[实用新型]三轴应力条件下含水合物沉积物渗透率测量装置

说明书

本实用新型公开一种三轴应力条件下含水合物沉积物渗透率测量装置，包括反应釜、与反应釜相连的检漏系统、温度控制系统、压力控制系统、水合物样品制备系统、水合物饱和度测量系统以及渗透率测量系统；温度控制系统为水合物生成和分解提供所需的温度,压力控制系统同步施加轴压和围压；水合物饱和度测量系统实时检测水合物饱和度变化。利用此渗透率测量装置可以开展含水合物沉积物三轴应力条件下的渗透率模拟实验，获取三轴应力条件下含水合物沉积物渗透率与饱和度的模拟数据，建立三轴应力条件下不同类型沉积物渗透率与水合物饱和度的计算模型，为水合物降压开采过程产水、产气规律提供有效的理论基础。

技术领域

本实用新型涉及非常规油气藏工程与岩土工程基础物性测量技术领域,具体涉及一种三轴应力条件下含水合物沉积物渗透率测量装置。

背景技术

天然气水合物是一种蕴藏在陆地永久冻土区和深海环境中的新型能源，具有储量巨大、能量密度高、清洁无污染等特性，被誉为21世纪最有前景的替代能源之一。近年来，天然气水合物勘探开发逐渐受到各个国家的高度重视，积极开发利用天然气水合物对于缓解能源供应、调整能源结构和减少大气污染具有重要的意义。2017年，我国南海神狐海域水合物试开采取得圆满成功，证明了我国海洋水合物开采的可能性，加快了我国商业化开采水合物的步伐。

然而，天然气水合物复杂的相变过程及有限的研究方式，致使水合物的开采认识存在很大争议。目前公认的开采方法是降压法，渗透率是水合物开采过程中评估产水、产气的一个关键参数，直接影响着水合物分解产生的水、气在空间的运移速率，甚至决定着天然气的采收率。同时，水合物的分解改变地层孔隙压力，从而改变骨架有效应力，容易引发海底滑坡等地质灾害。而沉积物中的水合物分解和二次形成、骨架颗粒的脱落以及多相流运移使得渗透率呈现出复杂的动态变化特征。研究含水合物沉积层的渗透率变化规律，成为了天然气水合物开发过程中实现水合物可控可采与环境安全的重要课题。

研究表明，沉积物骨架颗粒尺寸、孔隙度、孔隙连通性、水合物在沉积物中的赋存形式和水合物饱和度是影响水合物沉积层渗透率的主要因素。目前水合物储层渗透率的研究主要有理论研究、数值模拟和实验研究，实验研究能为其它研究手段提供重要的参考价值。由于原位测试难度大、成本高，人工岩心具有材料广泛、成本低廉、操作简便等优点，是目前室内实验研究的主要对象。目前的实验研究主要集中在渗透率与水合物饱和度的关系上，而水合物渗透率与有效应力的响应特征研究比较匮乏。而在水合物开采过程中，降压导致的水合物分解增加孔隙度和有效渗透率，而随着水、气的产出，孔隙压力降低导致有效应力的增加，从而使储层骨架颗粒被挤压发生形变，降低孔隙度，有效渗透率降低。因此，测试不同应力条件下水合物储层渗透率数据，研究其与水合物饱和度的响应特征与规律，是揭示水合物开采过程中气、水产出的一个关键因素，是评价水合物开采可行性与天然气采收率的重要内容之一。

近年来，不少研究机构和高校分别开展了含水合物沉积物渗透率的实验测量工作，获取了大量的含水合物沉积物渗透率随水合物饱和度变化规律的模拟数据。比如申请公布号为【CN107202736A】的实用新型专利公开一种多功能水合物特性实验装置，但其围压控制系统只能模拟一定围压条件下的渗透率实验，施加轴压时需要另外的加载系统，且围压、轴压很难保持同步施加，模拟结果与实际含水合物地层的渗透率结果是否一致有待进一步研究；另外，申请公布号为【CN102445371B】的实用新型专利公开一种水合物沉积物原位生成与分解及其渗透率测量一体化装置，需要另外的三轴试验机进行力学特性试验研究，过程复杂且成本较高；目前，三轴应力条件下水合物沉积层渗透率的变化规律尚不清晰，而且，上述装置在计算水合物饱和度和渗透率时，需要通过人工来读取和选择相关参数，误差较大。

因此，为满足我国南海水合物资源的开发需求，定量描述三轴应力条件下的含水合物沉积层渗透率随水合物饱和度的响应规律，从而评估天然气水合物开发过程中的产水、产气量，亟待提出一种能在室内条件下模拟三轴应力条件下含水合物沉积层渗透率测量装置。

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