[發明專利]水合物-沉積物混合體系界面作用力測試裝置及方法

有效

• 申請號: 202011032857.3
• 申請日: 2020-09-27
• 公開（公告）號: CN112147040B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 李彥龍;吳能友;陳強;孫建業;靳玉蓉;董林;張正才
• 申請（專利權）人: 青島海洋地質研究所;青島海洋科學與技術國家實驗室發展中心
• 主分類號: G01N11/00
• 分類號: G01N11/00
• 代理公司: 青島中天匯智知識產權代理有限公司 37241
• 代理人: 雷斐;萬桂斌

本發明涉及天然水合物儲層探測與評價領域，特別是一種水合物?沉積物混合體系界面作用力測試裝置及方法。所述徑向測力模塊的一端伸入可視化反應釜模塊內，并與可視化反應釜模塊內的載物臺連接，所述可視化反應釜模塊包括上蓋、筒體和下蓋，筒體內設有環形腔體，上蓋與筒體的頂部密封連接，下蓋與筒體的底部密封連接，上蓋、筒體和下蓋組成樣品腔體；下蓋頂部表面的中心固定設有載物臺，載物臺位于筒體的中央位置，且載物臺位于藍寶石玻璃的正下方。實現裂隙型天然氣水合物儲層中水合物?沉積物界面作用力的可視化直觀探測，兼顧多類型水合物沉積物的直剪破壞特征的探測和出砂地層水合物二次合成后泥、水合物混合物質在管道壁面的粘附特征探測。

技術領域

本發明涉及天然水合物儲層探測與評價領域，特別是一種水合物-沉積物混合體系界面作用力測試裝置及方法。

背景技術

天然氣水合物處于化石能源金字塔的中下部，儲量巨大，但資源品位差、聚集程度弱，現有技術條件下的資源經濟可采性較差。根據天然氣水合物賦存介質的差異，可以將天然氣水合物儲層劃分為富含砂質水合物儲層、泥質粉砂裂隙充填型儲層和局部低飽和度彌散型泥質儲層。基于對天然氣水合物儲層孔滲特征、技術可采難度的認識，國際主流普遍認為賦存在砂層沉積物中的水合物應該是天然氣水合物試采的優選目標。

然而，地球物理和取芯結果表明，92%以上的泥質粉砂沉積物中水合物則往往呈現出結核狀、透鏡體狀、脈狀、厚塊狀等完全不同于砂質沉積物的賦存特征。為便于表述，并與孔隙型儲層相區分，我們將泥質粉砂沉積物中水合物以這些特殊形態賦存形成的儲層統稱為裂隙型儲層，并將獨立于沉積物存在的水合物結構體本身稱之為水合物單體。我國目前在南海北部神狐海域和瓊東南盆地都鉆獲了大量的裂隙型天然氣水合物樣品，裂隙型天然氣水合物在我國南海北部水合物資源總量中占據非常重要的地位。

在水合物開采過程中，裂隙型水合物系統中水合物單體與沉積物基質之間的相互作用不僅對儲層的穩定性產生嚴重影響，也直接關系到裂隙型水合物開采過程中的壓力傳導特征，決定儲層改造過程中裂縫的走向。因此，裂隙型儲層中水合物單體與沉積物界面作用力是裂隙型水合物開發的面臨的最關鍵科學問題之一。然而，由于目前裂隙型水合物開發的多重技術挑戰，目前尚未進行該類型儲層的開采試驗，因此水合物單體-沉積物基質之間的作用力尚未受到國內外研究人員的關注，也缺乏直接觀測水合物單體-沉積物基質之間作用力的技術手段和方法。

裂隙型天然氣水合物廣泛分布于我國南海神狐/瓊東南及周邊重點海域，裂隙型天然氣水合物開發是我國實現天然氣水合物產業化的必經之路，探討和厘清裂隙型水合物儲層中水合物單體與沉積物基質之間的作用力，將為裂隙型儲層改造、穩定性分析提供理論支撐。為此，本發明將提供一種專門用于水合物儲層中水合物與沉積物之間相互作用力的測試系統及其測試方法。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的上述缺陷，提出了一種水合物-沉積物混合體系界面作用力測試裝置及方法，實現裂隙型天然氣水合物儲層中水合物-沉積物界面作用力的可視化直觀探測，兼顧多類型水合物沉積物的直剪破壞特征的探測和出砂地層水合物二次合成后泥、水合物混合物質在管道壁面的粘附特征探測。

本發明的技術方案是：一種水合物單體-沉積物界面作用力測試裝置，包括可視化反應釜模塊、徑向測力模塊、顯微測試模塊、氣液供給模塊，其中，所述徑向測力模塊的一端伸入可視化反應釜模塊內，并與可視化反應釜模塊內的載物臺連接，顯微測試模塊位于可視化反應釜模塊的上方；

所述可視化反應釜模塊包括上蓋、筒體和下蓋，筒體內設有環形腔體，上蓋與筒體的頂部密封連接，下蓋與筒體的底部密封連接，上蓋、筒體和下蓋組成樣品腔體；

上蓋的中部設有圓形視窗開口，圓形視窗開口處設有藍寶石玻璃，藍寶石玻璃的底部表面與上蓋的底部表面平齊，藍寶石玻璃的環形外壁與圓形視窗開口的內壁之間存在間隙，柔性壓板從上蓋的底部擠壓進入藍寶石玻璃和上蓋板之間，將藍寶石玻璃固定在圓形視窗開口內，藍寶石玻璃的外壁與上蓋的內壁之間設有徑向密封組件；