(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210526963.X (22)申请日 2022.05.16 (71)申请人 中国海洋大学 地址 266000 山东省青岛市崂山区松岭路 238号 申请人 青岛海洋地质研究所 (72)发明人 李承峰　孙建业　郝锡荦　叶旺全　 陈亮　陈强　刘乐乐　张永超　 刘昌岭　郑荣儿　 (74)专利代理 机构 青岛汇智海纳 知识产权代理 有限公司 373 35 专利代理师 雷斐　万桂斌 (51)Int.Cl. G01N 3/12(2006.01) G01N 3/02(2006.01)G01B 15/06(2006.01) (54)发明名称 水合物开采渗流过程沉积物骨架微观变形 测量装置及方法 (57)摘要 本发明涉及水合物储层微观测试领域， 特别 是一种水合物开采渗流过程沉积物骨架微观变 形测量装置及方法。 反应釜分别与控温模块、 渗 流模块、 围压控制模块、 轴向加载模块连接； 所述 反应釜包括釜体， 釜体的顶端密封连接有反应釜 上端密封盖， 釜体的底端密封连接有反应釜下端 密封盖， 釜体由内至外包括水合物样品腔、 围压 腔筒体和低温循环液外筒， 水合物样品腔和其外 部的围压腔筒体 之间环绕形成高压围压腔， 围压 腔筒体和其外部的低温循环液外筒之间环绕形 成低温循环腔。 实现了水合物 开采渗流过程沉积 物骨架微观结构变化的精细 表征， 为实现水合物 分解相变过程沉积物骨架结构 的原位、 动态、 精 准测试提供新思路。 权利要求书3页 说明书9页 附图4页 CN 114965076 A 2022.08.30 CN 114965076 A 1.一种水合物开采渗流过程沉积物骨架微观变形测量装置， 包括反应釜、 控温模块、 渗 流模块、 围压控制 模块、 轴向加载模块， 反应釜分别与控温模块、 渗流模块、 围压控制 模块、 轴向加载模块连接， 其特 征在于， 所述反应釜包括釜体， 釜体的顶端密封连接有反应釜上端密封盖(3)， 釜体的底端密封 连接有反应釜下端密封盖(17)， 釜体由内至外包括水合物样品腔(10)、 围压腔筒体(9)和低 温循环液外筒(7)， 水合物样品腔(10)和其外部的围压腔筒体(9)之间环绕形成高压围压 腔， 围压腔筒体(9)和其外 部的低温循环液外筒(7)之间环绕形成低温循环腔； 所述水合物样品腔(10)的上部设有样品上压头(22)， 样品上压头(22)的顶部与反应釜 上端密封盖(3)之间密封连接， 水合物样品腔(10)的下部 设有样品下压头(19)， 样品下压头 (19)的底部与反应釜下端密封 盖(17)之间通过轴向限位器(1 1)连接； 所述样品下压头(19)的底端和反应釜下端密封盖(17)的顶端均位于轴向限位器(11) 的内孔中， 轴向限位器(11)的下部与反应釜下端密封盖(17)上部之间固定连接， 轴向限位 器(11)的顶部设有内法兰， 对应的样 品下压头(19)的外表面设有外法兰， 外法兰的尺寸大 于内法兰的孔径且小于轴向限位器(1 1)的内孔径； 所述围压腔筒体(9)和低温循环液外筒(7)的顶端和底端之间分别设有轴向受力悬臂 (5)， 所述轴向受力悬臂(5)呈环形， 其内表面与 围压腔筒体(9)的外表面之间密封固定连 接， 外表面包括带有碳纤维缠绕钩(5 ‑2)的环形圆周面和与外部的低温循环液外筒密封连 接的环形圆周面， 碳纤维缠绕钩(5 ‑2)沿同一水平水平方向的环形圆周面均匀间隔设置， 该 环形圆周面上还设有低 温循环液孔(5 ‑3)， 单向碳纤维沿反应釜的轴向依次交错缠绕在上 方轴向受力悬臂的碳纤维缠绕钩(5 ‑2)和下方的轴向受力悬臂的碳纤维缠绕钩(5 ‑2)上， 病 在低温循环液外筒(7)的外侧形成碳纤维受力壁(6)， 围压腔筒体(9)的外侧设有围压碳纤 维外壁(8)。 2.根据权利要求1所述的水合物开采渗流过程沉积物骨架微观变形测量装置， 其特征 在于， 还包括X ‑CT转台连接器(14)， X ‑CT转台连接器(14)包括CT转台夹持端(14 ‑1)和反应 釜连接臂(14 ‑2)， CT转台夹持端(14 ‑1)的底部夹持于X ‑CT扫描装置旋转样品台上， CT转台 夹持端(14 ‑1)的顶端与反应釜连接臂(14 ‑2)固定连接， 且反应釜连接臂(14 ‑2)沿CT转台夹 持端(14‑1)的顶端间隔设置， 反应釜连接臂(14 ‑2)位于反应釜下部外侧， 并通过固定螺口 (14‑3)内的螺 丝与反应釜固定连接 。 3.根据权利要求1所述的水合物开采渗流过程沉积物骨架微观变形测量装置， 其特征 在于， 所述样 品下压头(19)和反应釜下端密封盖(17)的中心孔相互贯通， 且中心孔内设有 轴向密封杆(12)， 轴向密封杆(12)的底部设有孔压进接口(15)， 通过孔压进接口(15)实现 轴向密封杆(12)与渗流模块的连接， 孔压进接口(15)处设于压力传感器 Ⅲ(39)， 对应的在 反应釜上端密封 盖(3)的顶端设有孔压出接口(2)； 所述反应釜下端密封盖(17)内设有轴向压力 进入通道(13)， 轴向压力 进入通道(13)的 顶端位于样品下压 头(19)的下 方， 轴向压力进入通道(13)的另一端与轴向加载模块连接 。 4.根据权利要求1所述的水合物开采渗流过程沉积物骨架微观变形测量装置， 其特征 在于， 所述轴向受力悬臂与低温循环液外筒 连接的环形圆周面上设有 数个密封槽(5 ‑4)， 实 现轴向受力悬臂(5)和低温循环液外筒(7)之间的密封固定连接； 当轴向受力悬臂(5)位于围压腔筒体(9)和低温循环液外筒(7)的顶端之间时， 碳纤维权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114965076 A 2缠绕钩(5 ‑2)位于密封槽(5 ‑4)的上方， 此时带有碳纤维缠绕钩(5 ‑2)的环形圆周面上的低 温循环液孔 为低温循环液 出液孔； 当轴向受力悬臂(5)位于围压腔筒体(9)和低温循环液外筒(7)的底端之间时， 碳纤维 缠绕钩(5 ‑2)位于密封槽(5 ‑4)的下方， 此时带有碳纤维缠绕钩(5 ‑2)的环形圆周面上的低 温循环液孔 为低温循环液进液孔。 5.根据权利要求1所述的水合物开采渗流过程沉积物骨架微观变形测量装置， 其特征 在于， 所述渗流模块包括注气系统和注液系统， 其中注气系统包括依次连接的气瓶(42)、 气 体入口处的高压减压阀 Ⅱ(11)、 气体质量流量计(40)、 单向阀(36)， 气瓶(42)和高压减压阀 Ⅱ(11)的连接管路上设有气路阀门 Ⅱ(45)， 单向阀(36)与孔压进接口的连接管路上设有气 路阀门Ⅰ(3)； 所述注液系统包括平流泵 Ⅱ(38)和液相孔压注入阀门(34)， 平流泵 Ⅱ(38)通过液相孔 压注入阀门(34)与孔压进接口(15)连接， 平流泵 Ⅱ(38)和液相孔压注入阀门(34)的连接管 路上设有安全阀 Ⅱ(37)。 6.根据权利要求1所述的水合物开采渗流过程沉积物骨架微观变形测量装置， 其特征 在于， 所述 围压控制模块和轴向加载模块共同连接于平流泵 Ⅰ(29)， 平流泵 Ⅰ(29)的出口处 设有安全阀 Ⅰ(30)； 所述围压控制模块包括围压注入阀门(33)和压力传感器 Ⅱ(31)， 对应的反应釜下端密 封盖(17)上设有围压进接口(16)， 反应釜上端密封盖(3)上设有围压出接口(23)， 平流泵 Ⅰ (29)通过围压注入阀门(33)与围压进接口(16)连接， 围压进接口(16)处设有压力传感器 Ⅱ (31)， 围压进接口(16)和围压出接口(23)均与高压围压腔连通， 反应釜上端密封盖(3)上设 有围压泄压阀门(25)； 所述轴向加载模块包括轴压注入阀门(32)和高压减压阀 Ⅰ(28)， 平流泵 Ⅰ(29)通过加载 管路与反应釜下端密封盖(17)内的轴向压力进入通道(13)连通， 轴向压力进入通道(13)的 进气口处设有压力传感器 Ⅰ(27)， 加载 管路上设有轴压注入阀门(3 0)和高压减压阀 Ⅰ(28)。 7.根据权利要求1所述的水合物开采渗流过程沉积物骨架微观变形测量装置， 其特征 在于， 所述控温模块包括温度传感器(1)和低温循环器(44)， 反应釜上端密封盖(3)和样品 上压头(22)的中心孔之间相互贯通， 温度传感器(1)依次穿过反应釜上端密封盖(3)和样品 上压头(22)的中心 孔， 并插入沉积物样品中， 低温循环液外筒(7)的底部 设有低温循环液入 口(18)， 低温循环液外筒(7)的顶部设有低温循环液出口(4)， 低温循环器(44)的出水口与 低温循环液入口(18)连通， 低温循环器(44)的入 水口与低温循环液出口(4)连通， 低温循环 液入口(18)和低温循环液 出口(4)均 与轴向受力悬臂(5)内的低温循环液孔连通。 8.一种基于权利要求1 ‑7任一权利要求所述水合物开采渗流过程沉积物骨架微观变形 测量装置进行测量的方法， 其特 征在于， 包括以下步骤。 S1.安装装置， 并将沉积物样品盛装 入该装置中； S2.连接管线； S3.制备水合物样品； S4.模拟开采渗 流过程； 水合物生成后， 设置平流泵 Ⅱ参数并运行， 压力到达与孔隙压力相同后， 打开液相孔压 注入阀门对样品进行液体的注入， 并通过压力 传感器Ⅲ与压力传感器Ⅳ测得沉积物样品的权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114965076 A 3