[發明專利]含水合物沉積物工程靜探參數模擬裝置及方法

在審

• 申請號: 201810392968.1
• 申請日: 2018-04-27
• 公開（公告）號: CN108445189A
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發明（設計）人: 陳強;劉昌嶺;李彥龍;孫建業;萬義釗;孟慶國;吳能友
• 申請（專利權）人: 青島海洋地質研究所
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 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.含水合物沉積物工程靜探參數模擬裝置，其特征在于，包括水合物儲層模擬反應釜子系統、供氣子系統、冷卻子系統、靜力觸探子系統、監控子系統和數據采集子系統；

所述水合物儲層模擬反應釜子系統包括反應釜，所述反應釜包括反應釜本體，所述反應釜本體上下兩端分別設置有上、下端蓋，所述反應釜本體內設置有內膽，所述內膽的兩端分別與上、下端蓋密封連接，并且在反應釜本體內壁與內膽外壁之間形成密封環空，所述上、下端蓋上，對應內膽的位置分別設置有出氣口、進氣口，所述內膽中填充有飽和沉積物，所述環空內充滿氮氣；所述反應釜本體的外壁上纏繞有冷卻管；

所述供氣子系統包括甲烷氣瓶；

所述冷卻子系統包括制冷機和換熱器，所述制冷機用于循環冷卻換熱器中的冷媒，所述甲烷氣瓶中的甲烷通過換熱器冷卻后由進氣口通入到內膽中，所述冷卻管內的冷卻液循環與換熱器進行熱交換；

所述靜力觸探子系統包括貫入模塊和量測模塊，所述貫入模塊包括貫入電機，所述上端蓋上設置有反力支撐架，所述貫入電機設置在反力支撐架上；所述量測模塊包括靜力觸探探頭、拉線編碼器和數據采集儀，所述上端蓋上，對應內膽的位置設置有通孔，所述通孔內設置有探桿，所述探桿能夠沿通孔上下滑動，并與通孔之間密封配合，所述靜力觸探探頭安裝在探桿的下端，所述探桿的上端與貫入電機相連，貫入電機能夠帶動探桿上下運動；所述拉線編碼器的本體安裝在貫入電機上，所述拉線編碼器的金屬絲線連接在探桿上；所述靜力觸探探頭均與數據采集儀電連接；

所述監控子系統包括監控模塊、溫度傳傳感器、氣壓傳感器和流量傳感器，所述溫度傳傳感器分別設置在換熱器冷媒的出口處，甲烷氣體換熱器的出口處，反應釜本體的上、下端蓋處以及反應釜本體內部；所述氣壓傳感器設置在反應釜本體內壁與內膽外壁之間形成密封環空內和甲烷氣體換熱器的出口處；所述流量傳感器設置在甲烷氣瓶的出口處；所述溫度傳感器、氣壓傳感器和流量傳感器分別與監控模塊電連接；

所述數據采集子系統包括數據采集計算機，所述數據采集計算機分別與數據采集儀、監控模塊和拉線編碼器電連接。

2.根據權利要求1所述的含水合物沉積物工程靜探參數模擬裝置，其特征在于：所述冷卻管為紫銅管，紫銅管與反應釜本體的外壁局部焊接，所述紫銅管外覆蓋有保溫層，所述保溫層外覆蓋有外保護層。

3.根據權利要求1所述的含水合物沉積物工程靜探參數模擬裝置，其特征在于：所述上端蓋上連接有上端蓋開啟機構，所述上端蓋開啟機構為電動棘輪盤，所述電動棘輪盤設置在反力支撐架上。

4.根據權利要求1所述的含水合物沉積物工程靜探參數模擬裝置，其特征在于：所述上端蓋上，對應環空的位置布設有安全閥。

5.根據權利要求1所述的含水合物沉積物工程靜探參數模擬裝置，其特征在于：所述監控子系統還包括電路監測模塊，所述電路監測模塊用于監測各傳感器、數據采集子系統和量測模塊的供電狀態。

6.根據權利要求1所述的含水合物沉積物工程靜探參數模擬裝置，其特征在于：所述上端蓋的通孔內，與探桿配合處設置有三層密封環。

7.根據權利要求1所述的含水合物沉積物工程靜探參數模擬裝置，其特征在于：所述貫入電機包括力矩電機與行星滾柱絲杠，所述行星滾柱絲杠的一端與力矩電機的轉軸連接，另一端與運動壓塊連接，探桿的上端與運動壓塊連接。

8.根據權利要求1所述的含水合物沉積物工程靜探參數模擬裝置，其特征在于：所述水合物儲層模擬反應釜子系統還包括用于翻轉反應釜的翻轉支架。

9.含水合物沉積物工程靜探參數模擬方法，其特征在于，包括：

S1.靜力觸探探頭的真空飽和：取實際需要使用的靜力觸探探頭，插入探頭真空飽和儀抽真空，在孔壓測量孔中飽和蒸餾水；

S2.原位合成飽和水沉積物：安裝水合物儲層模擬反應釜子系統，并向內膽中填充飽和水沉積物，使飽和水沉積物與上端蓋之間留存20mm～30mm的空間，緩慢向反應釜內注入甲烷并降溫，模擬氣體向上滲漏過程并生成含水合物沉積物；

S3.開展含水合物沉積物的靜力觸探模擬：連接靜力觸探子系統，設置靜力觸探探頭的貫入速率，啟動貫入電機，逐步向水合物沉積物中壓入靜力觸探探頭并實時記錄此過程中的探頭錐端阻力、側摩阻力、孔隙壓力、電阻率及視頻影像數據，通過拉線編碼器實時記錄探頭的貫入深度；當探頭貫入深度距離反應釜下端蓋2cm時，停止貫入，反轉貫入電機，上提靜力觸探探頭；

S4.根據錐端阻力、側摩阻力及孔隙壓力估算含水合物沉積物不排水抗剪強度、滲透系數、應力路徑的縱向分布規律，根據電阻率計算所處層位中的含水合物飽和度，建立錐端阻力、側摩阻力、孔隙水壓力隨水合物飽和度的變化規律，進而建立沉積物不排水抗剪強度、滲透系數、應力路徑隨水合物飽和度的變化曲線；利用靜力觸探過程中的視頻影像數據識別靜力觸探過程中含水合物沉積物的破壞形態。