專利名稱：研究天然氣水合物地層對鉆井液侵入響應(yīng)特性的實驗裝置及實驗方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種研究天然氣水合物地層對鉆井液侵入響應(yīng)特性的實驗裝置及實驗方法。
背景技術(shù)：
天然氣水合物具有能量密度高、分布廣、儲量大等特點，是一種很有潛力的新型替代能源。但是至今在水合物勘探與開發(fā)應(yīng)用的天空上還存在儲層定量描述不夠，開采技術(shù)不過關(guān)和開發(fā)應(yīng)用風(fēng)險不小“三朵烏云”的問題。由于含天然氣水合物地層是具有滲透性的多孔介質(zhì)體，鉆進(jìn)過程中鉆井液不可避免地會與它發(fā)生能量和物質(zhì)交換，從而影響井壁穩(wěn)定、測井響應(yīng)和儲層評價。在過壓鉆井和鉆井液溫度高于此處水合物相平衡溫度的情況下， 水基鉆井液驅(qū)替侵入含天然氣水合物地層和溫差下熱傳導(dǎo)導(dǎo)致的天然氣水合物分解是耦合在一起的，其過程是一個包含相變的非等溫非穩(wěn)態(tài)滲流擴散過程。僅采用常見的數(shù)值模擬方法存在模型的假設(shè)和簡化等缺點，無法真實準(zhǔn)確的反應(yīng)實際情況，加上野外水合物地層實際鉆井活動少，且操作困難、成本高、風(fēng)險大，以及實際鉆井過程孔內(nèi)情況往往不可見， 采用實際的測井方式來推斷井周儲層情況還存在許多不確定性。因此人們也進(jìn)行了一些室內(nèi)的模擬實驗研究，設(shè)計了一些實驗裝置，建立了一些實驗的方法，比如國內(nèi)《現(xiàn)代地質(zhì)》 2008年3期“甲烷水合物分解過程模擬實驗研究”中曾公開了采用實驗?zāi)M的方法進(jìn)行甲烷水合物分解率研究，實驗中采用了等容升溫分解和不同粒徑多孔介質(zhì)體系常壓分解等方法研究水合物的分解特征；國家知識產(chǎn)權(quán)局在2011年6月公開了“一種天然氣水合物三維生成開采物性檢測實驗裝置”，申請?zhí)枮?01010603251. 0，該裝置可以精確測量開采時物性變化，能用于綜合研究各種水合物生成和開采時水合物藏內(nèi)部的基礎(chǔ)物性變化。但上述實驗裝置和方法的不足之處在于僅能用于水合物開采過程中的模擬實驗研究，而忽視了水合物勘探與開采過程中的鉆井活動及其鉆井液侵入對水合物地層的影響。因此，研究水合物地層對鉆井液侵入的動態(tài)響應(yīng)特性對實現(xiàn)水合物安全高效的勘探開發(fā)具有重要意義。針對上述狀況，在水合物地層鉆井前期先進(jìn)行室內(nèi)模擬實驗研究是一種合理的選擇，有必要通過在室內(nèi)建立一種能綜合模擬的實驗裝置和實驗方法，系統(tǒng)研究水合物地層對鉆井液侵入的動態(tài)響應(yīng)特性，為今后水合物的安全高效勘探開發(fā)提供理論基礎(chǔ)和實驗指導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的一是提供一種能綜合研究天然氣水合物地層對鉆井液侵入響應(yīng)特性的實驗裝置，二是在提供的研究天然氣水合物地層對鉆井液侵入響應(yīng)特性的實驗裝置基礎(chǔ)上提供一套完整的實驗方法。本發(fā)明為了達(dá)到上述目的，所采取的技術(shù)方案是提供一種研究水合物地層對鉆井液侵入響應(yīng)特性的實驗裝置，包括鉆井液循環(huán)機構(gòu)、高低溫恒溫實驗箱、氣測滲透率機構(gòu)、水/氣注入機構(gòu)和工控機，還設(shè)有巖芯轉(zhuǎn)移機構(gòu)、環(huán)壓跟蹤機構(gòu)、回壓機構(gòu)、檢測機構(gòu)、 出口計量機構(gòu)、取樣機構(gòu)；
所述的鉆井液循環(huán)機構(gòu)由鉆井液貯罐、溫控儀、鉆井液循環(huán)泵和物理模型機構(gòu)的井口環(huán)空腔構(gòu)成，溫控儀控制鉆井液溫度，鉆井液在鉆井液循環(huán)泵作用下在物理模型機構(gòu)的井口環(huán)空腔中循環(huán)流動滲入到巖芯夾持器內(nèi)的水合物沉積物中；
所述的高低溫恒溫實驗箱為一個工控機控制的可編程恒溫實驗箱，實驗箱內(nèi)設(shè)有物理模型機構(gòu)，在物理模型機構(gòu)左端設(shè)有鉆井液井口環(huán)空腔，上部設(shè)有一個取樣點，紅外相機安裝在實驗箱內(nèi)的滑輪軌道上，與物理模型機構(gòu)軸線對準(zhǔn)，且可左右移動；在物理模型機構(gòu)內(nèi)設(shè)有巖芯夾持器，巖芯夾持器左右兩側(cè)設(shè)左端蓋和右端蓋，測試巖芯放在巖芯夾持器內(nèi)， 在巖芯夾持器的軸向上設(shè)有電阻率、壓力、溫度的測點；物理模型機構(gòu)通過其上部、下部和端部的高壓管線與控制壓力的閥、壓力表與氣測滲透率機構(gòu)、水/氣注入機構(gòu)、取樣機構(gòu)相連；物理模型機構(gòu)上的十站位測點處的傳感器分別通過信號線和高壓管路與測量機構(gòu)相連；轉(zhuǎn)移巖芯夾持器中形成的水合物沉積物巖芯時，將巖芯夾持器右端與巖芯轉(zhuǎn)移機構(gòu)相連實現(xiàn)轉(zhuǎn)移；
所述的氣測滲透率機構(gòu)含有三套不同滲透壓力的氮氣管路，分別測試高、中、低三種滲透率水合物沉積物的滲透性；所述的水/氣注入機構(gòu)包括液體水注入機構(gòu)和天然氣注入機構(gòu)，液體水注入機構(gòu)由平流泵和活塞容器組成；天然氣注入機構(gòu)包括天然氣瓶、減壓閥、氣體增壓泵和氣體流量計，通過氣體流量計控制進(jìn)入物理模型機構(gòu)的天然氣量，實現(xiàn)巖芯夾持器中不同飽和度水合物沉積物的合成；
所述的環(huán)壓跟蹤機構(gòu)由環(huán)壓跟蹤泵和壓力傳感器組成，跟蹤物理模型機構(gòu)中環(huán)壓腔與巖芯夾持器內(nèi)腔中的壓力差；
所述的回壓機構(gòu)由回壓閥、回壓緩沖容器和回壓泵組成；所述檢測機構(gòu)含有壓力測量機構(gòu)、電阻率測量機構(gòu)、流量檢測、溫度控制與檢測機構(gòu)；
所述的出口計量機構(gòu)由氣液分離器、氣體質(zhì)量流量計和電子天平組成；所述的取樣機構(gòu)采用手動泵和活塞式取樣器，在活塞式取樣器的活塞的左端預(yù)增入一與物理模型機構(gòu)內(nèi)同等的壓力，再通過退泵實現(xiàn)等壓取樣；
所述的工控機在Windows 2000或XP環(huán)境下運行，采用VB編程，適時對各種壓力、溫度、電阻率、氣體體積、液體體積數(shù)值的采集和處理，控制各機構(gòu)的運行。本發(fā)明的實驗裝置，所述的巖芯夾持器在其軸向上均勻布置10站位測點，分別安裝有10個壓力傳感器C，10個溫度傳感器和10個電阻率傳感器。本發(fā)明的實驗裝置，所述的巖芯夾持器規(guī)格為Φ 50mm，長度1200mm，測試巖芯 Φ 50mm,長度500 1200mm，測試巖芯長度不足1200mm部分通過假巖芯補長，測試巖芯可采用天然巖芯、人造巖芯或填砂模型。所述的假巖芯補長是指當(dāng)測試巖芯長度不能填滿整個巖芯夾持器時，利用假巖芯將巖芯夾持器內(nèi)測試巖芯補長至1200mm以填滿整個巖芯夾持器。所述的假巖芯如不銹鋼材料制的成空心圓筒體假巖芯。本發(fā)明的實驗裝置，所述的巖芯保真轉(zhuǎn)移機構(gòu)由外腔體、內(nèi)腔體、活塞、手動泵、環(huán)狀腔、溫度控制儀、壓力控制儀、封隔板和接頭組成，外腔體內(nèi)含有內(nèi)腔體，內(nèi)腔體一端安裝有活塞，另一端安裝有封隔板，接頭裝在封隔板外側(cè)，壓力控制儀與內(nèi)腔體連接，溫度控制儀與環(huán)狀腔連接。
為了達(dá)到本發(fā)明的第二個目的，提供一種將所述的實驗裝置用于研究天然氣水合物地層對鉆井液侵入響應(yīng)特性的實驗方法，包含有水合物沉積物氣體滲透性測試實驗方法，鉆井液對水合物沉積物的侵入及侵入過程中水合物沉積物動態(tài)響應(yīng)特性監(jiān)測的實驗方法；水合物沉積物巖芯保真轉(zhuǎn)移方法；所述的水合物地層氣體滲透性測試實驗方法，分為低、中、高三種不同滲透性水合物沉積物滲透性測試實驗方法，具體步驟如下
(1)所述的低滲透性水合物沉積物滲透性測試實驗方法的步驟
a.注水液體水儲存容器中的液體水通過平流泵經(jīng)活塞容器A注入巖芯夾持器中的測試巖芯內(nèi)；
b.注氣液體水注入結(jié)束后，開啟天然氣瓶，CH4氣體經(jīng)過減壓閥，當(dāng)天然氣壓力低于實驗所需壓力時，開啟氣體增壓泵增壓，氣體壓力由壓力表D顯示，流經(jīng)閥⑤；
c.選擇低滲透注氣管路，CH4氣體經(jīng)過閥⑥、閥⑦、低流量計構(gòu)成的低滲透管路，進(jìn)入巖芯夾持器中測試巖芯，待測試巖芯中壓力達(dá)到設(shè)定壓力8 12MPa并保持2 3小時后停止注氣；
d保溫調(diào)節(jié)高低溫恒溫實驗箱的溫度，使物理模型機構(gòu)中測試巖芯在4°C恒溫條件下靜置12 20小時，在巖芯夾持器中形成低滲透性的水合物沉積物；
e.氣測滲透率進(jìn)行低滲實驗，此時閥①、閥⑦、閥⑥打開，其它閥門關(guān)閉，開啟氮氣瓶 A,瓶中氮氣經(jīng)高壓調(diào)壓閥B調(diào)壓至4MPa后進(jìn)入物理模型機構(gòu)，氣體滲入壓力由壓力表E顯示，通過低流量計測試低滲透性水合物沉積物的滲透率；
(2)所述的中滲透性水合物沉積物滲透性測試實驗方法的步驟
步驟a、b與低滲透性水合物沉積物實驗方法相同；
c.選擇中滲透注氣管路，天然氣經(jīng)過閥⑧、中流量計和閥⑨構(gòu)成的中滲透管路，向巖芯夾持器中測試巖芯注入CH4氣體，待測試巖芯中壓力達(dá)到設(shè)定壓力8 12MPa并保持2 3 小時后停止注氣；
d.保溫調(diào)節(jié)高低溫恒溫實驗箱的溫度，使物理模型機構(gòu)中測試巖芯在4°C恒溫條件下靜置12 20小時，在巖芯夾持器中形成中滲透性的水合物沉積物；
e.氣測滲透率進(jìn)行中滲實驗，此時閥②、閥③、閥⑧、閥⑨打開，其它閥門關(guān)閉，氮氣瓶B中氣體先經(jīng)高壓調(diào)壓閥A調(diào)壓至4MPa，氣體壓力由壓力表A顯示，再經(jīng)中壓調(diào)壓閥調(diào)壓至0. 6MPa，氣體壓力由壓力表B顯示，然后進(jìn)入物理模型機構(gòu)，通過中流量計測試中滲透性水合物沉積物的滲透率；
(3)所述的高滲透性水合物沉積物滲透性測試實驗方法的步驟
步驟a、b與低滲透性水合物沉積物實驗方法相同；
c.選擇高滲透注氣管路，天然氣經(jīng)過閥⑩、閥 π高流量計所構(gòu)成的高滲透管路，向巖芯夾持器中測試巖芯注入CH4氣體，待測試巖芯中
壓力達(dá)到設(shè)定壓力8 12MPa并保持2 3小時后停止注氣；
d.保溫調(diào)節(jié)高低溫恒溫實驗箱的溫度，使物理模型機構(gòu)中測試巖芯在4°C恒溫條件下靜置12 20小時，在巖芯夾持器中形成高滲透性的水合物沉積物；
e.氣測滲率進(jìn)行高滲實驗，此時閥②、閥④、閥⑩、閥 打開，其它閥門關(guān)閉，氮氣瓶B中氣體經(jīng)高壓調(diào)壓閥A調(diào)壓至4MPa，氣體壓力由壓力表A顯示，經(jīng)中壓調(diào)壓閥調(diào)壓至 0. 6MPa,氣體壓力由壓力表B顯示，再經(jīng)低壓調(diào)壓閥調(diào)壓至0. 2MPa,氣體滲入壓力由壓力表C顯示，進(jìn)入物理模型機構(gòu)，通過高流量計測試高滲透性水合物沉積物的滲透率。本發(fā)明所述的一種鉆井液對水合物沉積物的侵入及侵入過程中水合物沉積物動態(tài)響應(yīng)特性監(jiān)測的實驗方法步驟如下
(1)所述的水合物沉積物包括利用測試巖芯作為骨架材料合成的水合物沉積物，放置在物理模型機構(gòu)內(nèi)的巖心夾持器中；
(2)鉆井液對水合物沉積物的侵入鉆井液儲罐中的鉆井液經(jīng)溫控儀調(diào)節(jié)達(dá)到實驗需求溫度0 50°C后，通過鉆井液循環(huán)泵進(jìn)入物理模型機構(gòu)的井口環(huán)空腔，并在其中循環(huán)流動，鉆井液逐漸侵入巖芯夾持器內(nèi)水合物沉積物中；
(3)監(jiān)測侵入過程中的動態(tài)響應(yīng)分別通過沿巖芯夾持器軸向均布并固定于物理模型結(jié)構(gòu)上部的10個溫度傳感器和10個壓力傳感器C來測試侵入過程中水合物沉積物的溫度和壓力變化；通過沿巖芯夾持器軸向均布并固定于物理模型機構(gòu)下部的10個電阻率傳感器測試侵入過程中水合物沉積物電阻率的變化；
(4)紅外觀測通過安裝在滑輪軌道上的紅外相機掃描觀察物理模型機構(gòu)中巖芯夾持器內(nèi)水合物沉積物的溫度分布和變化，分析鉆井液動態(tài)侵入過程和水合物分解區(qū)域；
(5)取樣進(jìn)行分析研究取樣操作時用手搖泵B給活塞容器B左端預(yù)增入一與巖芯夾持器內(nèi)相同的壓力，將活塞容器B的接頭接至物理模型機構(gòu)的取樣接口，接好后，將手搖泵 B退泵處理，將巖芯夾持器中的樣品吸入活塞容器B中；
(6)應(yīng)用裝置上的工控機編制的軟件進(jìn)行各種數(shù)據(jù)的采集，形成數(shù)據(jù)庫，分析并顯示天然氣水合物沉積物對鉆井液侵入的響應(yīng)特性。本發(fā)明所述的用于研究天然氣水合物地層對鉆井液侵入響應(yīng)特性的實驗方法，所述的水合物沉積物巖芯保真轉(zhuǎn)移方法步驟如下
(1)卸下巖芯夾持器的右端蓋，將巖芯轉(zhuǎn)移機構(gòu)的接頭與物理模型機構(gòu)右端連接；
(2)通過溫度控制儀調(diào)節(jié)巖芯轉(zhuǎn)移機構(gòu)外腔體和內(nèi)腔體間環(huán)狀腔中的溫度以降低內(nèi)腔體內(nèi)部的溫度，通過壓力控制儀調(diào)節(jié)內(nèi)腔體內(nèi)部的壓力；
(3)當(dāng)內(nèi)腔體內(nèi)部溫度、壓力和巖芯夾持器內(nèi)部溫度、壓力相同時，打開封隔板，通過手動泵調(diào)節(jié)活塞使水合物沉積物巖芯在保溫保壓的條件下進(jìn)入巖芯轉(zhuǎn)移機構(gòu)；
(4)關(guān)閉巖芯轉(zhuǎn)移機構(gòu)中的封隔板，卸下巖芯轉(zhuǎn)移機構(gòu)與物理模型機構(gòu)的鏈接，實現(xiàn)水合物沉積物的保真轉(zhuǎn)移。本發(fā)明具有以下的有益效果
(1)鑒于目前國內(nèi)尚無一套綜合研究水合物地層對鉆井液侵入響應(yīng)特性的實驗裝置和實驗方法，本發(fā)明可很好地彌補這方面的不足，利用開發(fā)的實驗裝置和方法進(jìn)行水合物地層對鉆井液侵入響應(yīng)特性的實驗研究，為今后水合物的安全高效勘探開發(fā)提供理論基礎(chǔ)。(2)本發(fā)明可對含水合物地層的滲透性能進(jìn)行測試，掌握水合物地層滲透率和飽和度關(guān)系及水和物分解對地層滲透率的影響。(3)本發(fā)明在鉆井液侵入過程中將紅外觀察技術(shù)與物性參數(shù)監(jiān)測相結(jié)合，綜合評價水合物沉積物對鉆井液侵入的動態(tài)響應(yīng)特性。(4)本發(fā)明可利用巖芯轉(zhuǎn)移機構(gòu)實現(xiàn)將巖芯夾持器中合成的水合物沉積物轉(zhuǎn)移后處理，進(jìn)行水合物沉積物鉆井液侵入與力學(xué)性質(zhì)的關(guān)聯(lián)研究。(5)本發(fā)明可用于相關(guān)科研院所的水合物科學(xué)實驗和研究，為野外天然氣水合物勘探和開發(fā)提供安全鉆井研究的實驗裝置和技術(shù)服務(wù)。


圖1為本發(fā)明研究天然氣水合物地層對鉆井液侵入響應(yīng)特性的實驗裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明巖芯保真轉(zhuǎn)移機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。上述圖中1-溫控儀、2-鉆井液儲罐、3-閥⑦、4-高壓調(diào)壓閥B、5_閥①、6-氮氣瓶A、7-低流量計、8-壓力表E、9-壓力表A、10-高壓調(diào)壓閥A、ll-閥②、12-氮氣瓶B、 13-中壓調(diào)壓閥、14-壓力表B、15-閥③、16-閥④、17-低壓調(diào)壓閥、18-壓力表C、19-閥 ⑥、20-閥⑧、21-氣體增壓泵、22-壓力表D、23-閥⑤、24-天然氣瓶、25-減壓閥、26-閥 ⑩、27-中流量計、28-高流量計、29-閥⑨、30-閥 、31-液體水儲存容器、32-平流泵、 33-活塞容器A、34-左端蓋、35-巖芯夾持器、36-環(huán)壓腔、37-測試巖芯、38-電阻率傳感器、39-壓力傳感器A、40-高低溫恒溫實驗箱(簡稱實驗箱)、41_環(huán)壓跟蹤泵、42-物理模型機構(gòu)、43-電子天平、44-右端蓋、45-氣液分離器、46-氣體質(zhì)量流量計、47-壓力傳感器B、 48-手搖泵A、49-回壓閥、50-回壓緩沖容器、51-壓力表G、52_壓力表F、53_壓力傳感器 C、54-溫度傳感器、55-紅外相機、56-手搖泵B、57-活塞容器B、58-取樣口、59-井口環(huán)空腔、60-滑輪軌道、61-鉆井液循環(huán)泵、62-外腔體、63-溫度控制儀、64-內(nèi)腔體、65-活塞、 66-手動泵、67-環(huán)狀腔、68-壓力控制儀、69-封隔板、70-接頭。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。實施例1 本發(fā)明的一種研究天然氣水合物地層對鉆井液侵入響應(yīng)特性的實驗裝置，其結(jié)構(gòu)如圖1。包括鉆井液循環(huán)機構(gòu)、實驗箱、巖芯轉(zhuǎn)移機構(gòu)、氣測滲透率機構(gòu)、水/氣注入機構(gòu)、環(huán)壓跟蹤機構(gòu)、回壓機構(gòu)、檢測機構(gòu)、出口計量機構(gòu)、取樣機構(gòu)和工控機。所述的鉆井液循環(huán)機構(gòu)，包括溫控儀1、鉆井液儲罐2和鉆井液循環(huán)泵61和物理模型機構(gòu)42的井口環(huán)空腔59，其中鉆井液貯罐2容積IOOOmL,溫度在室溫到_50°C之間可控可調(diào)，鉆井液循環(huán)泵61的注入最大壓力25MPa，流量范圍控制在0. 5 lOml/min。所述的高低溫恒溫實驗箱40內(nèi)設(shè)有物理模型機構(gòu)42、滑輪軌道60和紅外相機 55 物理模型機構(gòu)內(nèi)設(shè)有巖芯夾持器35、環(huán)壓腔36、左端蓋34、右端蓋44、井口環(huán)空腔59， 取樣口 58設(shè)在物理模型機構(gòu)上部；測試巖芯37放在巖芯夾持器35內(nèi)，巖芯夾持器35長度為1200mm，可在25MPa下安全工作且耐腐蝕，此外還可方便地取出巖芯。測試巖芯37采用人造巖芯，規(guī)格Φ 50mm,長度1200mm ；紅外相機55安裝在高低溫恒溫實驗箱40內(nèi)部滑輪軌道60上，其與物理模型機構(gòu)軸線對準(zhǔn)，并可在滑輪軌道上左右移動，通過運行安裝于工控機內(nèi)部的紅外相機關(guān)聯(lián)程序獲取紅外相機存儲卡內(nèi)數(shù)據(jù)信息，并進(jìn)行分析處理得到溫度分布圖像，評價鉆井液對水合物地層的動態(tài)侵入過程和水合物分解區(qū)域，將直觀觀察與數(shù)據(jù)測試相結(jié)合分析含水合物地層對鉆井液侵入的動態(tài)響應(yīng)特性。所述的氣測滲透率機構(gòu)，包括氮氣瓶A6、氮氣瓶B12、高壓調(diào)壓閥B4和高壓調(diào)壓閥 A 10、中壓調(diào)壓閥13、低壓調(diào)壓閥17、低流量計7、中流量計27和高流量計28，以及閥①5、 閥②11、閥③15、閥④16、閥⑤23、閥⑥19、閥⑦3、閥⑧20、閥⑨29、閥⑩26、_ π 30所組成的三種不同滲透壓力的管路，分別測試高、中、低三種滲透率的測試巖芯的水合物沉積物滲透性。其中高壓調(diào)壓閥B4和高壓調(diào)壓閥AlO的調(diào)壓范圍10 4MPa，中壓調(diào)壓閥13的調(diào)壓范圍4 0. 6MPa，低壓調(diào)壓閥17的調(diào)壓范圍0. 6 0. 2MPa，低流量計7的流量范圍 30ml/min,中流量計27的流量范圍300ml/min，高流量計28的流量范圍3000ml/min。所述的液體水注入機構(gòu)和天然氣注入機構(gòu)，其中液體水注入機構(gòu)由液體水儲存容器31、平流泵32、活塞容器A33組成，平流泵32的工作壓力40MPa，流量0 20ml/min，活塞容器A33體積1000ml，工作壓力32MPa。天然氣注入機構(gòu)包括天然氣瓶對、減壓閥25、氣體增壓泵21和壓力表D22、閥⑤23、閥⑦3、閥⑥19、閥⑧20、閥⑨29、閥⑩26、閥Hl 30、低流量計7、中流量計27和高流量計28構(gòu)成。當(dāng)天然氣瓶M壓力高于實驗所需壓力時，天然氣由減壓閥25減壓后注入物理模型機構(gòu)42，當(dāng)天然氣壓力低于實驗所需壓力時，天然氣由氣體增壓泵20增壓后注入物理模型機構(gòu)，注入氣體壓力由壓力表D22顯示。注入物理模型機構(gòu)中的天然氣量在不同滲透性測試巖芯實驗時，分別根據(jù)低流量計7、中流量計27和高流量計觀來確定注入天然氣量。所述的環(huán)壓跟蹤機構(gòu)由環(huán)壓跟蹤泵41、壓力傳感器A39組成，環(huán)壓跟蹤泵41缸體容積100ml，流量在0. 01 30ml/min間可調(diào)，最大環(huán)壓32MPa，實驗中可保持環(huán)壓高于巖芯夾持器35內(nèi)部壓力，保證實驗過程中測試巖芯37始終處于被抱緊狀態(tài)。所述的回壓機構(gòu)由回壓閥49、回壓緩沖容器50、手搖泵A48和壓力表G51組成，回壓閥49回壓調(diào)節(jié)范圍0 25MPa，控制波動幅度在士0. IMPa范圍內(nèi)；回壓緩沖容器50工作壓力16MPa，容積500ml ；手搖泵A48最大工作壓力32MPa。所述的溫度測量機構(gòu)和壓力測量機構(gòu)，由沿巖芯夾持器35軸向均布并固定于物理模型機構(gòu)42上部的10個溫度傳感器54、10個壓力傳感器C53組成，溫度傳感器精度 0. rc ；壓力傳感器C精度0. 25%F. S。所述的電阻率測量機構(gòu)，由沿巖芯夾持器35軸向均布并固定于物理模型機構(gòu)42 下部的10個電阻率傳感器38組成，電阻率的測量范圍為0 15000 Ω ·πι，精度1%。所述的出口計量機構(gòu)由壓力傳感器Β47、壓力表F52、氣液分離器45、氣體質(zhì)量流量計46和電子天平43組成，氣液分離器45用于回壓閥49出口流出的氣、液分離；壓力傳感器Β47和壓力表F52用于監(jiān)測出口處的壓力；電子天平43用于出口液體體積計量，量程 4200g,精度0. Olg ；氣體質(zhì)量流量計46用于出口氣體體積計量，流量控制范圍0 IOOOml/ min,工作壓力lOMPa，可控制瞬時流量，顯示累積流量。進(jìn)行取樣操作時用手搖泵B56將活塞容器B57中的活塞推至盡頭，將活塞容器B57 的接頭接至物理模型機構(gòu)的取樣接口 58，接好后將手搖泵B56退泵處理，將巖芯夾持器中的樣品吸入活塞容器B57中。參見圖2，所述的巖芯保真轉(zhuǎn)移機構(gòu)由外腔體62、溫度控制儀63、內(nèi)腔體64、活塞 65、手動泵66、環(huán)狀腔67、壓力控制儀68、封隔板69和接頭70組成。外腔體內(nèi)設(shè)有內(nèi)腔體與環(huán)狀腔，內(nèi)腔體一端安裝有活塞，另一端安裝有封隔板，接頭裝在封隔板外側(cè)，壓力控制儀與內(nèi)腔體連接，溫度控制儀與環(huán)狀腔連接。所述的工控機是一個數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，軟件在Windows 2000或XP環(huán)境下運行， 通過工控機與各個機構(gòu)連接，適時采集壓力、溫度、電阻率、氣體和液體流量等數(shù)值并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，可實時顯示各點參數(shù)，實現(xiàn)人機對話，操作人員設(shè)定好參數(shù)后可實現(xiàn)無人值守， 工控機自動采集所有參數(shù)并自動控制裝置的運行。工控機采集的數(shù)據(jù)經(jīng)處理可生成原始數(shù)據(jù)報表，分析報表和曲線圖，同時生成數(shù)據(jù)庫文件格式，以便后續(xù)數(shù)據(jù)處理和分析使用。
實施例2 本發(fā)明在應(yīng)用上述實施例1實驗裝置的基礎(chǔ)上提出了一套研究天然氣水合物地層對鉆井液侵入響應(yīng)特性的實驗方法，其中的水合物沉積物氣體滲透性測試實驗方法，分為低、中、高三種不同滲透性水合物沉積物滲透性測試實驗方法，具體操作步驟如下
(1)所述的低滲透性水合物沉積物滲透性測試實驗方法的步驟
a.注水液體水儲存容器31中的液體水通過平流泵32經(jīng)活塞容器A33注入巖芯夾持器35中的測試巖芯37內(nèi)；所述測試巖芯材料采用天然巖心，長度500mm，另外700mm長度采用空心的不銹鋼圓筒體作為假巖芯補長至1200mm，以填滿整個巖芯夾持器；
b.注氣液體水注入結(jié)束后，開啟天然氣瓶24，CH4氣體經(jīng)過減壓閥25，當(dāng)天然氣壓力低于實驗所需壓力時，開啟氣體增壓泵21增壓，氣體壓力由壓力表D22顯示，流經(jīng)閥⑤23 ；
c.選擇低滲透注氣管路，CH4氣體經(jīng)過閥⑥19、閥⑦3、低流量計7構(gòu)成的低滲透管路， 進(jìn)入巖芯夾持器35中測試巖芯37，待測試巖芯37中壓力達(dá)到設(shè)定壓力12MPa并保持2 3小時后停止注氣；
d保溫調(diào)節(jié)高低溫恒溫實驗箱40的溫度，使物理模型機構(gòu)42中測試巖芯37在4°C恒溫條件下靜置20小時，在巖芯夾持器35中形成低滲透性的水合物沉積物；
e.氣測滲透率進(jìn)行低滲實驗，此時閥①5、閥⑦3、閥⑥19打開，其它閥門關(guān)閉，開啟氮氣瓶A6，瓶中氮氣經(jīng)高壓調(diào)壓閥B4調(diào)壓至4MPa后進(jìn)入物理模型機構(gòu)42，氣體滲入壓力由壓力表E8顯示，通過低流量計7測試低滲透性水合物沉積物的滲透率；
(2)所述的中滲透性水合物沉積物滲透性測試實驗方法的步驟
步驟a、b與低滲透性水合物沉積物實驗方法相同；
c.選擇中滲透注氣管路，天然氣經(jīng)過閥⑧20、中流量計27和閥⑨四構(gòu)成的中滲透管路，向巖芯夾持器35中測試巖芯37注入CH4氣體，待測試巖芯37中壓力達(dá)到設(shè)定壓力 IOMPa并保持2 3小時后停止注氣；
d.保溫調(diào)節(jié)高低溫恒溫實驗箱40的溫度，使物理模型機構(gòu)42中測試巖芯37在4°C 恒溫條件下靜置18小時，在巖芯夾持器35中形成中滲透性的水合物沉積物；
e.氣測滲透率進(jìn)行中滲實驗，此時閥②11、閥③15、閥⑧20、閥⑨四打開，其它閥門關(guān)閉，氮氣瓶B12中氣體先經(jīng)高壓調(diào)壓閥AlO調(diào)壓至4MPa，氣體壓力由壓力表A9顯示，再經(jīng)中壓調(diào)壓閥13調(diào)壓至0. 6MPa,氣體壓力由壓力表B14顯示，然后進(jìn)入巖芯夾持器35內(nèi)測試巖芯37，通過中流量計27測試中滲透性水合物沉積物的滲透率；
(3)所述的高滲透性水合物沉積物滲透性測試實驗方法的步驟
步驟a、b與低滲透性水合物沉積物實驗方法相同；
c.選擇高滲透注氣管路，天然氣經(jīng)過閥⑩沈、閥 30、高流量計觀所構(gòu)成的高滲透管路，向巖芯夾持器35中測試巖芯37注入CH4氣體，待測試巖芯37中壓力達(dá)到設(shè)定壓力 8MPa并保持2 3小時后停止注氣；
d.保溫調(diào)節(jié)高低溫恒溫實驗箱40的溫度，使物理模型機構(gòu)42中測試巖芯37在4°C 恒溫條件下靜置16小時，在巖芯夾持器35中形成高滲透性的水合物沉積物；
e.氣測滲率進(jìn)行高滲實驗，此時閥②11、閥④16、閥⑩沈、閥 30打開，其它閥門關(guān)閉，氮氣瓶B12中氣體經(jīng)高壓調(diào)壓閥AlO調(diào)壓至4MPa，氣體壓力由壓力表A9顯示，經(jīng)中壓調(diào)壓閥13調(diào)壓至0. 6MPa，氣體壓力由壓力表B14顯示，再經(jīng)低壓調(diào)壓閥17調(diào)壓至0. 2MPa，氣體滲入壓力由壓力表C18顯示，進(jìn)入測試巖芯37，通過高流量計28測試高滲透性水合物沉積物的滲透率。實施例3 在應(yīng)用上述實施例1實驗裝置的基礎(chǔ)上進(jìn)行研究天然氣水合物地層對鉆井液侵入響應(yīng)特性的實驗方法，其中鉆井液對水合物沉積物的侵入及侵入過程中水合物沉積物動態(tài)響應(yīng)特性監(jiān)測的實驗方法步驟如下
(1)水合物沉積物合成巖芯夾持器35長度1200mm，預(yù)先做好填砂模型放置在巖芯夾持器35內(nèi)，以填滿巖芯夾持器，采用實施例2低滲透性水合物沉積物滲透性測試實驗方法中的步驟a、b合成水合物沉積物；
(2)鉆井液對水合物沉積物的侵入鉆井液儲罐2中的鉆井液經(jīng)溫控儀1調(diào)節(jié)達(dá)到 30°C后，通過鉆井液循環(huán)泵61進(jìn)入物理模型機構(gòu)42的井口環(huán)空腔59，并在其中循環(huán)流動， 鉆井液逐漸侵入巖芯夾持器35內(nèi)水合物沉積物中；
(3)監(jiān)測侵入過程中的動態(tài)響應(yīng)分別通過沿巖芯夾持器35軸向均布并固定于物理模型結(jié)構(gòu)42上部的10個溫度傳感器M和10個壓力傳感器C53來測試侵入過程中水合物沉積物的溫度和壓力變化；通過沿巖芯夾持器35軸向均布并固定于物理模型機構(gòu)42下部的 10個電阻率傳感器38測試侵入過程中水合物沉積物電阻率的變化；
(4)紅外觀測通過安裝在滑輪軌道60上的紅外相機55掃描觀察物理模型機構(gòu)42中巖芯夾持器內(nèi)水合物沉積物的溫度分布和變化，分析鉆井液動態(tài)侵入過程和水合物分解區(qū)域；
(5)取樣進(jìn)行分析研究取樣操作時用手搖泵B56給活塞容器B57左端預(yù)增入一與巖芯夾持器35內(nèi)相同的壓力，將活塞容器B57的接頭接至物理模型機構(gòu)42的取樣接口 58，接好后，將手搖泵B56退泵處理，將巖芯夾持器35中的樣品吸入活塞容器B57中；
(6)應(yīng)用裝置工控機上安裝的軟件進(jìn)行各種數(shù)據(jù)的采集，形成數(shù)據(jù)庫，分析并顯示天然氣水合物沉積物對鉆井液侵入的響應(yīng)特性。實施例4 將實施例1實驗裝置內(nèi)的水合物沉積物巖芯保真轉(zhuǎn)移的方法，具體操作步驟如下
(1)卸下物理模型機構(gòu)42的右端蓋44，將巖芯轉(zhuǎn)移機構(gòu)的接頭70與物理模型機構(gòu)42 右端連接；
(2)通過溫度控制儀63調(diào)節(jié)巖芯轉(zhuǎn)移機構(gòu)外腔體62和內(nèi)腔體64間環(huán)狀腔67中的溫度以降低內(nèi)腔體64內(nèi)部的溫度，通過壓力控制儀68調(diào)節(jié)內(nèi)腔體64內(nèi)部的壓力；
(3)當(dāng)內(nèi)腔體64內(nèi)部溫度、壓力和巖芯夾持器35內(nèi)部溫度、壓力相同時，打開封隔板 69，通過手動泵66調(diào)節(jié)活塞65使水合物沉積物在保溫保壓的條件下進(jìn)入巖芯轉(zhuǎn)移機構(gòu)；
(4)關(guān)閉巖芯轉(zhuǎn)移機構(gòu)中的封隔板69，卸下巖芯轉(zhuǎn)移機構(gòu)與物理模型機構(gòu)42的鏈接， 即實現(xiàn)了水合物沉積物的保真轉(zhuǎn)移。
權(quán)利要求
1.一種研究天然氣水合物地層對鉆井液侵入響應(yīng)特性的實驗裝置，包括鉆井液循環(huán)機構(gòu)、高低溫恒溫實驗箱、氣測滲透率機構(gòu)、水/氣注入機構(gòu)和工控機，其特征在于還設(shè)有巖芯轉(zhuǎn)移機構(gòu)、環(huán)壓跟蹤機構(gòu)、回壓機構(gòu)、檢測機構(gòu)、出口計量機構(gòu)、取樣機構(gòu)；所述的鉆井液循環(huán)機構(gòu)由鉆井液貯罐、溫控儀、鉆井液循環(huán)泵和物理模型機構(gòu)的井口環(huán)空腔構(gòu)成，溫控儀控制鉆井液溫度，鉆井液在鉆井液循環(huán)泵作用下在物理模型機構(gòu)的井口環(huán)空腔中循環(huán)流動滲入到巖芯夾持器內(nèi)的水合物沉積物中；所述的高低溫恒溫實驗箱為一個工控機控制的可編程恒溫實驗箱，實驗箱內(nèi)設(shè)有物理模型機構(gòu)，在物理模型機構(gòu)左端設(shè)有鉆井液井口環(huán)空腔，上部設(shè)有一個取樣點，紅外相機安裝在實驗箱內(nèi)的滑輪軌道上，與物理模型機構(gòu)軸線對準(zhǔn)，且可左右移動；在物理模型機構(gòu)內(nèi)設(shè)有巖芯夾持器，巖芯夾持器左右兩側(cè)設(shè)左端蓋和右端蓋，測試巖芯放在巖芯夾持器內(nèi)， 在巖芯夾持器的軸向上設(shè)有電阻率、壓力、溫度的測點；物理模型機構(gòu)通過其上部、下部和端部的高壓管線與控制壓力的閥、壓力表與氣測滲透率機構(gòu)、水/氣注入機構(gòu)、取樣機構(gòu)相連；物理模型機構(gòu)上的十站位測點處的傳感器分別通過信號線和高壓管路與測量機構(gòu)相連；轉(zhuǎn)移巖芯夾持器中形成的水合物沉積物巖芯時，將巖芯夾持器右端與巖芯轉(zhuǎn)移機構(gòu)相連實現(xiàn)轉(zhuǎn)移；所述的氣測滲透率機構(gòu)含有三套不同滲透壓力的氮氣管路，分別測試高、中、低三種滲透率水合物沉積物的滲透性；所述的水/氣注入機構(gòu)包括液體水注入機構(gòu)和天然氣注入機構(gòu)，液體水注入機構(gòu)由平流泵和活塞容器組成；天然氣注入機構(gòu)包括天然氣瓶、減壓閥、氣體增壓泵和氣體流量計，通過氣體流量計控制進(jìn)入物理模型機構(gòu)的天然氣量，實現(xiàn)巖芯夾持器中不同飽和度水合物沉積物的合成；所述的環(huán)壓跟蹤機構(gòu)由環(huán)壓跟蹤泵和壓力傳感器組成，跟蹤物理模型機構(gòu)中環(huán)壓腔與巖芯夾持器內(nèi)腔中的壓力差；所述的回壓機構(gòu)由回壓閥、回壓緩沖容器和回壓泵組成；所述檢測機構(gòu)含有壓力測量機構(gòu)、電阻率測量機構(gòu)、流量檢測、溫度控制與檢測機構(gòu)；所述的出口計量機構(gòu)由氣液分離器、氣體質(zhì)量流量計和電子天平組成；所述的取樣機構(gòu)采用手動泵和活塞式取樣器，在活塞式取樣器的活塞的左端預(yù)增入一與物理模型機構(gòu)內(nèi)同等的壓力，再通過退泵實現(xiàn)等壓取樣；所述的工控機在Windows 2000或XP環(huán)境下運行，采用VB編程，適時對各種壓力、溫度、電阻率、氣體體積、液體體積數(shù)值的采集和處理，控制各機構(gòu)的運行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的研究天然氣水合物地層對鉆井液侵入響應(yīng)特性的實驗裝置， 其特征在于所述的巖芯夾持器在其軸向上均勻布置10站位測點，分別安裝有10個壓力傳感器C，10個溫度傳感器和10個電阻率傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的研究天然氣水合物地層對鉆井液侵入響應(yīng)特性的實驗裝置，其特征在于所述的巖芯夾持器規(guī)格為Φ 50mm,長度1200mm，測試巖芯Φ 50mm,長度 500 1200mm，測試巖芯長度不足1200mm部分通過假巖芯補長，測試巖芯采用天然巖芯、人造巖芯或填砂模型。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的研究天然氣水合物地層對鉆井液侵入響應(yīng)特性的實驗裝置， 其特征在于所述的巖芯保真轉(zhuǎn)移機構(gòu)由外腔體、內(nèi)腔體、活塞、手動泵、環(huán)狀腔、溫度控制儀、壓力控制儀、封隔板和接頭組成，外腔體內(nèi)含有內(nèi)腔體，內(nèi)腔體一端安裝有活塞，另一端安裝有封隔板，接頭裝在封隔板外側(cè)，壓力控制儀與內(nèi)腔體連接，溫度控制儀與環(huán)狀腔連接。
5. 一種將權(quán)利要求1所述的實驗裝置用于研究天然氣水合物地層對鉆井液侵入響應(yīng)特性的實驗方法，包含有水合物沉積物氣體滲透性測試實驗方法，鉆井液對水合物沉積物的侵入及侵入過程中水合物沉積物動態(tài)響應(yīng)特性監(jiān)測的實驗方法；水合物沉積物巖芯保真轉(zhuǎn)移方法；其特征在于所述的水合物沉積物氣體滲透性測試實驗方法，分為低、中、高三種不同滲透性水合物沉積物滲透性測試實驗方法，具體步驟如下(1)所述的低滲透性水合物沉積物滲透性測試實驗方法的步驟a.注水液體水儲存容器中的液體水通過平流泵經(jīng)活塞容器A注入巖芯夾持器中的測試巖芯內(nèi)；b.注氣液體水注入結(jié)束后，開啟天然氣瓶，CH4氣體經(jīng)過減壓閥，當(dāng)天然氣壓力低于實驗所需壓力時，開啟氣體增壓泵增壓，氣體壓力由壓力表D顯示，流經(jīng)閥⑤；c.選擇低滲透注氣管路，CH4氣體經(jīng)過閥⑥、閥⑦、低流量計構(gòu)成的低滲透管路，進(jìn)入巖芯夾持器中測試巖芯，待測試巖芯中壓力達(dá)到設(shè)定壓力8 12MPa并保持2 3小時后停止注氣；d保溫調(diào)節(jié)高低溫恒溫實驗箱的溫度，使物理模型機構(gòu)中測試巖芯在4°C恒溫條件下靜置12 20小時，在巖芯夾持器中形成低滲透性的水合物沉積物；e.氣測滲透率進(jìn)行低滲實驗，此時閥①、閥⑦、閥⑥打開，其它閥門關(guān)閉，開啟氮氣瓶 A,瓶中氮氣經(jīng)高壓調(diào)壓閥B調(diào)壓至4MPa后進(jìn)入物理模型機構(gòu)，氣體滲入壓力由壓力表E顯示，通過低流量計測試低滲透性水合物沉積物的滲透率；(2)所述的中滲透性水合物沉積物滲透性測試實驗方法的步驟步驟a、b與低滲透性水合物沉積物實驗方法相同；c.選擇中滲透注氣管路，天然氣經(jīng)過閥⑧、中流量計和閥⑨構(gòu)成的中滲透管路，向巖芯夾持器中測試巖芯注入CH4氣體，待測試巖芯中壓力達(dá)到設(shè)定壓力8 12MPa并保持2 3 小時后停止注氣；d.保溫調(diào)節(jié)高低溫恒溫實驗箱的溫度，使物理模型機構(gòu)中測試巖芯在4°C恒溫條件下靜置12 20小時，在巖芯夾持器中形成中滲透性的水合物沉積物；e.氣測滲透率進(jìn)行中滲實驗，此時閥②、閥③、閥⑧、閥⑨打開，其它閥門關(guān)閉，氮氣瓶B中氣體先經(jīng)高壓調(diào)壓閥A調(diào)壓至4MPa，氣體壓力由壓力表A顯示，再經(jīng)中壓調(diào)壓閥調(diào)壓至0. 6MPa，氣體壓力由壓力表B顯示，然后進(jìn)入物理模型機構(gòu)，通過中流量計測試中滲透性水合物沉積物的滲透率；(3)所述的高滲透性水合物沉積物滲透性測試實驗方法的步驟步驟a、b與低滲透性水合物沉積物實驗方法相同；c.選擇高滲透注氣管路，天然氣經(jīng)過閥⑩、閥 、高流量計所構(gòu)成的高滲透管路，向巖芯夾持器中測試巖芯注入CH4氣體，待測試巖芯中壓力達(dá)到設(shè)定壓力8 12MPa并保持2 3小時后停止注氣；d.保溫調(diào)節(jié)高低溫恒溫實驗箱的溫度，使物理模型機構(gòu)中測試巖芯在4°C恒溫條件下靜置12 20小時，在巖芯夾持器中形成高滲透性的水合物沉積物；e.氣測滲透率進(jìn)行高滲實驗，此時閥②、閥④、閥⑩、閥 打開，其它閥門關(guān)閉，氮氣瓶B中氣體經(jīng)高壓調(diào)壓閥A調(diào)壓至4MPa，氣體壓力由壓力表A顯示，經(jīng)中壓調(diào)壓閥調(diào)壓至 0. 6MPa,氣體壓力由壓力表B顯示，再經(jīng)低壓調(diào)壓閥調(diào)壓至0. 2MPa,氣體滲入壓力由壓力表 C顯示，進(jìn)入物理模型機構(gòu)，通過高流量計測試高滲透性水合物沉積物的滲透率。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于研究天然氣水合物地層對鉆井液侵入響應(yīng)特性的實驗方法，其特征在于所述的鉆井液對水合物沉積物的侵入及侵入過程中水合物沉積物動態(tài)響應(yīng)特性監(jiān)測的實驗方法步驟如下(1)所述的水合物沉積物包括利用測試巖芯作為骨架材料合成的水合物沉積物，放置在物理模型機構(gòu)內(nèi)的巖心夾持器中；(2)鉆井液對水合物沉積物的侵入鉆井液儲罐中的鉆井液經(jīng)溫控儀調(diào)節(jié)達(dá)到實驗需求溫度0 50°C后，通過鉆井液循環(huán)泵進(jìn)入物理模型機構(gòu)的井口環(huán)空腔，并在其中循環(huán)流動，鉆井液逐漸侵入巖芯夾持器內(nèi)水合物沉積物中；(3)監(jiān)測侵入過程中的動態(tài)響應(yīng)分別通過沿巖芯夾持器軸向均布并固定于物理模型結(jié)構(gòu)上部的10個溫度傳感器和10個壓力傳感器C來測試侵入過程中水合物沉積物的溫度和壓力變化；通過沿巖芯夾持器軸向均布并固定于物理模型機構(gòu)下部的10個電阻率傳感器測試侵入過程中水合物沉積物電阻率的變化；(4)紅外觀測通過安裝在滑輪軌道上的紅外相機掃描觀察物理模型機構(gòu)中巖芯夾持器內(nèi)水合物沉積物的溫度分布和變化，分析鉆井液動態(tài)侵入過程和水合物分解區(qū)域；(5)取樣進(jìn)行分析研究取樣操作時用手搖泵B給活塞容器B左端預(yù)增入一與巖芯夾持器內(nèi)相同的壓力，將活塞容器B的接頭接至物理模型機構(gòu)的取樣接口，接好后，將手搖泵 B退泵處理，將巖芯夾持器中的樣品吸入活塞容器B中；(6)應(yīng)用裝置上的工控機編制的軟件進(jìn)行各種數(shù)據(jù)的采集，形成數(shù)據(jù)庫，分析并顯示天然氣水合物沉積物對鉆井液侵入的響應(yīng)特性。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于研究天然氣水合物地層對鉆井液侵入響應(yīng)特性的實驗方法，其特征在于所述的水合物沉積物巖芯保真轉(zhuǎn)移方法步驟如下(1)卸下巖芯夾持器的右端蓋，將巖芯轉(zhuǎn)移機構(gòu)的接頭與物理模型機構(gòu)右端連接；(2)通過溫度控制儀調(diào)節(jié)巖芯轉(zhuǎn)移機構(gòu)外腔體和內(nèi)腔體間環(huán)狀腔中的溫度以降低內(nèi)腔體內(nèi)部的溫度，通過壓力控制儀調(diào)節(jié)內(nèi)腔體內(nèi)部的壓力；(3)當(dāng)內(nèi)腔體內(nèi)部溫度、壓力和巖芯夾持器內(nèi)部溫度、壓力相同時，打開封隔板，通過手動泵調(diào)節(jié)活塞使水合物沉積物巖芯在保溫保壓的條件下進(jìn)入巖芯轉(zhuǎn)移機構(gòu)；(4)關(guān)閉巖芯轉(zhuǎn)移機構(gòu)中的封隔板，卸下巖芯轉(zhuǎn)移機構(gòu)與物理模型機構(gòu)的鏈接，實現(xiàn)水合物沉積物的保真轉(zhuǎn)移。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種研究天然氣水合物地層對鉆井液侵入響應(yīng)特性的實驗裝置及實驗方法，裝置包括鉆井液循環(huán)機構(gòu)、高低溫恒溫實驗箱、氣測滲透率機構(gòu)、水/氣注入機構(gòu)、環(huán)壓跟蹤機構(gòu)、回壓機構(gòu)、檢測機構(gòu)、出口計量機構(gòu)、巖芯轉(zhuǎn)移機構(gòu)、取樣機構(gòu)和工控機；實驗方法在裝置上完成，有水合物沉積物氣體滲透率實驗的方法，鉆井液對水合物沉積物的侵入及侵入過程中水合物沉積物動態(tài)響應(yīng)特性監(jiān)測的實驗方法；水合物沉積物巖芯保真轉(zhuǎn)移方法。本發(fā)明提供了前期室內(nèi)天然氣水合物地層對鉆井液侵入響應(yīng)特性研究，可掌握鉆井液侵入對水合物地層物性的影響規(guī)律，可實現(xiàn)模擬含水合物沉積物樣品的保真轉(zhuǎn)移，為今后水合物地層開發(fā)鉆井安全和測井準(zhǔn)確解釋提供依據(jù)。
文檔編號G01N33/24GK102323394SQ20111024253
公開日2012年1月18日 申請日期2011年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月23日
發(fā)明者余義兵, 劉力, 寧伏龍, 張凌, 王躍偉, 蔣國盛 申請人:中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)