[发明专利]CT专用水合物电阻率测量装置及方法

权利要求书

1.CT专用水合物电阻率测量装置，其特征在于，包括射线穿透式夹持器、电阻率测量模块、围压控制模块、温控模块、孔压控制模块、数据采集模块以及设置在射线穿透式夹持器两侧的CT成像系统；所述温控模块、围压控制模块以及孔压控制模块均与射线穿透式夹持器相连；所述数据采集模块分别与电阻率测量模块和CT成像系统相连；

所述射线穿透式夹持器包括承压管、密封端盖、卡套螺母，承压管采用PEEK材质，壁厚小于2mm，承压管的内部设有沉积物试样胶桶，沉积物试样胶桶的两端设有模套段塞；承压管的两端外侧壁上设有卡套固定凸起，所述卡套固定凸起与卡套螺母配合，将密封端盖与承压管压紧固定；所述密封端盖包括分别设置在承压管两端的上端盖和下端盖，所述上端盖上设置有孔压流体出口和围压流体出口，下端盖上分别设置有与孔压控制模块和围压控制模块相连的孔压流体入口和围压流体入口，且在孔压流体出口内设有与沉积物试样胶桶连通的孔压流出管路；

所述电阻率测量模块包括组合式多测点电阻率探针以及电阻率监测切换装置，以获得不同条件下样品的电阻率空间分布数据；所述组合式多测点电阻率探针包括电阻率探针、电阻率探针套管和环形电极，所述环形电极等间距设置在电阻率探针上，所述电阻率探针通过孔压流出管路插入到沉积物试样内部。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述围压控制模块包括柱塞泵围压循环系统和背压控制阀，柱塞泵围压循环系统通过背压控制阀与围压流体出口端相连。

3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述温控模块包括恒温空气浴控制箱及循环温控系统，循环控温系统与柱塞泵围压循环系统的注入管线连接。

4.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述孔压控制模块包括柱塞泵注液系统、钢瓶注气系统和减压控制阀，所述钢瓶注气系统通过减压控制阀与柱塞泵注液系统相连，然后共同连接至孔压流体入口端。

5.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述电阻率探针在插入到沉积物试样中的实际有效长度为40mm，所述环形电极包括4个，相邻环形电极之间的距离为10mm。

6.根据权利要求5所述的测量装置，其特征在于：所述电阻率探针套管的外径为3mm，采用硬质绝缘材料，电阻探针套管与孔压流出管路间的环空为实际孔压流体流出通道。

7.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述模套段塞上设置有两处密封凸起，模套段塞与沉积物试样胶桶之间过盈配合。

8.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述承压管内侧壁与密封端盖之间设置有O型密封圈安装槽。

9.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述的孔压流体入口、孔压流体出口均设置在密封端盖的正中心，并分别通过孔压流体入口管线和孔压流体出口管线与模套段塞相连接。

10.一种利用权利要求1所述测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)装样与安装：

①打开射线穿透式夹持器，在沉积物试样胶桶内填满沉积物并加入适量水溶液；

②插入电阻率探针套管和电阻率探针，密封端盖；

③把射线穿透式夹持器安装到CT成像系统载物台上；

(2)生成天然气水合物：

①打开温控模块开关，设置循环水温度，使射线穿透式夹持器内沉积物样品温度达到实验的温度需求；

②通过注塞泵注液系统注入设定液体到样品内部至设定压力；调节减压控制阀，加入反应气体，使得射线穿透式夹持器中压力达到实验所需的压力；

③利用柱塞泵围压循环系统提供压力源，配合背压控制阀，实现系统实验所需的系统围压；由于提供了合适的温度、压力条件，天然气水合物开始生成，并逐步填充到沉积物孔隙中；

(3)模拟天然气水合物分解：

①待步骤(2)完全完成后，保持温控模块持续工作；关闭孔压入口阀门，逐步打开孔压流体出口的阀门，模拟水合物降压分解过程；或者

②关闭孔压流体入口阀门，通过温控模块逐渐给系统升温，并通过控制孔压流体出口阀门实现射线穿透式夹持器内部的压力处于恒定状态，模拟水合物的升温分解过程；

(4)测量电阻率及CT成像：

①在步骤(2)、(3)进行的同时，启动电阻率测量模块，测定不同沉积物层内的电阻值，同时通过数据采集模块采集电阻、温度、压力参数变化；

②在上述参数测量的同时，进行X-CT扫描测试，获取不同实验条件下体系的CT图像；

③通过CT成像系统进行数据重建和分析，获得不同实验条件下沉积物孔隙内水合物的微观分布状态，与测定的含水合物沉积物体系的电阻率进行对比分析，得到沉积物体系的电阻率与水合物微观分布的对应关系。