一种水合物岩心渗透率双测装置及方法与流程

本发明是关于一种水合物岩心渗透率双测装置及方法，属于水合物岩心物性测试领域。

背景技术：

水合物主要分布在陆地冻土区和海洋环境，可分为成岩水合物与非成岩水合物，是已知煤、石油和天然气等总和的2倍。近年来根据勘探发现，海洋中水合物主要以泥质粉砂、弱胶结、非成岩型为主，因此海洋水合物储层结构松散，水合物试采均以出砂、出水严重而被迫中断。

目前，深海泥质粉砂水合物开采增产模式与防砂一体化成为研究难点，水合物储层中成岩及非成岩型水合物难以界定，导致深海泥质粉砂水合物开采增产效率低下，因此，亟需一种能够精确测量水合物岩心渗透率的装置或方法，为水合物高效开发提供有力支撑。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的是提供一种测试精确度高的水合物岩心渗透率双测装置及方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种水合物岩心渗透率双测装置，包括水合物岩心制备系统、气液管线系统、渗透率液测系统、温压监测系统和控制系统；

所述水合物岩心制备系统的进口连接所述气液管线系统，所述水合物岩心制备系统用于制备水合物岩心，所述气液管线系统用于向所述水合物岩心制备系统注入气体或液体；所述水合物岩心制备系统的出口连接所述渗透率液测系统，所述渗透率液测系统用于测定液体注入水合物岩心后的剩余质量；

所述控制系统分别电连接所述水合物岩心制备系统、气液管线系统、渗透率液测系统和温压监测系统，所述温压监测系统用于实时监测水合物岩心制备、气测以及液测过程中所述水合物岩心制备系统的温度和压力，所述控制系统用于根据实时监测的温度和压力以及液体注入水合物岩心后的剩余质量，确定水合物岩心的气测渗透率和液测渗透率。

进一步地，所述水合物岩心制备系统包括制备釜罐、制备釜盖、钢制网架、釜底控压阀和釜底输出管；

所述制备釜罐为顶部开口的罐状结构，所述制备釜罐的顶部设置有所述制备釜盖，所述制备釜罐的下部插设有用于放置待测岩心的所述钢制网架；所述制备釜罐的底部两侧向下延伸有制备釜侧壁，所述制备釜罐底部与所述制备釜侧壁之间的容置空间用于放置所述渗透率液测系统；所述制备釜罐的底部中心设置有所述釜底输出管，所述釜底输出管上设置有所述釜底控压阀；

所述釜底控压阀还电连接所述控制系统。

进一步地，所述气液管线系统包括水槽、气瓶、注水泵、制冷机、注气阀、注水阀、增压泵、液体流量调节器、气体流量调节器、液体流量计、气体流量计、注液入口阀和注气入口阀；

所述水槽依次通过所述注水泵、制冷机和注水阀连接所述增压泵，所述气瓶依次通过所述制冷机和注气阀连接所述增压泵，所述增压泵的出口分别连接所述液体流量调节器和气体流量调节器的进口，所述液体流量调节器的出口依次通过所述液体流量计和注液入口阀连接所述制备釜盖，所述气体流量调节器的出口依次通过所述气体流量计和注气入口阀连接所述制备釜盖，所述液体流量调节器用于调节进入所述制备釜罐内液体的流量，所述气体流量调节器用于调节进入所述制备釜罐内气体的流量，所述液体流量计用于测量进入所述制备釜罐内液体的流量，所述气体流量计用于测量进入所述制备釜罐内气体的流量；

所述注水泵制冷机、增压泵、液体流量调节器、气体流量调节器、液体流量计和气体流量计还分别电连接所述控制系统。

进一步地，所述渗透率液测系统包括液体收集器和电子秤；

位于所述制备釜罐底部与所述制备釜侧壁之间的容置空间内，所述液体收集器设置在所述釜底输出管的下方，用于收集流出所述制备釜罐的水合物岩心；所述液体收集器的底部设置有所述电子秤，用于实时对所述液体收集器进行称重；

所述电子秤还电连接所述控制系统。

进一步地，所述温压监测系统包括第一温度传感器、第二温度传感器、第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器；

所述第一温度传感器和第一压力传感器分别设置在所述制备釜盖上，所述第一温度传感器用于实时监测所述制备釜罐的顶部温度，所述第一压力传感器用于实时监测所述制备釜罐的顶部压力；

所述第二压力传感器设置在所述制备釜罐的底部，所述第二压力传感器用于实时监测所述制备釜罐的底部压力；

所述第二温度传感器和第三压力传感器分别设置在所述制备釜侧壁上，所述第二温度传感器用于实时监测所述制备釜罐底部与所述制备釜侧壁之间容置空间的温度，所述第三压力传感器用于实时监测所述制备釜罐底部与所述制备釜侧壁之间容置空间的压力。

进一步地，所述控制系统内设置有参数设定模块、阀门控制模块、气测控制模块、液测控制模块、调节器控制模块和渗透率确定模块；

所述参数设定模块用于预先设定所述釜底控压阀的打开压力值、所述液体收集器的质量阈值、所述增压泵的压力值以及所述制备釜罐内的气体流量阈值和液体流量阈值，以及预先设定所述气瓶、注水泵、制冷机和增压泵在气测以及液测过程中的工作流程；

所述阀门控制模块根据预设的所述釜底控压阀的打开压力值和工作流程以及所述第一压力传感器实时监测的压力值，所述控制釜底控压阀的开启或关闭；

所述气测控制模块用于根据预设的所述增压泵的压力值，预设的所述气瓶、制冷机和增压泵的工作流程以及所述第三压力传感器实时监测的压力值，控制所述甲烷气瓶、制冷机和增压泵在气体注入过程中的开启或关闭；

所述液测控制模块用于根据预设的所述液体收集器的质量阈值，预先设定的所述注水泵、制冷机和增压泵的工作流程，控制所述注水泵、制冷机和增压泵在液测过程中的开启或关闭；

所述调节器控制模块用于根据所述液体流量计实时监测的液体流量以及预设的液体流量阈值控制所述液体流量调节器的开度，以及根据所述气体流量计实时监测的气体流量以及预设的气体流量阈值控制所述气体流量调节器的开度；

所述渗透率确定模块用于根据所述第一压力传感器、第三压力传感器和气体流量计的监测数据得到水合物岩心的气测渗透率，以及根据所述电子秤和液体流量计的测量数据得到水合物岩心的液测渗透率。

一种水合物岩心渗透率双测方法，包括以下内容：

1)将待制备岩心放入水合物岩心制备系统，通过气液管线系统向水合物岩心制备系统内通入气体，制备水合物岩心；

2)气液管线系统向水合物岩心制备系统内通入气体进行气测，温压监测系统实时监测过程中水合物岩心制备系统的温度和压力，控制系统根据气液管线系统通入气体的流量和温压监测系统的监测数据，测定水合物岩心的气测渗透率；

3)气液管线系统向水合物岩心制备系统内通入液体进行液测，温压监测系统实时监测过程中水合物岩心制备系统的温度和压力，控制系统根据气液管线系统通入液体的流量和温压监测系统的监测数据，测定水合物岩心的液测渗透率。

进一步地，所述步骤1)的具体过程为：

1.1)将待制备岩心放置在制备釜罐内的钢制网架上，关闭注液入口阀；

1.2)控制系统设定增压泵的压力值，控制釜底控压阀关闭以及制冷机、注气阀、气体流量调节器和注气入口阀开启；

1.3)控制系统控制气瓶打开，甲气瓶内的气体依次经制冷机和增压泵进行制冷和增压；

1.4)控制系统根据气体流量计实时监测的气体流量以及预先设定的气体流量阈值，控制气体流量调节器的开度，调节进入制备釜罐内的气体，以制备得到不同饱和度的水合物岩心；

1.5)第二温度传感器和第三压力传感器实时监测制备釜罐底部与制备釜侧壁之间容置空间的温度和压力。

进一步地，所述步骤2)的具体过程为：

2.1)关闭注气阀和注气入口阀，停止注气，并设定增压泵的压力值大于第一压力传感器实时监测的压力值，设定釜底控压阀的打开压力值大于制备釜罐内的压力值且低于增压泵的压力值；

2.2)在气体测定水合物岩心渗透率前，打开注气阀和注气入口阀，气体流量计实时监测注入制备釜罐内气体的流量，气体进入制备釜罐内的水合物岩心；

2.3)当第一压力传感器实时监测的压力达到釜底控压阀的打开压力值时，控制系统控制釜底控压阀打开，气体离开制备釜罐；

2.4)当第三压力传感器实时监测的压力达到设定的增压泵压力值时，控制系统控制气瓶关闭，停止注气；

2.5)第一压力传感器、第三压力传感器和气体流量计将监测数据发送至控制系统，控制系统根据监测数据，得到水合物岩心的气测渗透率。

进一步地，所述步骤3)的具体过程为：

3.1)控制系统控制注气阀和注气入口阀关闭，停止注气，并设定增压泵的压力值大于第一压力传感器实时监测的压力值，釜底控压阀的打开压力值大于制备釜罐内的压力值且低于增压泵的压力值；

3.2)在液体测定水合物岩心渗透率前，控制系统控制注水泵、制冷机和增压泵启动，再打开注水阀和注液入口阀，水槽内的液体依次通过制冷机和增压泵进行制冷和增压；

3.3)增压后的液体依次通过液体流量调节器、液体流量计和注液入口阀进入制备釜罐内的水合物岩心，液体流量调节器调节注入制备釜罐内液体的流量和压力，液体流量计测量注入制备釜罐内液体的流量；

3.4)当第一压力传感器采集的压力达到釜底控压阀的打开压力值时，控制系统控制釜底控压阀打开，液体进入液体收集器；

3.5)电子秤测量液体收集器的质量变化，当液体收集器的质量达到预先设定的质量阈值时关闭注水泵，停止注液；

3.6)电子秤和液体流量计将测量数据发送至控制系统，控制系统根据测量数据，得到水合物岩心的液测渗透率。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、本发明通过设置气测和液测两套管路，不仅能够进行水合物岩心的制备，采用气体和液体两种方式，还能够准确测试水合物岩心的气测渗透率和液测渗透率。

2、本发明由于设置有制冷机，可以降低气体和液体的温度，避免制备釜罐内的水合物分解，避免水合物岩心渗透率改变。

3、本发明采用密闭设置的水合物岩心制备系统，在密闭环境中测试制备釜底控压阀排出的气体压力或液体质量，能够降低测量误差。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图；

图2是本发明装置的部分结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅仅是用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，本发明提供的水合物岩心渗透率双测装置包括水合物岩心制备系统1、气液管线系统2、渗透率液测系统3、温压监测系统4和控制系统5。

水合物岩心制备系统1的进口连接气液管线系统2，水合物岩心制备系统1用于制备水合物岩心，气液管线系统2用于向水合物岩心制备系统1注入甲烷气或液体。水合物岩心制备系统1的出口连接渗透率液测系统3，渗透率液测系统3用于测定液体注入水合物岩心后的剩余质量。

控制系统5分别电连接水合物岩心制备系统1、气液管线系统2、渗透率液测系统3和温压监测系统4，温压监测系统4用于实时监测水合物岩心制备、气测以及液测过程中水合物岩心制备系统1的温度和压力，控制系统5用于根据实时监测的温度和压力以及液体注入水合物岩心后的剩余质量，确定水合物岩心的气测渗透率和液测渗透率，并控制水合物岩心制备系统1、气液管线系统2和渗透率液测系统3的工作。

在一个优选的实施例中，如图2所示，水合物岩心制备系统1包括制备釜罐101、制备釜盖102、钢制网架103、釜底输出管104和釜底控压阀105。

制备釜罐101为顶部开口的罐状结构，制备釜罐101的顶部设置有制备釜盖102，制备釜罐101的下部插设有钢制网架103，钢制网架103用于放置待测岩心。制备釜罐101的底部两侧向下延伸有制备釜侧壁，制备釜罐101底部与制备釜侧壁之间的容置空间用于放置渗透率液测系统3。制备釜罐101的底部中心设置有釜底输出管104，釜底输出管104上设置有釜底控压阀105。釜底控压阀105还电连接控制系统5。

在一个优选的实施例中，气液管线系统2包括水槽201、甲烷气瓶202、注水泵203、制冷机204、注水阀205、注气阀206、增压泵207、液体流量调节器208、气体流量调节器209、液体流量计210、气体流量计211、注液入口阀212和注气入口阀213。

水槽201依次通过注水泵203、制冷机204和注水阀205连接增压泵207的进口，甲烷气瓶202依次通过制冷机204和注气阀206连接增压泵207的进口，制冷机204用于对水槽201内的液体和甲烷气瓶202内的气体进行制冷，增压泵207用于对制冷后的液体或气体进行增压，增压泵207的出口分别连接液体流量调节器208和气体流量调节器209的进口，液体流量调节器208的出口依次通过液体流量计210和注液入口阀212连接位于制备釜罐101顶部的制备釜盖102，气体流量调节器209的出口依次通过气体流量计211和注气入口阀213连接位于制备釜罐101顶部的制备釜盖102，液体流量调节器208用于调节进入制备釜罐101内液体的流量，气体流量调节器209用于调节进入制备釜罐101内气体的流量，液体流量计210用于测量进入制备釜罐101内液体的流量，气体流量计211用于测量进入制备釜罐101内气体的流量。注水泵203、制冷机204、增压泵207、液体流量调节器208、气体流量调节器209、液体流量计210和气体流量计211还分别电连接控制系统5。

在一个优选的实施例中，如图2所示，渗透率液测系统3包括液体收集器301和电子秤302。

位于制备釜罐101底部与制备釜侧壁之间的容置空间内，液体收集器301设置在釜底输出管104的下方，用于收集流出制备釜罐101的水合物岩心。液体收集器301的底部设置有电子秤302，用于实时对液体收集器301进行称重。电子秤302还电连接控制系统5。

在一个优选的实施例中，如图2所示，温压监测系统4包括第一温度传感器401、第二温度传感器402、第一压力传感器403、第二压力传感器404和第三压力传感器405。

第一温度传感器401和第一压力传感器403分别设置在制备釜盖102上，第一温度传感器401用于实时监测制备釜罐101的顶部温度，第一压力传感器403用于实时监测制备釜罐101的顶部压力。第二压力传感器404设置在制备釜罐101内的底部，第二压力传感器404用于实时监测制备釜罐101的底部压力。第二温度传感器402和第三压力传感器405分别设置在制备釜罐101的制备釜侧壁上，第二温度传感器402用于实时监测制备釜罐101底部与制备釜侧壁之间容置空间的温度，第三压力传感器405用于实时监测制备釜罐101底部与制备釜侧壁之间容置空间的压力。

在一个优选的实施例中，控制系统5可以采用计算机，计算机内设置有参数设定模块、阀门控制模块、气测控制模块、液测控制模块、调节器控制模块、渗透率确定模块。

参数设定模块用于预先设定釜底控压阀105的打开压力值、液体收集器301的质量阈值、增压泵207的压力值以及制备釜罐101内的气体流量阈值和液体流量阈值等参数，参数设定模块还用于预先设定甲烷气瓶202、注水泵203、制冷机204以及增压泵207在气测以及液测过程中的工作流程。

阀门控制模块根据预先设定的釜底控压阀105的打开压力值和工作流程以及第一压力传感器403实时监测的压力值，控制釜底控压阀105的开启或关闭。

气测控制模块用于根据预先设定的增压泵207的压力值，预先设定的甲烷气瓶202、制冷机204和增压泵207的工作流程以及第三压力传感器405实时监测的压力值，控制甲烷气瓶202、制冷机204和增压泵207在气测过程中的开启或关闭。

液测控制模块用于根据预先设定的液体收集器301的质量阈值，预先设定的注水泵203、制冷机204和增压泵207的工作流程，控制注水泵203、制冷机204和增压泵207在液测过程中的开启或关闭。

调节器控制模块用于根据液体流量计210实时监测的液体流量以及预先设定的液体流量阈值，控制液体流量调节器208的开度；以及根据气体流量计211实时监测的气体流量以及预先设定的气体流量阈值，控制气体流量调节器209的开度。

渗透率确定模块用于根据气体流量计211、第一压力传感器403和第三压力传感器405的监测数据，得到水合物岩心的气测渗透率；以及根据液体流量计210和电子秤302的测量数据，得到水合物岩心的液测渗透率。

基于上述水合物岩心渗透率双测装置，本发明还提供一种水合物岩心渗透率双测方法，包括以下步骤：

1)将待制备岩心放入水合物岩心制备系统1，通过气液管线系统2向水合物岩心制备系统1内通入气体，制备水合物岩心，具体为：

1.1)将待制备岩心放置在制备釜罐101内的钢制网架103上，关闭注液入口阀212。

1.2)控制系统5设定增压泵207的压力值，控制釜底控压阀105关闭以及制冷机204、注气阀206、气体流量调节器209和注气入口阀213开启。

1.3)控制系统5控制甲烷气瓶202打开，甲烷气瓶202内的甲烷气依次经制冷机204和增压泵207进行制冷和增压。

1.4)控制系统5根据气体流量计211实时监测的气体流量以及预先设定的气体流量阈值，控制气体流量调节器209的开度，调节进入制备釜罐101内的甲烷气，以制备得到不同饱和度的水合物岩心。

1.5)第二温度传感器402和第三压力传感器405实时监测制备釜罐101底部与制备釜侧壁之间容置空间的温度和压力。

2)气液管线系统2向水合物岩心制备系统1内通入气体进行气测，温压监测系统4实时监测过程中水合物岩心制备系统1的温度和压力，控制系统5根据气液管线系统2通入气体的流量和温压监测系统4的监测数据，测定水合物岩心的气测渗透率，具体为：

2.1)关闭注气阀206和注气入口阀213，停止注气，并设定增压泵207的压力值(即步骤1.2)中设定的压力值)大于第一压力传感器403实时监测的压力值(为对制备釜罐101内的水合物岩心有一定压实作用，避免釜内压力大于增压泵207压力而无法压实)，设定釜底控压阀105的打开压力值大于制备釜罐101内的压力值且低于增压泵207的压力值。

2.2)在甲烷气测定水合物岩心渗透率前，打开注气阀206和注气入口阀213，气体流量计211实时监测注入制备釜罐101内甲烷气的流量，甲烷气进入制备釜罐101内的水合物岩心。

2.3)当第一压力传感器403实时监测的压力达到釜底控压阀105的打开压力值时，控制系统5控制釜底控压阀105打开，甲烷气离开制备釜罐101，此时釜底控压阀105的压力值大于制备釜罐101内的压力值且低于增压泵207的压力值。

2.4)当第三压力传感器405实时监测的压力达到设定的增压泵207压力值时，控制系统5控制甲烷气瓶202关闭，停止注气，为使得增压泵207的压力与制备釜罐101下端的测量空间压力平衡。

2.5)第一压力传感器403、第三压力传感器405和气体流量计211将监测数据发送至控制系统5，控制系统5根据监测数据，得到水合物岩心的气测渗透率，其中，控制系统5可以采用现有技术中的气测渗透率方法进行计算得到水合物岩心的气测渗透率，具体过程在此不多做赘述。

3)气液管线系统2向水合物岩心制备系统1内通入液体进行液测，温压监测系统4实时监测过程中水合物岩心制备系统1的温度和压力，控制系统5根据气液管线系统2通入液体的流量和温压监测系统4的监测数据，测定水合物岩心的液测渗透率，具体为：

3.1)控制系统5控制注气阀206和注气入口阀213关闭，停止注气，并设定增压泵207的压力值(即步骤1.2)中设定的压力值)大于第一压力传感器403实时监测的压力值，釜底控压阀105的打开压力值大于制备釜罐101内的压力值且低于增压泵207的压力值。

3.2)在液体测定水合物岩心渗透率前，控制系统5控制注水泵203、制冷机204和增压泵207启动，再打开注水阀205和注液入口阀212，水槽201内的液体依次通过制冷机204和增压泵207进行制冷和增压。

3.3)增压后的液体依次通过液体流量调节器208、液体流量计210和注液入口阀212进入制备釜罐101内的水合物岩心，液体流量调节器208调节注入制备釜罐101内液体的流量和压力，液体流量计210测量注入制备釜罐101内液体的流量。

3.4)当第一压力传感器403采集的压力达到釜底控压阀105的打开压力值时，控制系统5控制釜底控压阀105打开，液体进入液体收集器301。

3.5)电子秤302测量液体收集器301的质量变化，当液体收集器301的质量达到预先设定的质量阈值时关闭注水泵203，停止注液。

3.6)电子秤302和液体流量计210将测量数据发送至控制系统5，控制系统5根据测量数据，得到水合物岩心的液测渗透率，其中，控制系统5可以采用现有技术中的液体测渗透率方法进行计算得到水合物岩心的液测渗透率，具体过程在此不多做赘述。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。