[发明专利]水合物开采渗流过程沉积物骨架微观变形测量装置及方法

说明书

本发明涉及水合物储层微观测试领域，特别是一种水合物开采渗流过程沉积物骨架微观变形测量装置及方法。反应釜分别与控温模块、渗流模块、围压控制模块、轴向加载模块连接；所述反应釜包括釜体，釜体的顶端密封连接有反应釜上端密封盖，釜体的底端密封连接有反应釜下端密封盖，釜体由内至外包括水合物样品腔、围压腔筒体和低温循环液外筒，水合物样品腔和其外部的围压腔筒体之间环绕形成高压围压腔，围压腔筒体和其外部的低温循环液外筒之间环绕形成低温循环腔。实现了水合物开采渗流过程沉积物骨架微观结构变化的精细表征，为实现水合物分解相变过程沉积物骨架结构的原位、动态、精准测试提供新思路。

技术领域

本发明涉及水合物储层微观测试领域，特别是一种非剪切破坏条件下水合物开采渗流过程沉积物骨架微观变形测量装置及方法。

背景技术

天然气水合物资源是一种潜在的能源，具有分布广、能源密度高等特点，水合物资源开发研究已成为国际热点问题。目前，水合物原位分解开采方法主要有降压法、注热法、CO₂置换法等。水合物开采本质上是储层内固-液-气三种相态转化和传质传热的过程，分解产生的气体和水在压差驱动下从储层孔隙和裂隙中渗流到开采井内产出。一方面，开采过程中的水合物储层极不稳定，受地层应力的作用，会发生诸如坍塌、滑坡、沉降等地质灾害，影响水合物的安全开采；另一方面，固体水合物分解相变和气-水渗流过程也在很大程度上改变着沉积物骨架的内部结构，继而改变储层的渗透性，对开采生成效率造成显著影响。

现阶段对沉积物骨架变形的研究大多以力学三轴为基础平台开展，获取沉积物样品的应力应变关系，属于岩土力学的研究范畴，其主要考察的是骨架变形的宏观力学参数响应，实用新型CN214040974U提出了一种含水合物沉积物三轴剪切、渗流一体化实验装置，实现了水合物三轴剪切破坏过程的渗流、应力耦合分析，而不足之处在于无法对沉积物内部结构演化进行直观观测。围绕水合物相态变化和微观渗流对沉积物空间结构的影响，目前还是一个新兴的领域，研究还不深入。此外，例如我国南海泥质粉砂类型水合物储层，因其具有较高的黏土含量，沉积物骨架变形以微米级裂缝为主，目前，对此类水合物储层骨架微观变形特征及其控制机理尚缺乏相关的表述。

近年来，X-CT成像技术及在其基础上发展起来的三维数字岩心分析技术对含水合物沉积物微观结构表征起了很大的推动作用。发明CN111289385B提出了一种基于X-CT探测含水合物沉积物力学参数的装置，主要实现了轴向定剪切速率、定压力两种加载模式下含水合物沉积物的静态力学参数测试和剪切破坏变形测量，并未涉及水合物分解相变与气-水运移过程所引起的沉积物骨架变形的测量。

因此，针对上述问题，研制一种针对非剪切破坏条件下水合物开采渗流过程的沉积物骨架微观变形测量装置，满足模拟降压、加热和CO₂置换等多种水合物开采过程的实验条件，并适用于X-CT同步观测，从技术上实现水合物开采渗流过程沉积物骨架微观结构变化的精细表征，对开采过程水合物储层结构与渗流特性的研究具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提出了一种水合物开采渗流过程沉积物骨架微观变形测量装置及方法，实现了水合物开采渗流过程沉积物骨架微观结构变化的精细表征，为实现水合物分解相变过程沉积物骨架结构的原位、动态、精准测试提供新思路。

本发明的技术方案是：一种水合物开采渗流过程沉积物骨架微观变形测量装置，包括反应釜、控温模块、渗流模块、围压控制模块、轴向加载模块，反应釜分别与控温模块、渗流模块、围压控制模块、轴向加载模块连接；

所述反应釜包括釜体，釜体的顶端密封连接有反应釜上端密封盖，釜体的底端密封连接有反应釜下端密封盖，釜体由内至外包括水合物样品腔、围压腔筒体和低温循环液外筒，水合物样品腔和其外部的围压腔筒体之间环绕形成高压围压腔，围压腔筒体和其外部的低温循环液外筒之间环绕形成低温循环腔；