[發明專利]一種海域水合物原位生成與三軸實驗壓力室及其使用方法

有效

• 申請號: 201811153205.8
• 申請日: 2018-09-30
• 公開（公告）號: CN109187215B
• 公開（公告）日: 2019-10-29
• 發明（設計）人: 趙曉東;莊昇燁;呂志遠;張杰;田秋紅
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 李悅聲

本發明公開了一種海域水合物原位生成與三軸實驗壓力室與其使用方法，壓力室由底座、套筒和與活塞桿組成。套筒由內到外依次為承壓腔體、帶肋緣的制冷劑循環腔和保溫層，其上設有制冷劑循環管路；底座上設有孔壓、圍壓、氣壓施加管路，下底面設有絕緣保溫層。使用時依次在底座上安裝上、下主墊塊、上、下連接塊，銅絲網、乳膠膜、乳膠套和空心圓柱試樣，然后依次對空心試樣施加孔隙水壓力、內外圍壓、孔隙氣壓，直至在試樣內部形成水合物。該壓力室可為氣體水平運移條件下海域水合物原位生成與三軸實驗提供平臺支撐。

技術領域

本發明涉及一種三軸實驗壓力室及其使用方法，尤其是一種適用于氣體在水平運移條件下的海域水合物原位生成與三軸實驗壓力室與其使用方法。

背景技術

天然氣水合物又稱可燃冰，是由水和天然氣在高壓低溫環境中形成的冰態結晶狀籠形化合物。天然氣水合物是巨大的高效清潔能源，其儲量約為2×10¹⁶m³，其碳含量約為地球化石能源(石油、天然氣和煤)總碳量的2倍。天然氣水合物主要賦存于深海大陸坡、陸隆和盆地沉積物中。

現有開采方法多基于破壞儲層相平衡條件：降低壓力和升高溫度，如降壓法、熱激法，或改變儲層相平衡條件，如化學試劑法，或維持儲層溫度壓力平衡條件，如流態化開采方法。無論哪種方法，如果開采過程控制不當均易導致天然氣快速釋放從而加劇溫室效應，同時誘發地層失穩、海底滑坡、重力流和海嘯等地質災害，嚴重影響深海鉆井和工程穩定。

基于室內三軸實驗的含水合物沉積物參數與演化是儲層力學穩定評價的關鍵。國內外現有水合物原位生成條件多為氣體流向平行大主應力方向，而海底氣源垂直通過斷層和泥底辟進入水合物穩定帶后，還會有水平方向的運移擴散。水平方向氣體滲透環境中水合物形成和開采擾動作用下含水合物沉積物失穩機制研究目前尚屬空白。

現有水合物原位生成與三軸實驗裝置主要針對實心試樣，豎直方向通氣，水合物合成時間長，且合成的水合物在試樣高度方向分布不均勻。申請號為201410112371.9公開的“一種空心凍土試驗裝置及其使用方法”，采用空心圓柱試樣可以實現水平方向溫度梯度，但是不能實現水平氣體滲透，且該裝置主要針對的是凍土，難以適用于水合物的原位生成與三軸實驗。

發明內容

技術問題：本發明的目的是要克服現有水合物原位生成方法中存在的不足，提供一種在水平氣體運移條件下，海域水合物原位生成與三軸實驗壓力室與其使用方法。

技術方案：本發明的海域水合物原位生成與三軸實驗壓力室，包括底座、套筒和活塞桿，所述的套筒包括由內到外的承壓腔體、制冷劑循環腔和保溫層；所述的底座和套筒間通過螺栓和密封圈密封，套筒內設有固定空心圓柱試樣的上、下固定塊，所述活塞桿頂在空心圓柱試樣的上固定塊上，位于套筒與空心圓柱試樣所形成的外腔內，所述活塞桿穿過套筒并與套筒滑配密封，所述空心圓柱試樣的內腔中設有銅絲網和乳膠膜，空心圓柱試樣的外圓柱上設有帶凸嘴的乳膠套，所述的保溫層上設有與制冷劑循環腔相通的制冷劑循環管路，所述的承壓腔體的外壁上設有位于制冷劑循環腔內的等間距的肋緣；所述的底座上依次設有圍壓施加管路，與空心圓柱試樣相連通的孔隙水壓施加管路和孔隙氣壓施加管路。

所述的上固定塊包括上連接塊、與上連接塊階梯扣合的上主墊塊，上連接塊與上主墊塊之間通過密封圈和螺栓連接；所述的下固定塊包括下主墊塊、與下主墊塊階梯配合的下連接塊，下主墊塊與下連接塊之間通過密封圈和螺栓連接。

所述的底座下底面設有絕緣保溫層。

所述的底座上設有位于套筒和空心圓柱試樣內與信號導線相連的溫度傳感器。

一種上述海域水合物原位生成與三軸實驗壓力室的使用方法，包括以下步驟：

a、在底座上依次安裝下主墊塊和下連接塊、空心圓柱試樣、上連接塊、上主墊塊、活塞桿和套筒；