[發明專利]CT專用水合物電阻率測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201710303350.9
• 申請日: 2017-05-03
• 公開（公告）號: CN106872497B
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發明（設計）人: 劉昌嶺;李彥龍;程軍;李承峰;劉樂樂
• 申請（專利權）人: 青島海洋地質研究所;上海巖間機電科技有限公司
• 主分類號: G01N23/046
• 分類號: G01N23/046;G01N15/08;G01R27/02
• 代理公司: 青島中天匯智知識產權代理有限公司37241
• 代理人: 萬桂斌

1.CT專用水合物電阻率測量裝置，其特征在于，包括射線穿透式夾持器、電阻率測量模塊、圍壓控制模塊、溫控模塊、孔壓控制模塊、數據采集模塊以及設置在射線穿透式夾持器兩側的CT成像系統；所述溫控模塊、圍壓控制模塊以及孔壓控制模塊均與射線穿透式夾持器相連；所述數據采集模塊分別與電阻率測量模塊和CT成像系統相連；

所述射線穿透式夾持器包括承壓管、密封端蓋、卡套螺母，承壓管采用PEEK材質，壁厚小于2mm，承壓管的內部設有沉積物試樣膠桶，沉積物試樣膠桶的兩端設有模套段塞；承壓管的兩端外側壁上設有卡套固定凸起，所述卡套固定凸起與卡套螺母配合，將密封端蓋與承壓管壓緊固定；所述密封端蓋包括分別設置在承壓管兩端的上端蓋和下端蓋，所述上端蓋上設置有孔壓流體出口和圍壓流體出口，下端蓋上分別設置有與孔壓控制模塊和圍壓控制模塊相連的孔壓流體入口和圍壓流體入口，且在孔壓流體出口內設有與沉積物試樣膠桶連通的孔壓流出管路；

所述電阻率測量模塊包括組合式多測點電阻率探針以及電阻率監測切換裝置，以獲得不同條件下樣品的電阻率空間分布數據；所述組合式多測點電阻率探針包括電阻率探針、電阻率探針套管和環形電極，所述環形電極等間距設置在電阻率探針上，所述電阻率探針通過孔壓流出管路插入到沉積物試樣內部。

2.根據權利要求1所述的測量裝置，其特征在于：所述圍壓控制模塊包括柱塞泵圍壓循環系統和背壓控制閥，柱塞泵圍壓循環系統通過背壓控制閥與圍壓流體出口端相連。

3.根據權利要求1所述的測量裝置，其特征在于：所述溫控模塊包括恒溫空氣浴控制箱及循環溫控系統，循環控溫系統與柱塞泵圍壓循環系統的注入管線連接。

4.根據權利要求1所述的測量裝置，其特征在于：所述孔壓控制模塊包括柱塞泵注液系統、鋼瓶注氣系統和減壓控制閥，所述鋼瓶注氣系統通過減壓控制閥與柱塞泵注液系統相連，然后共同連接至孔壓流體入口端。

5.根據權利要求1所述的測量裝置，其特征在于：所述電阻率探針在插入到沉積物試樣中的實際有效長度為40mm，所述環形電極包括4個，相鄰環形電極之間的距離為10mm。

6.根據權利要求5所述的測量裝置，其特征在于：所述電阻率探針套管的外徑為3mm，采用硬質絕緣材料，電阻探針套管與孔壓流出管路間的環空為實際孔壓流體流出通道。

7.根據權利要求1所述的測量裝置，其特征在于：所述模套段塞上設置有兩處密封凸起，模套段塞與沉積物試樣膠桶之間過盈配合。

8.根據權利要求1所述的測量裝置，其特征在于：所述承壓管內側壁與密封端蓋之間設置有O型密封圈安裝槽。

9.根據權利要求1所述的測量裝置，其特征在于：所述的孔壓流體入口、孔壓流體出口均設置在密封端蓋的正中心，并分別通過孔壓流體入口管線和孔壓流體出口管線與模套段塞相連接。

10.一種利用權利要求1所述測量裝置的測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)裝樣與安裝：

①打開射線穿透式夾持器，在沉積物試樣膠桶內填滿沉積物并加入適量水溶液；

②插入電阻率探針套管和電阻率探針，密封端蓋；

③把射線穿透式夾持器安裝到CT成像系統載物臺上；

(2)生成天然氣水合物：

①打開溫控模塊開關，設置循環水溫度，使射線穿透式夾持器內沉積物樣品溫度達到實驗的溫度需求；

②通過注塞泵注液系統注入設定液體到樣品內部至設定壓力；調節減壓控制閥，加入反應氣體，使得射線穿透式夾持器中壓力達到實驗所需的壓力；

③利用柱塞泵圍壓循環系統提供壓力源，配合背壓控制閥，實現系統實驗所需的系統圍壓；由于提供了合適的溫度、壓力條件，天然氣水合物開始生成，并逐步填充到沉積物孔隙中；

(3)模擬天然氣水合物分解：

①待步驟(2)完全完成后，保持溫控模塊持續工作；關閉孔壓入口閥門，逐步打開孔壓流體出口的閥門，模擬水合物降壓分解過程；或者

②關閉孔壓流體入口閥門，通過溫控模塊逐漸給系統升溫，并通過控制孔壓流體出口閥門實現射線穿透式夾持器內部的壓力處于恒定狀態，模擬水合物的升溫分解過程；

(4)測量電阻率及CT成像：

①在步驟(2)、(3)進行的同時，啟動電阻率測量模塊，測定不同沉積物層內的電阻值，同時通過數據采集模塊采集電阻、溫度、壓力參數變化；

②在上述參數測量的同時，進行X-CT掃描測試，獲取不同實驗條件下體系的CT圖像；

③通過CT成像系統進行數據重建和分析，獲得不同實驗條件下沉積物孔隙內水合物的微觀分布狀態，與測定的含水合物沉積物體系的電阻率進行對比分析，得到沉積物體系的電阻率與水合物微觀分布的對應關系。