碳的含量测定选择气相色谱仪，甲烷、乙烷和丙烷的碳同位素测定选择同位素质谱仪；

(3)测试流程

烃类气体指标测试是利用1ml气密针从顶空瓶中抽取气体，直接注入到气相色谱仪中，测定烃类气体指标的含量，利用具有镍转化炉的气相色谱仪测定CO₂含量，再次利用1ml气密针从顶空瓶中抽取气体，直接注入到同位素质谱仪中测定烃类气体的碳、氢同位素组成；

第四步，结果分析：

(1)烃类气体含量、分子组成和通量变化

综合分析180天的烃类气体组分及相关参数的测定结果，给出烃类气体含量、分子组成和通量变化，进而揭示烃类气体分子大小、沉积物类型、沉积物孔隙和含水量这些因素对烃类气体含量、分子组成和通量变化的影响；

(2)烃类气体同位素组成变化

根据测试结果，主要了解烃类气体碳同位素组成变化以及甲烷氢同位素组成变化，分析其可能控制因素；

(3)根据不同时段和不同空间位置的采样测试，分析油气在预定空间范围渗透移动速度、浓度变化以及组分变化；

(4)确定平衡时间

烃类气体组分含量达到平衡状态需要一定的平衡时间，粗粒和细粒沉积物由于孔隙大小的差异，平衡时间明显不同，这个平衡时间通过实验模拟或现场测量来获得，根据烃类气体渗漏的平衡时间，计算烃类气体在岩层中的渗漏速率和散失量。