[實用新型]一種天然氣水合物剪切強度實驗儀

無效

• 申請號: 200820027803.6
• 申請日: 2008-08-31
• 公開（公告）號: CN201364296Y
• 公開（公告）日: 2009-12-16
• 發明（設計）人: 尹彥文;張衛東;王瑞和;任韶然;劉永軍;馬慶濤;綦光瑞
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(華東)
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種實驗裝置，用于測量天然氣水合物巖心的剪切強度。

背景技術

隨著油氣資源的巨大消耗，人類在21世紀后期將面臨油氣資源的巨大危機。特別是中國作為能源消耗大國，年原油進口已經超過一億噸。國內陸上油氣田的產量勉強保持穩定，專家估計短期內很難再有重大突破。而天然氣水合物作為一種替代能源，正在被世界各國的科學家所青睞。

天然氣水合物是由天然氣和水分子組成的類冰狀的固態結晶體，天然氣主要由甲烷組成，故也稱為甲烷水合物。因含大量的甲烷氣體而具有極強的燃燒力，可以直接燃燒，所以又俗稱為“可燃冰”。天然氣水合物的能量密度很高，據理論計算1m³的飽和天然氣水合物在標準條件下可釋放出164m³的甲烷氣體，是其它非常規氣源巖(諸如煤層氣、黑色頁巖)能量密度的10倍，為常規天然氣能量密度的2～5倍，相當于0.164噸石油的能量。另外，天然氣水合物燃燒只產生二氧化碳和水，不會污染環境，是一種難得的綠色潔凈能源。

最重要的是，天然氣水合物的儲量非常豐富。根據天然氣水合物存在的穩定條件分析，陸地上20.7％和大洋底90％的地區具有形成天然氣水合物的有利條件，據此估計全球天然氣水合物中的甲烷碳含量達10¹⁵kg或含有20×10¹⁵m³的甲烷氣，相當于全世界已知煤炭、石油和天然氣等常規化石燃料總碳儲量的兩倍。

在天然氣水合物儲層中，水合物可作為沉積物固結的“黏結劑”，使巖石膠結作用增強，剪切強度變大；在水合物分解過程中，沉積物孔隙膠結逐漸疏松，剪切強度降低。但是由于天然氣水合物形成所處的高壓低溫條件，水合物巖心無法在傳統的三軸儀上進行剪切實驗。本發明是在不改變天然氣水合物原狀性質的條件下進行剪切實驗，測量水合物分解前后其剪切強度的變化，為天然氣水合物開發過程中儲層穩定性研究提供技術支持。

發明內容

本實用新型的目的是要提供一種天然氣水合物剪切強度實驗裝置，用于測量水合物巖心的剪切強度，為天然氣水合物開發過程中儲層穩定性研究提供技術支持。

本實用新型的目的按以下技術方案實現：

在一個密閉的高壓倉內安裝剪切裝置，剪切裝置由剪切室和相應的活塞機構組成，剪切室由上下兩室對接構成，連接處安裝環形活塞進行密封。上剪切室頂部設計有壓實活塞，上剪切室外壁裝有橫向活塞。剪切室和活塞均安裝于高壓倉內，剪切室上下兩端設計有進氣、進水口，剪切室下端的進水口和進氣口與高壓倉外的水源和甲烷氣源通過管路相連接。下剪切室固定在高壓倉底部，上剪切室與高壓倉頂部利用燕尾槽連接。高壓倉內為循環水浴，高壓倉外覆蓋保溫層，保證整個實驗在低溫高壓的環境中進行。

本實用新型將剪切裝置安裝在高壓倉內，保證了整個實驗過程在低溫高壓下進行，剪切室和高壓倉的設計，能夠很容易地模擬水合物的地下條件來生成水合物。剪切室由上下兩室對接而成，且上剪切室能沿燕尾槽平移，很容易使巖心發生剪切錯斷，通過記錄高壓泵的壓力便可得到巖心的剪切力，從而得到水合物巖心的剪切強度。

附圖說明

圖1是依據本實用新型提出的天然氣水合物剪切強度實驗裝置的結構示意圖。

圖中，1-剪切室，2-環形活塞，3-下剪切室，6-活塞，7-高壓倉，9-剪切室入口，10-高壓泵，11-活塞容器，12-甲烷氣瓶，15-橫向活塞，16-壓實活塞。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。

如圖1所示，在一個密閉的高壓倉7內安裝剪切室和相應的活塞機構，剪切室由上下兩室對接構成，連接處安裝環形活塞2進行密封。上剪切室1頂部設計有壓實活塞16和進水口，上剪切室1外壁裝橫向活塞15。在下剪切室3外側裝有活塞6，其活塞桿與上方的環形活塞2的活塞桿相固定。下剪切室3的底部設計有剪切室入口9，所有活塞機構的液壓缸均與安裝在高壓倉外的高壓泵10通過管路連接。剪切室入口9和甲烷氣源12通過管路連接。下剪切室3固定在高壓倉7底部，上剪切室1與高壓倉7頂部利用燕尾槽連接。高壓倉內為循環水浴，高壓倉外覆蓋保溫層，保證整個實驗在低溫高壓的環境中進行。

進行實驗測試時，首先在下剪切室3和上剪切室1中填裝石英砂，模擬水合物儲層，而后在上下剪切室對接處套上環形活塞2，安裝完畢后將剪切裝置固定于高壓倉7中。推擠安裝在上剪切室1的壓實活塞16將剪切室內的石英砂壓實。而后通過高壓泵10和甲烷氣源12將水和高壓甲烷氣注入剪切室中。設定好溫度和壓力后，在剪切室中生成水合物。

水合物生成后，利用高壓泵10通過活塞容器11推擠活塞6下移，同時帶動安裝在剪切室中部的環形活塞2下移至上下剪切室連接縫之下。高壓倉7內與剪切室的壓力一致，且高于試驗溫度下水合物的分解壓力。然后，推擠橫向活塞15，使活塞桿推擠上剪切室。記錄上剪切室發生錯動時高壓泵的壓力，就可根據橫向活塞的面積得到活塞的橫向推力，該橫向推力與剪切室橫截面面積的比值即為水合物巖心的剪切強度。