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专利号: 2019104886423
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种水合物分解过程中沉积物变形及渗透率测试方法,利用一种水合物分解过程中沉积物变形及渗透率测试装置,包括水气供应系统、反应釜、压力控制系统、渗透率测试系统、变形监测系统和CT扫描系统;

所述水气供应系统和反应釜相连,渗透率测试系统和反应釜相连;所述变形监测系统包括轴向挠度引伸计和环向挠度引伸计,CT扫描系统包括X光源和X光接收端;

所述水气供应系统包括气瓶、蒸馏水箱、第一水浴控温装置和第二水浴控温装置,所述气瓶和第一水浴控温装置相连,所述蒸馏水箱和第二水浴控温装置相连,第一水浴控温装置和第二水浴控温装置内的三通阀相连;

所述反应釜内设置有压力控制系统,其中反应釜包括反应釜体,压力控制系统包括上活塞柱体和底座柱体;所述反应釜体上部的上活塞柱体上设置有进气口,反应釜体下部的底座柱体上设置有出气口;

所述渗透率测试系统包括上游室、下游室、背压阀、背压容器和气水分离装置,所述上游室通过第三压力表与试件相连,背压阀和下游室相连,背压容器和气水分离装置分别与背压阀相连;

其特征在于,步骤包括:

步骤一:组装水合物分解过程中沉积物变形及渗透率测试装置,并检查装置气密性;

步骤二:制作沉积物试件,试件外部采用橡皮膜密封,并放入反应釜中固定,然后安装轴向挠度引伸计和环向挠度引伸计并施加初始挠度;

步骤三:施加三轴应力,通过压力控制系统先施加围压至设定值,再逐渐增大轴压;

步骤四:控制试验温度,同时通过CT扫描系统记录试件内部结构变化;

步骤五:利用水气供应系统合成甲烷水合物;

步骤六:利用渗透率测试系统测试含水合物试件渗透率;

步骤七:测定水合物分解后的沉积物渗透率,调整背压阀压力至甲烷水合物平衡压力以下,打开第七阀门分解水合物,水合物分解后降温,重复步骤六使用脉冲衰减法测定水合物分解后的沉积物渗透率;

步骤八:计算试件体应变,利用三轴应力条件下水合物分解过程中轴向挠度引伸计和环向挠度引伸计的测量值,计算沉积物试件的体应变:体应变=2×环向应变+轴向应变。

2.根据权利要求1所述的一种水合物分解过程中沉积物变形及渗透率测试方法,其特征在于,所述气瓶出口处设置有第一减压阀和第一气压表,所述第一水浴控温装置内设置有盘管,第一水浴控温装置的下游设置有第二阀门和气泵。

3.根据权利要求2所述的一种水合物分解过程中沉积物变形及渗透率测试方法,其特征在于,所述第二水浴控温装置内设置有第三阀门、第四阀门、第五阀门、第二气压表、三通阀、气水混合容器和水容器,所述蒸馏水箱上设置有平流泵,平流泵与第三阀门和第四阀门之间的管路相连;所述第三阀门和气水混合容器相连,气水混合容器和三通阀相连;所述第四阀门和水容器相连,水容器连接第五阀门;所述三通阀连接第五阀门和第六阀门之间的管道,第二气压表设置在三通阀和气水混合容器之间。

4.根据权利要求1所述的一种水合物分解过程中沉积物变形及渗透率测试方法,其特征在于,所述反应釜还包括上法兰盖、下法兰盖、装置台和底座,所述上活塞柱体的上端穿过上法兰盖和压头连接,反应釜固定在装置台上,装置台下方还设置有底座;试件放置在上活塞柱体和底座柱体之间,试件侧面通过橡皮膜包裹。

5.根据权利要求1所述的一种水合物分解过程中沉积物变形及渗透率测试方法,其特征在于,所述渗透率测试系统还包括第三气压表、第四气压表、第七阀门、电子秤和气体收集器,所述第三压力表设置在进气口和上游室之间的管道上,第四压力表设置在出气口和背压阀之间的管道上,第七阀门设置在背压阀和气水分离装置之间的管道上,所述气水分离装置分别连接电子秤和气体收集器。

6.根据权利要求1所述的一种水合物分解过程中沉积物变形及渗透率测试方法,其特征在于,所述变形监测系统还包括监测计算机,所述轴向挠度引伸计沿试件的圆周方向均匀布置至少4个,轴向挠度引伸计的上下两端分别与引伸计顶盖和引伸计底座相连;环向挠度引伸计沿圆周通过螺钉固定在试件上,至少布置4个;所述监测计算机接收轴向挠度引伸计和环向挠度引伸计监测的变形信息。

7.根据权利要求1所述的一种水合物分解过程中沉积物变形及渗透率测试方法,其特征在于,所述CT扫描系统还包括CT图像处理计算机,所述X光源和X光接收端分别布置在试件的两侧,X光接收端将扫描信息传输至CT图像处理计算机。

8.根据权利要求1所述的一种水合物分解过程中沉积物变形及渗透率测试方法,其特征在于,步骤五中水合物合成的方法具体包括:利用方法一:打开第五阀门和第六阀门,先通过水容器向试件中注水,再通过气泵注入高压气体,调节背压阀使气体压力大于相平衡的压力,当第三压力表和第四压力表压力不再降低时,完成甲烷水合物的合成;

或者利用方法二:将气体和水在气水混合容器中混合,混合后打开三通阀和第六阀门,混合物通过进气口通入试件中,调整背压阀压力大于甲烷水合物的平衡压力,当第三压力表和第四压力表压力不再降低时,完成甲烷水合物的合成。

9.根据权利要求1所述的一种水合物分解过程中沉积物变形及渗透率测试方法,其特征在于,步骤六中渗透率的测试包括高渗透率试件的测试和低渗透率试件的测试,具体是:(1)当沉积物渗透率大于10-16m2时,将气体恒压注入试件,调整背压阀压力,当进气口和出气口的压力保持稳定后,甲烷达到稳定渗流,记录此时的气体流量,通过达西定律计算渗透率K:式中:Q为单位时间内流体通过时间的流量,cm3/s;u为流体的粘度,Pa·s;A为试件的截2

面积,cm;L为试件长度,cm;△P为第三气压表和第四气压表的压差,MPa;

(2)当水合物饱和度高时,试件的渗透率会大幅度降低,此时难以形成稳态渗流;

打开第六阀门,设置高压恒定,第三压力表和第四压力表压力值稳定后,关闭第六阀门,打开第七阀门,放出少量气体,然后关闭第七阀门,记录第三气压表和第四气压表的压力差随时间变化的数据两端压力逐渐平衡过程中压差随时间变化的数据,计算渗透率k:式中:k—脉冲衰减法渗透率,md;s1—ln(ΔP)与时间t关系拟合直线的斜率;μg—气体粘度,Pa·s;L—试件的长度,cm;fz—实际气体偏离理想气体特性值;A—试件的截面积,cm2;Pm—试件两端平均压力,Pa;V1—上游室体积,cm3;V2—下游室体积,cm3;VP—试件孔隙体积;θ—方程 的第一个正数解。