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申请/专利权人：中国石油大学(华东)

摘要：本发明属海洋能源土力学测试领域，具体地，涉及一种模拟可燃冰开采过程中近井海洋能源土气‑水两相渗透和力学性质测试装置和方法。测试装置包括三轴压力室、轴压和围压加载器、近井含可燃冰土试样、供气供液调压系统、温度控制系统、背压调节系统、气液分离回收装置和数据传输采集处理系统。近井海洋能源土试样由开采井金属模型嵌入圆筒型海洋能源土试样构成，经热缩胶套包裹后置于三轴压力室；可制备不同可燃冰赋存条件试样，可调节压力使试样处于不同应力状态；改变温压条件控制可燃冰的生成和分解；数据传输采集处理系统采集和存储试验数据，试验可得可燃冰分解过程中试样气‑水两相渗透特性演化规律以及力学特性演化规律。

主权项：1.一种可燃冰开采过程中近井海洋能源土气-水两相渗透和力学性质测试方法，该方法采用一种可燃冰开采过程中近井海洋能源土气-水两相渗透和力学性质测试装置，包括：三轴压力室、轴压加载器、围压加载器、近井海洋能源土试样、供气供液调压系统、温度控制系统、背压调节系统、气液分离回收装置和数据传输采集处理器；该装置能够提供的轴向荷载范围为0～1500kN，围压施加范围为0～60MPa，气压施加范围为0～20MPa，温度调节范围为-30～99.9℃；其中：圆柱型开采井模型嵌入圆筒型海洋能源土试样构成近井海洋能源土试样的主体部分，主体部分上下两端分别垫有金属和软硅胶垫块构成近井海洋能源土整体试样，经热缩胶套包裹后放置于三轴压力室；轴压加载器、围压加载器和供气供液调压系统分别与三轴压力室连接，实现试样不同有效应力、不同应力路径的加载；背压阀可以控制三轴压力室气液出口处的压力；温度控制系统通过与三轴压力室紧密包围的水浴水槽实现温度调节；数据传输采集处理器分别与三轴压力室、供气供液调压系统、围压加载器、轴压加载器、温度调节系统、背压调节系统、温度传感器、压力表、位移传感器相连，定时采集和存储试验数据，根据渗透率测试试验数据得到气-水两相渗透特性和试样变形演化规律，根据可燃冰分解过程中剪切试验得到近井海洋能源土试样的力学特性演化规律；上述所采用的一种可燃冰开采过程中近井海洋能源土气-水两相渗透和力学性质测试装置操作步骤如下：1采用特定颗粒级配的土和去离子水制备一定含水量的非饱和能源土骨架，开采井模型嵌入能源土骨架中，与上下垫块拼接后用热缩胶套包好并置于三轴压力室内；2通过围压调节器将三轴压力室围压调整至特定压力，然后使用供气供液调压系统注入特定压力甲烷气体，保持此状态通气24h，使甲烷气体充分填充于能源土骨架孔隙；3调节温度控制系统，将三轴压力室内温度降低至可燃冰生成相平衡曲线以下，随着可燃冰的生成，甲烷气体压力逐渐降低，当气压稳定不变时，认为能源土骨架中的水和甲烷气体充分反应生成可燃冰；4可分别开展可燃冰不同分解时间下气-水两相渗透率测试，可燃冰生成后，甲烷气体压力稳定在4MPa，随后通过围压加载器、轴压加载器施加应力用来模拟近井海洋能源土的有效应力，通过调节轴压和围压可以得到不同有效应力状态下的近井海洋能源土试样，进而开展不同工况条件下的近井能源土试样气-水两相渗透率测试；5开展近井海洋能源土初始气相渗透率测试，打开背压阀调整为3MPa，此时注气端压力为4MPa，以恒定流速持续注入甲烷气体，记录注气注液端和出口处的压力差，根据达西定律可计算得到可燃冰稳定存在时的气相渗透率；6开展不同分解时间下近井海洋能源土气相渗透率测试，可燃冰升温分解将会导致分解过程中气压增大，调整背压阀的压力，保持孔压与可燃冰稳定存在时的压力一致，分解3个小时后，通过温度控制系统降低三轴压力室温度，使可燃冰的温压条件处于相平衡曲线之下，此时可燃冰可稳定存在；打开背压阀调整压力为3MPa，以恒定流速持续注入甲烷气体，记录注气注液端和出口处的压差测试可燃冰分解3个小时的气相渗透率，更改可燃冰分解时间即可完成不同分解时间下近井可燃冰能源土气相渗透率；7重复实验步骤1～4，开展可燃冰稳定存在时水相渗透率测试，开展水相渗透率测试之前需要对试样进行水饱和；为了避免水饱和过程中空隙气体与去离子水生成多余的可燃冰，采用供气供液调压系统中的氮气驱替孔隙中甲烷气体并将孔压维持在4MPa，通气6个小时后，气压稳定认为氮气完全驱替孔隙中的甲烷气体；重复利用供气供液调压系统对试样进行水饱和；水饱和后，以恒定流速持续注入去离子水，记录注气注液端和出口处的压力差，根据达西定律可计算得到可燃冰稳定存在时的水相渗透率；8开展不同分解时间下近井可燃冰能源土水相渗透率测试，可燃冰升温分解将会导致分解过程中气压增大，调整背压阀的压力，保持孔压与可燃冰稳定存在时的压力一致，分解3个小时后，通过温度控制系统降低三轴压力室温度，使可燃冰的温压条件处于相平衡曲线之下，此时可燃冰可稳定存在；对近井海洋能源土试样进行氮气驱替以及水饱和之后，以恒定流速持续注入去离子水，记录注气注液端和出口处的压力差，根据达西定律可计算得到可燃冰稳定存在时的水相渗透率；更改可燃冰分解时间即可完成不同分解时间下近井海洋能源土水相渗透率；9重复近井可燃冰能源土制样以及控制可燃冰不同分解时间，测试可燃冰分解过程中气-水两相渗流引起的试样变形；10重复近井可燃冰能源土制样以及控制可燃冰不同分解时间，可燃冰分解至预定时间后，通过轴压加载系统开展近井可燃冰能源土的三轴剪切试验，通过轴向位移传感器和环向位移传感器记录试样变形数据，得到可燃冰分解过程中近井可燃冰能源土力学特性演化规律。

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