[發明專利]一種海洋天然氣水合物巖芯重塑裝置及方法

有效

• 申請號: 201711201227.2
• 申請日: 2017-11-27
• 公開（公告）號: CN107976351B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發明（設計）人: 趙佳飛;匡洋民;宋永臣;楊磊;劉衛國;楊明軍;李洋輝;趙越超
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28;G01N1/36;G01N1/44;G01N29/07;G01N23/046
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 陳玲玉

一種海洋天然氣水合物巖芯重塑裝置及方法，裝置包括熱縮夾套、聲波數據采集系統、X射線CT成像系統、主體反應釜、注氣系統、圍壓油浴循環系統，實現巖芯水合物P波速度數據采集功能，P波速度與測井數據的對比判定水合物重塑是否完成。主體反應釜，熱縮夾套，天然巖芯及兩端堵頭組成主體系統，實現巖芯內的水合物重塑生成。圍壓系統實現巖芯周圍海底原位壓力與溫度的控制。注氣系統在巖芯圍壓作用下，實現巖芯內部孔隙壓的控制。該水合物巖芯重塑裝置應用于鉆探取樣非保真巖芯或已泄壓天然巖芯內水合物海底原位條件重塑，能通過X射線CT掃描實時觀測水合物巖芯內部空間分布，結構簡單，操作方便，可對多個巖芯重復使用。

技術領域

本發明屬于海洋油氣藏資源勘探技術研究領域，涉及一種海洋天然氣水合物巖芯重塑裝置及方法，具體是一種能實現將泄壓非保真的海底天然巖芯還原到海底條件下含水合物賦存狀態的裝置及方法。

背景技術

海洋天然氣水合物蘊藏量豐富，是一種繼石油、天然氣之后的潛在能源。由于海洋天然氣水合物缺乏安全高效開采效率以及可能會帶來一定的海洋地質風險和環境影響，因此目前全世界范圍內還沒有對海洋天然氣水合物開展商業化開采。

隨著海洋天然氣水合物勘探步伐的不斷深入與進展，為了進一步評價天然氣水合物資源儲量，準確掌握天然氣水合物藏儲層特性，明確未來天然氣水合物試開采目標區，為天然氣水合物資源開發提供基礎數據參數，對海底沉積物樣品進行直接保壓保溫取樣與保真樣品分析，成為了天然氣水合物資源勘探與開發的迫在需求。盡管目前國際上對于天然氣水合物非保真天然巖芯的測試分析相關研究工作正在逐步展開，但是天然氣水合物天然巖芯的深入全面測試分析技術還不完善。

天然氣水合物非保真天然巖芯重塑，是實驗室模擬海底天然氣水合物真實賦存狀態的關鍵技術，即利用實驗設備重現海底原位的溫度壓力條件，對已泄壓分解的天然巖芯進行水合物的重塑生成，開發天然氣水合物非保真天然巖芯原位重塑技術，為下一步準確分析天然氣水合物礦藏相關物化性質及水合物賦存結構成藏條件分析提供實驗物樣和基礎數據支持。

發明內容

本發明針對鉆探取樣的海洋天然氣水合物非保真天然巖芯，提供一種能重現海底原位溫度壓力條件裝置，可以實現巖芯內部海洋天然氣水合物重塑生成，實時監測水合物重塑過程中巖芯聲速響應規律，對比隨鉆測井聲速數據判斷重塑過程結束，并且通過微焦點X射線CT設備實現可視化結構分析。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種海洋天然氣水合物巖芯重塑裝置，包括熱縮夾套、聲波數據采集系統、X射線CT成像系統、主體反應釜、注氣系統、圍壓油浴循環系統；其中，密閉的主體反應釜內填充油浴，油浴中設置非保真的天然巖芯，天然巖心由四周包裹的熱縮夾套和巖心上、下兩端設置的巖心堵頭密封，進而與其外部油浴隔離，并且同時承受圍壓的作用；圍壓油浴循環系統與油浴連通，用于調節天然巖心外部圍壓和溫度；注氣系統通過管路與上、下兩端的巖心堵頭相連，用于向天然巖心中注入氣體，實現巖芯內部孔隙壓力的精確控制；所述聲波數據采集系統包括超聲波發射、接收探頭、脈沖收發器和示波器，其中，超聲波發射、接收探頭分別設置于上、下兩端的巖心堵頭內，與外部的脈沖收發器連接，再連接示波器，用于測量巖心整體P波信號；所述主體反應釜設置于X射線CT成像系統中的微焦點X射線CT腔體內部，通過進行X射線掃描，用于可視化監測水合物在巖芯內的三維空間分布，并提取天然巖芯內部重塑的飽和度參數。

進一步地，上述聲波數據采集系統的縱波頻率范圍是100～200kHz。

進一步地，上述圍壓油浴循環系統包括自動圍壓泵、自動循環泵和控溫的循環油浴；其中自動圍壓泵的泵體最高工作壓力5000Psi，流速0.001-50ml/min；自動循環泵的流速為3～5L/min；循環油浴的工作溫度為-20℃～150℃。

上述一種海洋天然氣水合物巖芯重塑裝置的方法，包括如下步驟：