CN106896214A - 一种模拟压力对天然气水合物地层裂缝影响的实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及天然气水合物地质技术领域的一种模拟压力对天然气水合物地层裂缝影响的实验装置，它主要由加压泵、出气口、计算机监测***、气层、水层、压力传感器、泥岩颗粒、尼龙颗粒、岩石层A、箱体、岩石层B、活塞、活塞环、储气室、伸缩式气体通道和高速摄像机组成。箱体内从上往下依次设有活塞环、活塞、气层、水层、压力传感器、岩石层B、泥岩颗粒、尼龙颗粒和岩石层A；活塞环上部设有4个出气口采用对称式设计，用于气体流出并使活塞往下运动。本发明操作简单，能很好的模拟压力对天然气水合物层附近地层裂缝影响的过程。

Description

一种模拟压力对天然气水合物地层裂缝影响的实验装置
技术领域
本发明涉及天然气水合物地质技术领域的一种模拟压力对天然气水合物地层裂缝影响的实验装置。
背景技术
天然气水合物是由水和甲烷在低温高压条件下通过范德华力相互作用，形成的一种外观像冰，但晶体结构却与冰不同的疏松结晶化合物。天然气水合物在海底的存在形式有两种，一种是存在于海底表面，一种是存在于海底以下几百米。对于海底以下几百米的天然气水合物根据赋存深度的变化，其丰度不同；天然气水合物层的附近区域在不同海洋压力条件下的存在形式，以及产生应力裂缝等地质变化对天然气水合物的工程作业有重要意义。若海底天然气水合物层附近地层出现较大裂缝或地层疏松等问题，这将直接导致在钻井过程中井壁周围地层不稳定，容易造成天然气水合物发生分解，从而造成取样困难、井壁失稳和井涌甚至井喷等工程问题。因此，对于天然气水合物层附近地层在海底压力状态下的存在形式，裂缝伸展方向有必要进行研究。若发明一种能够有效模拟压力对天然气水合物地层裂缝影响的实验装置，它能对天然气水合物层附近地层在海底不同压力作用下产生的应力裂缝进行可视化研究，将对现场实际工程具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是：提供一种模拟压力对天然气水合物地层裂缝影响的实验装置。
本发明所采用的技术方案是：
本发明是一种模拟压力对天然气水合物地层裂缝影响的实验装置，主要由加压泵、出气口、计算机监测***、气层、水层、压力传感器、泥岩颗粒、尼龙颗粒、岩石层A、箱体、岩石层B、活塞、活塞环、储气室、伸缩式气体通道和高速摄像机组成。箱体内从上往下依次设有活塞环、活塞、气层、水层、压力传感器、岩石层B、泥岩颗粒、尼龙颗粒和岩石层A；活塞环上部设有4个出气口采用对称式设计，用于气体流出并使活塞往下运动。箱体是实际模拟海下天然气水合物层的状态，其长宽高尺寸为：5m×4m×3m。岩石层A和岩石层B为两种材质一样的岩石且基本组分与海底岩石一致，箱体内设置的模拟岩石层A厚60cm，模拟岩石层B厚50cm；实验过程中所使用的泥岩颗粒和尼龙颗粒直径都为4mm，且这两种颗粒采用上下错位设计。箱体由高强度耐压透明PC材料制成，承压10MPa；伸缩式气体通道采用可伸缩式设计，可根据活塞的向下运动而运动。在箱体内部的右侧设有4个压力传感器，这4个压力传感器分别设于储气室右上部、活塞右部、岩石层A中部和岩石层B中部；在整个实验模拟过程中尼龙颗粒模拟天然气水合物颗粒，泥岩颗粒模拟海底地层泥岩；水层模拟海水，岩石层A和岩石层B模拟海底岩石地层。
本发明的优点：整个实验过程操作简单，通过可视化实验和压力监测能准确的得到压力对天然气水合物层附近地层裂缝的变化规律并能实时得到压力变化情况。
附图说明
图1是本发明一种模拟压力对天然气水合物地层裂缝影响的实验装置的结构示意图。
图中：1.加压泵，2.出气口，3.计算机监测***，4.气层，5.水层，6.压力传感器，7.泥岩颗粒，8.尼龙颗粒，9.岩石层A，10.箱体，11.岩石层B，12.活塞，13.活塞环，14.储气室，15.伸缩式气体通道，16.高速摄像机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1所示，本发明一种模拟压力对天然气水合物地层裂缝影响的实验装置，主要由加压泵1、出气口2、计算机监测***3、气层4、水层5、压力传感器6、泥岩颗粒7、尼龙颗粒8、岩石层A9、箱体10、岩石层B11、活塞12、活塞环13、储气室14、伸缩式气体通道15和高速摄像机16组成。箱体10内从上往下依次设有活塞环13、活塞12、气层4、水层5、压力传感器6、岩石层B11、泥岩颗粒7、尼龙颗粒8和岩石层A9；活塞环13上部设有4个出气口2采用对称式设计，用于气体流出并使活塞12往下运动。
如图1所示，具体模拟过程为：首先打开计算机监测***3，使4个压力传感器6的数据能传回计算机监测***3，接着打开加压泵1，本实验中采用排量为50L的加压机使气体通过伸缩式气体通道15，从出气口2流出进入储气室14。当储气室14内的气体不断增加且储气室14内的压力大于活塞12下部的压力时，活塞12往下运动，伸缩式气体通道15伸长；随着活塞12不断往下运动，岩石层B11和岩石层A9受到的压力不断增大，从计算机监测***3内可清楚的看到岩石层B11和岩石层A9的压力变化情况。随着活塞12不断往下运动，压力不断增大，当压力达到岩石层B11表面出现裂缝的压力时，通过计算机监测***3可直接读出裂缝刚刚产生时岩石层B11内部的压力值为6MPa；在压力继续增加的作用下，岩石层B11内部的裂缝向上延伸，当达到岩石层B11厚度的三分之二时，通过计算机监测***3可直接读出此时的压力值为8.5MPa，此时可关闭加压泵1并停止实验，记录实验数据，即整个实验模拟过程结束。整个实验过程中通过高速摄像机16记录下了整个裂缝的产生及延伸过程，这将为现场实际工程提供有力的参考依据。

Claims (4)

1.一种模拟压力对天然气水合物地层裂缝影响的实验装置，主要由加压泵(1)、出气口(2)、计算机监测***(3)、气层(4)、水层(5)、压力传感器(6)、泥岩颗粒(7)、尼龙颗粒(8)、岩石层A(9)、箱体(10)、岩石层B(11)、活塞(12)、活塞环(13)、储气室(14)、伸缩式气体通道(15)和高速摄像机(16)组成，其特征在于：箱体(10)内从上往下依次设有活塞环(13)、活塞(12)、气层(4)、水层(5)、压力传感器(6)、岩石层B(11)、泥岩颗粒(7)、尼龙颗粒(8)和岩石层A(9)；活塞环(13)上部设有4个出气口(2)采用对称式设计，用于气体流出并使活塞(12)往下运动。
2.根据权利要求1所述的一种模拟压力对天然气水合物地层裂缝影响的实验装置，其特征在于：箱体(10)是实际模拟海下天然气水合物层的状态，其长宽高尺寸为：5m×4m×3m。岩石层A(9)和岩石层B(11)为两种材质一样的岩石且基本组分与海底岩石一致；箱体内设置的模拟岩石层A(9)厚60cm，模拟岩石层B(11)厚50cm；实验过程中所使用的泥岩颗粒(7)和尼龙颗粒(8)直径都为4mm，且这两种颗粒采用上下错位设计。
3.根据权利要求1所述的一种模拟压力对天然气水合物地层裂缝影响的实验装置，其特征在于：箱体(10)由高强度耐压透明PC材料制成，承压10MPa；伸缩式气体通道(15)采用可伸缩式设计，可根据活塞(12)的向下运动而运动。
4.根据权利要求1所述的一种模拟压力对天然气水合物地层裂缝影响的实验装置，其特征在于：在箱体(10)内部的右侧设有4个压力传感器(6)，这4个压力传感器分别设于储气室(14)右上部、活塞(12)右部、岩石层A(9)中部和岩石层B(11)中部；在整个实验模拟过程中尼龙颗粒(8)模拟天然气水合物颗粒，泥岩颗粒(7)模拟海底地层泥岩；水层(5)模拟海水，岩石层A(9)和岩石层B(11)模拟海底岩石地层。
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