[发明专利]CT专用水合物电阻率测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于海洋天然气水合物储层电阻率等物性参数测量技术与应用领域，具体涉及一种用于X-CT探测的水合物电阻率测量装置与方法。

背景技术

天然气水合物在自然界中广泛存在，主要分布在水深300米以下的海洋陆架边缘或者冰川冻土区，被认为是一种潜在的能源资源。自然界中不同的物质的导电能力也不尽相同，而导电能力可用阻抗、电阻率等电学参数来表示。海底沉积物中由于赋存了天然气水合物，其电阻特性发生明显的变化，因此，电学特性是水合物储层主要的物性参数。通过测量海底沉积物地层中的电阻率变化，即可判定水合物储层，进一步通过电阻率与水合物饱和度的定量分析，可以估算天然气水合物的储量。

目前，国内外现有的实验室水合物电阻率测试技术都是基于宏观尺度，利用不同的电极或传感器，对高压射线穿透式夹持器中沉积物体系或不同层位进行测试，其结果是整个体系或某个层位的平均电阻变化，由于天然气水合物生成是随机的，其在沉积物孔隙中的分布不均匀的，故目前基于宏观电阻率探测的实验结果不能准确刻画水合物储存状态、及其在沉积物孔隙中分布情况对电阻率的影响；无法反映沉积物内部水合物微观分布条件对电阻率的影响，尤其是无法判断在水合物合成或生成过程中电阻率变化规律与沉积物孔喉参数变化的响应规律，无法从微观尺度解释水合物生成、分解过程中电阻率变化的机理。

实际上，在天然气水合物生成或分解的过程中，沉积物孔隙连通性、孔隙中的溶解气体、水量及离子浓度都会发生变化，而这些正是改变反应介质导电性的主要因素。在水合物沉积物微观结构探测方面，国内也有相关的研究：如公开号CN102636503B公开了一种天然气水合物天然岩芯CT重整专用射线穿透式夹持器及方法；公开号CN101246117B和CN104155188B的发明专利分别从不同的角度将含水合物沉积物力学参数测量装置与CT微观探测技术结合，发明了宏微观结合探索沉积物力学特性变化规律的方法。

但目前尚无专门针对电阻率参数与含水合物沉积物微观孔吼结构探测相结合的实验装置或方法，难以对水合物饱和度、沉积物孔隙连通性、孔隙中的溶解气体等参数与电阻率数值间的相关关系进行定量分析。因此，开发一套即既可准确测定水合物生成分解过程中电阻率，又能同时观测沉积物孔隙连通性、水合物、溶解气体及水量的变化情况的实验测试装置与方法，对获得可靠的电阻率与水合物饱和度相关关系、提高水合物资源量估算的准确度有重要意义，也有助于从机理上解释水合物合成与分解过程中电阻率参数变化规律的微观响应机制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种CT专用水合物电阻率测量装置及方法，所述装置安放在X-CT成像系统的透射成像转台上，既可准确测定水合物生成分解过程中的电阻率，又能同时实现X-CT扫描成像，从而观测沉积物孔隙连通性、水合物、溶解气体及水量的变化情况，实现水合物沉积物体系电阻率及孔隙连通性的同步测量。

本发明是采用以下的技术方案实现的：CT专用水合物电阻率测量装置，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。