天然氣水合物沉積物多測量單元分析方法及集成系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及天然氣水合物開采技術(shù)，尤其是一種天然氣水合物沉積物多測量單元 分析方法及集成系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 天然氣水合物是一種儲(chǔ)量巨大、清潔的非常規(guī)能源資源，也是我國的戰(zhàn)略能源之 一。天然氣水合物沉積物力學(xué)特性是水合物開采及其安全性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)參數(shù)。國內(nèi)外各個(gè) 天然氣水合物研究單位已建立起多套天然氣水合物沉積物合成、分解及其力學(xué)性質(zhì)測量的 一體化實(shí)驗(yàn)裝置和水合物開采實(shí)驗(yàn)裝置，但還存在以下難題難以突破。（1)樣品制備：樣品 的均勻性、合成飽和度、氣液分布等不能實(shí)時(shí)在實(shí)驗(yàn)裝置中測量；（2)測量參數(shù)缺乏：在理 論模型建立過程中，缺少必要的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，不能很好地驗(yàn)證模型。因此，非常有必要研制一 套天然氣水合物多測量單元集成系統(tǒng)與分析方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明提供一種天然氣水合物多測量單元分析方法及集成系統(tǒng)，用于克服現(xiàn)有技 術(shù)中的缺陷，實(shí)現(xiàn)樣品的實(shí)時(shí)測量，為建立理論模型提供足夠量的數(shù)據(jù)，為天然氣水合物的 開采提供技術(shù)支持。
[0004] 本發(fā)明提供一種天然氣水合物沉積物多測量分析方法，包括以下步驟：
[0005] 步驟1，通過溫度與壓力聯(lián)合測量單元測量天然氣水合物沉積物樣品同一點(diǎn)的溫 度T和壓力P，根據(jù)天然氣水合物的相平衡曲線，確定天然氣水合物的合成狀態(tài)；
[0006] 步驟2,由上述天然氣水合物的合成狀態(tài)可獲得天然氣水合物合成過程中含水量 的變化，通過TDR測量單元根據(jù)天然氣水合物合成過程中含水量的變化，實(shí)時(shí)地測量天然 氣水合物的合成飽和度；
[0007] 步驟3,根據(jù)已知的天然氣水合物和骨架自身的彈性模量，通過超聲測量單元測量 天然氣水合物沉積物樣品的波速，獲得天然氣水合物沉積物的彈性模量，由此可以反演天 然氣水合物飽和度；
[0008] 步驟4,根據(jù)已知的天然氣水合物的電阻和含一定鹽度的孔隙水自身的電阻，根 據(jù)電阻測量單元測得的天然氣水合物沉積物樣品的電阻，反演天然氣水合物飽和度和孔隙 度。
[0009] 本發(fā)明還提供一種天然氣水合物沉積物多測量單元集成系統(tǒng)，包括：
[0010] 電阻測量單元，用于測量天然氣水合物沉積物樣品的電阻；
[0011] 超聲測量單元，發(fā)射端和接收端分別設(shè)置在天然氣水合物沉積物樣品的上下兩 端，用于測量天然氣水合物沉積物樣品的波速；
[0012] 溫度與壓力聯(lián)合測量單元，用于測量天然氣水合物沉積物樣品同一點(diǎn)的溫度和壓 力；
[0013] IDR測量單元，根據(jù)天然氣水合物合成過程中含水量的變化，實(shí)時(shí)地測量天然氣水 合物的合成飽和度；
[0014]模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，接收上述電阻、聲波、溫度和壓力信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；
[0015]數(shù)據(jù)分析單元，對上述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析和處理，獲得天然氣水合物沉積物樣品 的飽和度、彈性模量、溫度、壓力、分解程度的數(shù)據(jù)。
[0016]本發(fā)明提供的天然氣水合物多測量單元分析方法及集成系統(tǒng)，配置在高壓三軸 儀、水合物開采實(shí)驗(yàn)裝置中，通過時(shí)域反射技術(shù)CTDR)、溫度和壓力傳感器測量樣品制備過 程中水合物的均勻性、飽和度等基本信息，從而保證建立起合適的樣品制備技術(shù)；實(shí)時(shí)監(jiān)測 樣品的力、聲、電的流通信號(hào)，從而獲得應(yīng)力應(yīng)變、聲波、電阻等基本信息。在此基礎(chǔ)上，獲得 天然氣水合物飽和度、應(yīng)力應(yīng)變、聲波、電阻之間的基本關(guān)系，建立一套應(yīng)用分析方法，實(shí)現(xiàn) 樣品的實(shí)時(shí)測量，為建立理論模型提供足夠量的數(shù)據(jù)，為我國天然氣水合物鉆探測井、開采 及其安全性監(jiān)測與評(píng)價(jià)研究提供測量系統(tǒng)和應(yīng)用分析方法。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的天然氣水合物多測量單元集成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種天然氣水合物沉積物多測量單元集成系統(tǒng)， 由超聲測量單元1、電阻測量單元2、溫度與壓力聯(lián)合測量單元3、TDR測量單元4、模數(shù)轉(zhuǎn)換 單元5和數(shù)據(jù)分析單元6組成。其中超聲測量單元1、電阻測量單元2、溫度與壓力聯(lián)合測 量單元3、TDR測量單元4均為傳感器的一種。
[0019] 超聲測量單元1的發(fā)射端和接收端分別布置在天然氣水合物沉積物樣品10的上、 下兩端，頻率小于1MHz;
[0020] 電阻測量單元2布置在超聲測量單元1上，電阻測量最大值在10兆歐；電阻測量 單元2的兩個(gè)端子分別設(shè)置在超聲測量單元1的兩個(gè)端子（發(fā)射端和接收端）上，且分別 置于天然氣水合物沉積物樣品10的頂部和底部，兩側(cè)的邊壁采用電絕緣材料封合，溫度與 壓力聯(lián)合測量單元3的兩個(gè)測量端子分別從邊壁一側(cè)20a穿過兩電絕緣封合邊壁伸入天然 氣水合物沉積物樣品10的頂部表面和底部表面；TDR測量單元4的兩個(gè)測量端子分別從邊 壁另一側(cè)20b穿過兩電絕緣封合邊壁伸入天然氣水合物沉積物樣品10的上部和下部；分別 在兩側(cè)的邊壁上打孔，保證不銹鋼管路和細(xì)銅絲的通過。
[0021]溫度與壓力聯(lián)合測量單元3由兩根不銹鋼細(xì)管道（直徑1mm以下）貫穿超聲和電 阻測量單元，進(jìn)入天然氣水合物沉積物樣品10頂部和底部表面位置，分別測量其溫度和壓 力數(shù)據(jù)；
[0022]TDR測量單元4采用兩根細(xì)銅絲，直徑不超過1mm，分別測量天然氣水合物沉積物 樣品10上半部分和下半部分的水合物飽和度數(shù)據(jù)；該系統(tǒng)配置于高壓三軸儀和水合物開 采實(shí)驗(yàn)裝置中；
[0023] 超聲測量單元1、電阻測量單元2、溫度與壓力聯(lián)合測量單元3以及TDR測量單元 4的輸出端均通過引出線與模數(shù)轉(zhuǎn)換單元5的輸入端連接。
[0024]超聲測量單元1測量的聲波、電阻測量單元2測量的電阻、溫度與壓力聯(lián)合測量單 元3測量的溫度、壓力信號(hào)均為電信號(hào)，通過信號(hào)放大器，再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換單元5將上述電 信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，輸送給數(shù)據(jù)分析單元6,數(shù)據(jù)分析單元6根據(jù)數(shù)據(jù)分析方法，添加數(shù) 據(jù)分析單元，最終在計(jì)算機(jī)上直接輸出水合物飽和度、水合物沉積物彈性模量、溫度、壓力、 分解程度的數(shù)據(jù)。
[0025] 本發(fā)明實(shí)施例還提供一種天然氣水合物沉積物多測量單元分析方法：
[0026] 溫度-壓力聯(lián)合測量單元3可以測量天然氣水合物沉積物樣品10孔隙中同一點(diǎn) 的溫度T和壓力P(此壓力需要剔除毛細(xì)壓力Pc)，根據(jù)天然氣水合物的相平衡曲線，確定天 然氣水合物的合成狀態(tài)，由此可獲得天然氣水合物合成過程中含水量的變化。
[0027] TDR測量單元4根據(jù)天然氣水合物合成過程中含水量的變化，實(shí)時(shí)地測量天然氣 水合物的合成飽和度，即
&，其中，PW、MW、ASj別為 水的密度、摩爾質(zhì)量、飽和度變化值；Ph、Mh、N分別為天然氣