控温条件下测量可燃冰渗透率的系统及方法与流程

本申请涉及可燃冰样品开发技术领域，尤其是涉及一种控温条件下测量可燃冰渗透率的系统及方法。

背景技术：

可燃冰作为当今世界各国的重要战略能源之一，日益受到人们的关注。一般而言，富集可燃冰的储层出现在海洋或者极地区域。能源作为世界各国竞争的一个核心资源与经济命脉，其重要性不言而喻。如何推进可燃冰开采技术问题解决的进程，是当前我国乃至世界各国能源命脉的挑战。因此，研究可燃冰是世界能源领域的一个极其重要的突破点。

在油气资源的开采过程中，常常对地层的渗透率非常关注。在可燃冰的开采上也是如此，高渗和低渗的含可燃冰地层会对可燃冰开采带来不同的问题。并且，在可燃冰未分解时，可燃冰作为地层的一部分；可燃冰分解后，部分地层骨架就会缺失，导致含可燃冰的渗透率发生变化。因此，研究含可燃冰的渗透率非常有必要。温度作为一个影响可燃冰相变的因素，研究含可燃冰的渗透率就必须考虑温度的影响。

目前，现有获得多孔介质渗透率的方法一般是利用注水注气，在恒定流速下获得流入压力、流出压力，通过达西定律对渗透率进行求解。这些方法在对可燃冰渗透率的研究中有一个致命的缺点。正常来说，含可燃冰地层中的可燃冰会发生相变导致地层渗透率的改变。可燃冰发生相变后，会导致沉积物骨架缺失，整体结构强度降低，成为一种松散的多孔介质。此时，难以获得准确可靠的实验结果。

技术实现要素：

本申请实施例的目的在于提供一种控温条件下测量可燃冰渗透率的系统及方法，以提高在控温条件下测量可燃冰渗透率的准确性。

为达到上述目的，一方面，本申请实施例提供了一种控温条件下测量可燃冰渗透率的系统，包括：

夹持装置，用于密闭夹持可燃冰样品；

循环控温装置，用于将所述可燃冰样品维持在指定温度；

核磁共振设备，用于获取所述可燃冰样品在指定温度下的t2谱；

数据处理装置，用于根据所述可燃冰样品在指定温度下的t2谱，获取所述可燃冰样品的第一渗透率。

本申请实施例的控温条件下测量可燃冰渗透率的系统，该系统还包括：

驱替装置，用于在指定温度及压力下，对所述可燃冰样品进行恒压驱替，获得对应的驱替参数；相应的，所述数据处理装置还用于根据达西定律和所述驱替参数获取所述可燃冰样品的第二渗透率，以与所述第一渗透率进行对比。

本申请实施例的控温条件下测量可燃冰渗透率的系统，所述夹持装置包括：

筒形外壳；

设置于所述筒形外壳内的镂空管；所述镂空管与所述筒形外壳之间形成流动空间；所述核磁共振设备的射频线圈套于所述镂空管上；

设置于所述镂空管内的腔体管；所述腔体管与所述镂空管之间形成流动空间；

设置于所述腔体管两端的堵头组件；所述堵头组件与所述腔体管配合围成用于夹持可燃冰样品的密闭腔室。

本申请实施例的控温条件下测量可燃冰渗透率的系统，所述堵头组件包括：

设置于所述腔体管两端的内堵头；

套于每个内堵头上的内压套；所述腔体管两端具有扩口，所述内压套的内端配合插入对应的扩口内；

套于每个内堵头上的外压套；每个外压套的内端向内压紧对应内压套的外端；

套于每个外压套上的固定压套；所述固定压套的外壁与所述筒形外壳的内壁螺纹连接；每个固定压套的内端向内压紧对应的外压套；

设置于每个外压套内的外堵头；所述外堵头的外端向外伸出所述外压套。

本申请实施例的控温条件下测量可燃冰渗透率的系统，每个内堵头内开设有第一中心孔，每个内堵头两端开设有与其第一中心孔配合的接口槽；所述外堵头内开设有用于容纳驱替管路的第二中心孔，所述第二中心孔的尺寸大于所述第一中心孔的尺寸，所述驱替管路用于通过接口槽与对应的第一中心孔相连，从而形成驱替导流通道。

本申请实施例的控温条件下测量可燃冰渗透率的系统，所述循环控温装置包括：

液浴槽，其内容纳有导热液；

循环管路，其包括内部充满导热流体的导流管，以及设置于所述导流管上的循环泵和恒速恒压泵；所述导流管与所述流动空间相连通，且所述导流管的一部分置于所述导热液内；

控温系统，用于对所述导热液进行加热或冷却，从而通过热传递方式使所述可燃冰样品维持在指定温度。

本申请实施例的控温条件下测量可燃冰渗透率的系统，所述液浴槽外表面及所述导流管的外表面上设有保温层。

本申请实施例的控温条件下测量可燃冰渗透率的系统，所述导流管设置于所述导热液内的部分呈螺旋状分布。

本申请实施例的控温条件下测量可燃冰渗透率的系统，所述驱替装置包括：

流体储集器，其内充满驱替液；所述流体储集器通过驱替管路与所述第一中心孔相连通；

驱替泵，安装于所述驱替管路上，用于利用所述驱替液对位于所述夹持装置内的可燃冰样品进行恒压驱替。

另一方面，本申请实施例还提供了一种利用上述可燃冰渗透率系统在控温条件下测量可燃冰渗透率的方法，该方法包括：

获取位于夹持装置内的可燃冰样品在指定温度下的t2谱；

根据所述可燃冰样品在指定温度下的t2谱，获取所述可燃冰样品的第一渗透率。

由以上本申请实施例提供的技术方案可见，本申请实施例通过调整循环控温装置可以改变可燃冰样品的温度。可燃冰样品的温度一旦改变，可燃冰样品就会发生相变。在可燃冰样品相变过程中，通过核磁共振设备可测量含可燃冰样品的核磁共振信号(t2谱)。这样就可以获得设定温度下的可燃冰样品的核磁共振信号(t2谱)，而基于t2谱可以计算出可燃冰样品的渗透率。如此，通过改变可燃冰样品的温度，就可以得到不同温度下可燃冰样品的渗透率。因此，本申请实施例充分考虑了温度影响，从而提高了在控温条件下测量可燃冰渗透率的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本申请一实施例中控温条件下测量可燃冰渗透率的系统的结构框图；

图2为本申请一实施例中夹持装置的结构剖视图；

图3为本申请一实施例中镂空管的立体结构示意图；

图4为本申请一实施例中射频线圈的立体结构示意图；

图5为本申请一实施例中可燃冰样品的t2谱分布示意图；

图6为本申请一实施例中可燃冰样品的渗透率随温度变化的示意图；

图7为本申请一实施例中控温条件下测量可燃冰渗透率的方法流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。例如在下面描述中，在第一部件上方形成第二部件，可以包括第一部件和第二部件以直接接触方式形成的实施例，还可以包括第一部件和第二部件以非直接接触方式(即第一部件和第二部件之间还可以包括额外的部件)形成的实施例等。

而且，为了便于描述，本申请一些实施例可以使用诸如“在…上方”、“在…之下”、“顶部”、“下方”等空间相对术语，以描述如实施例各附图所示的一个元件或部件与另一个(或另一些)元件或部件之间的关系。应当理解的是，除了附图中描述的方位之外，空间相对术语还旨在包括装置在使用或操作中的不同方位。例如若附图中的装置被翻转，则被描述为“在”其他元件或部件“下方”或“之下”的元件或部件，随后将被定位为“在”其他元件或部件“上方”或“之上”。

可燃冰是烷类或者烃类与水在一定的温度压力下结合形成的一种物质，可燃冰富含氢原子，而氢原子核是进行核磁共振观测的重要条件。因此可以考虑通过核磁共振测量可燃冰的渗透率。然而目前，在实验室中测量多孔介质的渗透率多数都是考虑压力的情况，对待温度的影响考虑较少，这使得测量结果可靠性难以保证。而如果考虑温度影响，对获得含可燃冰沉积物的渗透率是非常困难的(这是因为，含可燃冰地层中的可燃冰会发生相变导致地层渗透率的改变。可燃冰发生相变后，会导致沉积物骨架缺失，整体结构强度降低，成为一种松散的多孔介质)。因此，如何准确测量可燃冰的渗透率成为目前亟待解决的技术问题。

参考图1所示，本申请实施例的一种控温条件下测量可燃冰渗透率的系统可以包括夹持装置、循环控温装置、核磁共振设备(图中未画出)和数据处理装置(图中未画出)驱替装置。其中，夹持装置可用于密闭夹持可燃冰样品；循环控温装置可用于将位于夹持装置内的可燃冰样品维持在指定温度；核磁共振设备可用于获取所述可燃冰样品在指定温度下的t2谱；数据处理装置可用于根据所述可燃冰样品在指定温度下的t2谱，获取所述可燃冰样品的第一渗透率。

请继续参考图1所示，可选的，本申请实施例的控温条件下测量可燃冰渗透率的系统还可以包括驱替装置。该驱替装置可用于在指定温度及压力下，对所述可燃冰样品进行恒压驱替，获得对应的驱替参数；相应的，所述数据处理装置还可以用于根据达西定律和所述驱替参数获取所述可燃冰样品的第二渗透率，以便于与所述第一渗透率进行对比。

在本申请一实施例中，通过调整循环控温装置可以改变可燃冰样品的温度。可燃冰样品的温度一旦改变，可燃冰样品就会发生相变。在可燃冰样品相变过程中，通过核磁共振设备可测量含可燃冰样品的核磁共振信号(t2谱)。这样就可以获得设定温度下的可燃冰样品的核磁共振信号(t2谱)，例如图5所示，而基于t2谱可以计算出可燃冰样品的渗透率。如此，通过改变可燃冰样品的温度，就可以得到不同温度下可燃冰样品的渗透率，例如图6所示。本申请实施例的控温条件下测量可燃冰渗透率的系统可以应用于各种实验环境，例如可以在低温高压条件下使用。

此外，在本申请一实施例中，通过核磁共振技术，不存在可燃冰样品样品是否压实、孔隙尺寸要求等问题。而且测量结束后，样品没有任何损伤。核磁共振测量后的可燃冰样品样品还能够进行其它一些破坏性的实验，这对样品的利用率大大提高了。并且，在进行其它实验之前，可燃冰样品样品都保持着其完好的特点。这也对其它实验的准确性提供了保障。

在本申请一实施例中，所述核磁共振设备的收发天线可包括内置于所述夹持装置内的射频线圈。这种射频线圈与夹持装置一体化的设计，能够使核磁共振设备获得更小噪声的数据，从而有利于便于分析可燃冰样品分解时的规律。

结合图2所示，在本申请一实施例中，所述夹持装置可以包括筒形外壳16、设置于所述筒形外壳16内的镂空管17(例如图3所示)、设置于所述镂空管17内的腔体管18和设置于所述腔体管18两端的堵头组件等。所述镂空管17与所述筒形外壳16之间可形成流动空间10；而射频线圈30可套于所述镂空管17上。如此，由于镂空管17与射频线圈30相互组合形成一个整体，这就避免了在夹持装置外再添加一个射频线圈来进行测量。而且一体化之后，射频线圈30仅仅测量了中间腔体与可燃冰样品样品20的核磁共振信号，这大大减少了其余部件所产生的噪声。所述腔体管18与所述镂空管17之间也可形成流动空间10。所述堵头组件与所述腔体管18配合围成用于夹持可燃冰样品的密闭腔室。需要说明的是，本申请实施例的夹持装置的所有部件(除射频线圈外)均在磁场中不产生核磁共振信号，以免对可燃冰样品的核磁共振信号造成干扰。

请继续参考图2所示，在本申请一实施例中，所述堵头组件可以包括设置于所述腔体管18两端的内堵头14、套于每个内堵头14上的内压套15、套于每个内堵头14上的外压套13、套于每个外压套13上的固定压套12和设置于每个外压套内的外堵头11。所述腔体管18两端具有扩口，所述内压套15的内端可配合插入对应的扩口内；每个外压套13的内端可向内压紧对应内压套15的外端；所述固定压套12的外壁可与所述筒形外壳16的内壁螺纹连接；每个固定压套12的内端可向内压紧对应的外压套13；所述外堵头11的外端可向外伸出所述外压套13。

请继续参考图2所示，在本申请一实施例中，每个内堵头14内开设有第一中心孔141，每个内堵头14两端开设有与其第一中心孔141配合的接口槽142；所述外堵头11内开设有用于容纳驱替管路的第二中心孔111，所述第二中心孔11的尺寸可大于所述第一中心孔141的尺寸，以利于提高驱替压力；所述驱替管路可用于通过接口槽142与对应的第一中心孔141相连，从而形成驱替导流通道。通过将驱替管路的接口置于外堵头11内，可以有利于提高高压驱替实验下的安全性。

请继续参考图1所示，在本申请一实施例中，所述循环控温装置可以包括、液浴槽、循环管路和控温系统。其中，液浴槽内可容纳有导热液(例如氟油等)。循环管路可包括内部充满导热流体(例如氟油等)的导流管，以及设置于所述导流管上的循环泵和恒速恒压泵；所述导流管与所述流动空间相连通，以对所述可燃冰样品进行热传递；且所述导流管的一部分置于所述导热液内，以便于与液浴槽内的导热液进行热交换。所述控温系统可用于对所述导热液进行加热或冷却，从而通过热传递方式使所述可燃冰样品维持在指定温度。

在本申请一实施例中，循环泵和恒速恒压泵可设置于在导热流体的流出端，如此可以避免泵的工作而产生的额外能量导致循环管路内导热流体的温度的改变。循环泵可使导热流体在循环管路中不断的流动；恒速恒压泵可使导热流体在进入液浴槽和夹持装置时，保持恒定流速，以减小温度波动。

在本申请一实施例中，为了达到更好的温控效果，所述液浴槽外表面及所述导流管的外表面上设有保温层。所述保温层可以为具有一定厚度的隔热材料(例如气凝胶、玻璃纤维等)，以减少液浴槽与外界空气的能量交换，从而有利于保证温度恒定。在本申请一实施例中，所述导流管设置于所述导热液内的部分可呈螺旋状分布(例如图4所示)，以便更好的与液浴槽内的导热液进行热交换。

请结合图1和图2所示，在本申请一实施例中，所述驱替装置可包括流体储集器和驱替泵等。所述流体储集器内充满驱替液；所述流体储集器可通过驱替管路与所述第一中心孔141相连通，所述流体储集器可用于在驱替管路中补充压力和流速；驱替泵可安装于所述驱替管路上，其可用于利用所述驱替液对位于所述夹持装置内的可燃冰样品进行恒压驱替。

在本申请一请实施例中，所述数据处理装置可以是指一个专用设备(例如安装有特定数据处理软件的通用计算机平台等)，在本申请另一请实施例中，所述数据处理装置也可以是指该特定数据处理软件。

参考图7所示，基于上述可燃冰渗透率系统在控温条件下测量可燃冰渗透率的方法，该方法可以包括以下步骤：

s701、获取位于夹持装置内的可燃冰样品在指定温度下的t2谱。

在本申请一实施例中，在步骤s701之前，要将准备好的可燃冰样品放入夹持装置中，然后打开循环控温装置控制夹持装置内可燃冰样品的温度，待温度稳定在指定温度时，可利用核磁共振设备采集所述可燃冰样品在指定温度下的t2谱。获得的t2谱可提供给数据处理装置处理。

s702、根据所述可燃冰样品在指定温度下的t2谱，获取所述可燃冰样品的第一渗透率。

在本申请一实施例中，基于t2谱可以表征可燃冰样品的孔径分布，基于孔径分布就可以计算出可燃冰样品的渗透率。

在本申请一实施例中，在步骤s702之后还可以包括如下步骤：

s703、获取所述可燃冰样品在指定温度及压力下的的驱替参数。

在本申请一实施例中，在利用核磁共振设备采集所述可燃冰样品在指定温度下的t2谱后，可在相同温度及压力下，对所述可燃冰样品进行恒压驱替，从而获得对应的驱替参数。

s704、根据达西定律和所述驱替参数获取所述可燃冰样品的第二渗透率，以与所述第一渗透率进行对比。

在本申请实施例中，数据处理装置可以为数据处理软件(即存储在存储器上的计算机程序)，该数据处理软件被处理器运行时可执行上述的步骤s701-步骤s704。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的系统、方法、或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种系统、方法或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。