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申请/专利权人：东北大学

摘要：本发明属于开采过程中含可燃冰沉积物孔隙率及渗透率演化特性试验方法及装置，具体地，涉及一种模拟开采过程中含可燃冰沉积物孔隙率及气‑水两相相对渗透率测试方法及装置，测试装置包括岩心夹持器、围压加载系统、含可燃冰沉积物试样、气体质量流量计、甲烷注气系统、氮气注气系统、高压恒流输液系统、温度控制系统、背压调节系统、气液分离回收系统、数据采集系统；本发明可实现开采过程中含可燃冰沉积物孔隙率及气‑水两相相对渗透率的测量与确定，试验结果可反映出开采过程中含可燃冰沉积物孔隙率及气‑水两相渗透率演化规律，对含可燃冰沉积物产能提供理论依据。

主权项：1.一种模拟开采过程中含可燃冰沉积物孔隙率及气-水两相相对渗透率测试方法，该方法采用一种模拟开采过程中含可燃冰沉积物孔隙率及气-水两相相对渗透率测试装置，包括岩心夹持器、围压加载系统、含可燃冰沉积物试样、气体质量流量计、甲烷注气系统、氮气注气系统、高压恒流输液系统、温度控制系统、背压调节系统、气液分离回收系统、数据采集系统；其中：含可燃冰沉积物试样经热缩胶套包裹后于进气口和出气口设置滤砂网，与上下压头组合置于岩心夹持器中；甲烷注气系统、氮气注气系统、高压恒流输液系统通过管线与气体质量流量计、岩心夹持器、温度控制系统、背压调节系统、气液分离回收系统连接，甲烷注气系统提供可燃冰在沉积物骨架孔隙中生成所需气体介质，氮气注气系统和高压恒流输液系统提供气-水两相相对渗透率测试时的氮气和水；温度控制系统提供可燃冰稳定赋存的低温环境；背压调节系统与岩心夹持器、气液分离回收系统连接，可燃冰生成后调至气压低于可燃冰稳定赋存时压力，实现可燃冰的可控分解；气液分离回收系统与背压调节系统连接，实现可燃冰分解后气、水分离以及驱替气体的回收；数据采集系统分别与气体质量流量计、围压传感器、温度传感器、压差传感器、电子压力控制器连接，实现数据的采集和存储处理；上述所采用的一种模拟开采过程中含可燃冰沉积物孔隙率及气-水两相相对渗透率测试装置操作步骤如下：1基于可燃冰生成、赋存条件，根据颗粒级配及预设含水率制备沉积物骨架试样，采用过量气法制备含可燃冰沉积物试样，将试样与上下压头组合后用热缩胶套包裹并置岩心夹持器内；2通过围压加载系统施加围压至特定压力，使进气压头与试样紧密贴合，形成密闭渗流环境；打开氮气阀门，向试样孔隙注入氮气至特定压力，随后关闭进出气口，若在24小时气压保持稳定则证明装置气密性良好；3利用甲烷注气系统向试样孔隙内注入甲烷气体，气体注入时间6h以保证试样孔隙内其他气体的排出，并使甲烷充分溶于孔隙水中；4利用低温水浴箱将岩心夹持器内温度降低至可燃冰稳定赋存温度，随着可燃冰的生成，试样内气压逐渐降低，当气压维持稳定时，可燃冰生成完成；5可燃冰生成完成后通过背压调节系统调至气压低于可燃冰稳定赋存时压力，实现降压开采，通过控制可燃冰分解时间，得到不同分解时间下含可燃冰试样；6打开氮气瓶阀门和阀门L1至压力表到设定初始压力，随后关闭阀门L1，打开试样进气口阀门L2和出气口阀门L3，同时关闭阀门L4，待高精度气体压力表稳定后记录最终压力并由根据玻意耳定律P1·V1+P2·V1+V2+V3得到V2+V3数值，其中V2试样顶面到岩心夹持器顶部管线体积；V3表示试样底面到岩心夹持器底部管线体积；7采用高压恒流输液泵以恒流输送预冷却的去离子水通过试样，待驱替试样进出口的压差和出口流量稳定后，连续测定3次水相渗透率，相对偏差小于3％，则将水相渗透率作为气-水相对渗透率的基础值；8采用气体质量流量计设定恒定流速，使经过预冷、干燥的氮气由含可燃冰沉积物试样进气端注入，将孔隙水由试样的出口端排出并记录各个时刻的产水量产气量，直至气驱水至残余水状态，测定残余状态下气相有效渗透率；9气体有效孔隙率计算P1·V1+P2·V1+V2+V3+Vv1 式中，V1为氮气瓶阀门至岩心夹持器顶部管线体积；Vv为试样孔隙体积，单位m3；φ为有效孔隙率；V为试样体积，单位m3；10气相水相相对渗透率计算按式3、4、5、6计算含可燃冰沉积物气-水两相相对渗透率： 式中，ωSw为含水率数值，用小数表示；Vw为无因次采水量数值，以孔隙体积的倍数表示；Vg为无因次采气量数值，以孔隙体积的倍数表示；Kw为相对水相渗透率，用小数表示；Kg为相对气相渗透率，用小数表示；；I为相对注入能力的数值；Qt为t时刻试样出口端面产气流量的数值，单位为cm3s；Q0为初始时刻试样出口端面产水流量的数值，单位为cm3s；ΔP0为初始驱动压差数值，单位为MPa；ΔPt为t时刻驱替压差的数值，单位为MPa。

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