泥质粉砂型水合物降压开采过程中粘土膨胀和运移的可视化模拟方法与流程

1.本发明涉及水合物模拟实验，特别是一种泥质粉砂型水合物降压开采过程中粘土膨胀和运移的可视化模拟方法。


背景技术：

2.天然气水合物被认为是21世纪最佳接替能源，全球90％以上的天然气水合物分布在泥质粉砂型储层中，泥质粉砂型储层具有孔隙度小、渗透率低、粘土含量高等特点，开采过程中粘土矿物易发生水化膨胀和分散运移，从而导致储层孔隙中渗流空间减小，储层渗透率严重下降。
3.针对泥质粉砂型水合物降压开采过程中粘土引发的储层伤害问题，目前已有文献利用含粘土沉积物开展了水合物降压开采模拟实验，发现水合物降压分解过程中，粘土确实发生了体积膨胀和颗粒运移，造成了沉积物渗透率减小。然而，现有技术手段和研究方法仅能够得出粘土是否发生膨胀和(或)运移这一最终结果，对于粘土的行为演化过程，如粘土颗粒在孔隙中如何膨胀和运移，膨胀和运移后的粘土颗粒如何影响水合物分解和气
‑
水渗流，目前还无法描述。
4.此外，目前用于模拟泥质粉砂型储层的孔隙介质都是天然岩心或人工填制岩心，不同岩心之间孔隙结构难以保证完全一致。由于粘土膨胀和运移等行为对沉积物孔隙结构有较强的依赖关系，岩心之间孔隙结构的差别必然会对粘土行为造成很大影响，从而严重干扰研究结果的准确性。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提出了一种泥质粉砂型水合物降压开采过程中粘土膨胀和运移的可视化模拟方法，其能够有效控制孔隙结构变量，实现对水合物降压开采过程中粘土膨胀和运移等行为的直观观察，从而阐明粘土行为演化规律，为实际泥质粉砂型水合物降压开采过程中粘土行为的调控提供技术支撑。
6.本发明的技术方案是：一种泥质粉砂型水合物降压开采过程中粘土膨胀和运移的可视化模拟方法，其中，包括以下步骤：
7.s1.配置粘土悬浮液；
8.s2.冲洗可视化模拟装置的玻璃刻蚀模型:
9.可视化模拟装置包括注入系统、可视化反应釜、玻璃刻蚀模型、冷却循环泵、产出系统、围压控制系统、回压控制系统和图像数据采集系统,玻璃刻蚀模型位于可视化反应釜内；
10.所述注入系统包括气体注入单元、液体注入单元、六通阀i，气体注入单元包括依次连接的甲烷气瓶、减压阀、气体流量计和单向阀，单向阀与六通阀i连接，液体注入单元包括平流泵、六通阀ii、中间容器i、中间容器ii和中间容器iii，平流泵、中间容器i、中间容器
ii和中间容器iii分别与六通阀ii连接，中间容器i内盛放去离子水，中间容器ii内盛放盐水，中间容器iii内盛放粘土悬浮液，并带有搅拌功能，三个中间容器的出口分别与六通阀i连接，六通阀i还与可视化反应釜和压力传感器i连接；
11.所述可视化反应釜包括釜体、上顶盖和下底盖，上顶盖和下底盖的中心位置分别设有可视窗，上顶盖与釜体的顶部固定连接，下底盖与釜体的底部固定连接，釜体的中心设有中空腔体，釜体壁内设有环形腔体，釜体上设有循环液进口和循环液出口，循环液进口和循环液出口分别与冷却循环泵连接，使冷却循环液在釜体的环形腔体内循环，上顶盖处设有开口i和开口ii，开口i与围压控制系统连接，开口ii与温度传感器连接，下底盖处设有开口iii和开口iv，开口iii与六通阀i连接，开口iv与产出系统连接，玻璃刻蚀模型的进口与开口iii对接，玻璃刻蚀模型的出口与开口iv对接；
12.所述产出系统包括六通阀iii、压力传感器ii、回收池、固相分离器、回压阀、气液分离器、集气瓶和集液瓶，六通阀iii分别与下底盖的开口iv、回收池、固相分离器的入口和压力传感器ii连接，回压阀的入口与固相分离器的出口连接，回压阀的出口与气液分离器的入口连接，气液分离器的出气口与集气瓶连接，气液分离器的出液口与集液瓶连接；
13.所述围压控制系统包括围压控制泵和三通阀i，围压控制泵通过三通阀i与上顶盖的开口i连通，压力传感器iii连接于三通阀i，所述回压控制系统包括回压控制泵和三通阀ii，回压控制泵通过三通阀ii与回压阀的压力接口连通，压力传感器iv连接于三通阀ii；
14.所述图像数据采集系统包括视频显微镜、光源和计算机，视频显微镜通过数据传输线连接计算机，计算机还通过数据线连接与压力传感器i、压力传感器ii、压力传感器iii、压力传感器iv和温度传感器连接；
15.调节六通阀ii和六通阀i，使平流泵、中间容器i和下底盖的开口iii连通，调节六通阀iii使玻璃刻蚀模型的产出流体流入回收池，中间容器i内的去离子水注入玻璃刻蚀模型中，反复冲洗玻璃刻蚀模型，排净玻璃刻蚀模型中的气泡和残渣；
16.s3.盐水浸泡玻璃刻蚀模型：
17.调节六通阀i，连通平流泵、中间容器ii和下底盖的开口iii，中间容器ii内的盐水注入玻璃刻蚀模型内，使玻璃刻蚀模型得到充分浸泡；
18.s4.向玻璃刻蚀模型中注入粘土悬浮液：
19.调节六通阀ii，使平流泵、中间容器iii和下底盖的开口iii连通，将中间容器iii内的粘土悬浮液注入玻璃刻蚀模型中，通过视频显微镜观察到玻璃刻蚀模型内部的孔道表面吸附上一层粘土后，关闭平流泵，停止注入粘土悬浮液；
20.s5.驱出玻璃刻蚀模型的孔道表面附着不牢固的粘土颗粒：
21.调节六通阀i，使气体注入单元与下底盖的开口iii连通，依次打开甲烷气瓶、减压阀、单向阀和气体流量计，向玻璃刻蚀模型中注入气体，驱出玻璃刻蚀模型的孔道表面附着不牢固的粘土颗粒；
22.s6.重复s4和s5，反复向玻璃刻蚀模型中注入粘土悬浮液和气体，通过视频显微镜观察到孔道表面粘土含量和分布趋于稳定后，停止注入粘土悬浮液和气体；
23.s7.再次使用盐水浸泡玻璃刻蚀模型；
24.s8.保持盐水注入，调节六通阀iii，使固相分离器的入口与下底盖的开口iv连通，同步调整回压控制泵和围压控制泵，使回压和围压逐渐升高至预设压力，并始终保持回压
小于围压1mpa，并调节冷却循环泵的温度到预设温度；
25.s9.生成水合物：
26.当压力传感器i、压力传感器ii测到的压力值、以及温度传感器测量的温度值达到稳定后，调节六通阀i，使气体注入单元、液体注入单元同时与下底盖的开口iii连通，按照比例向玻璃刻蚀模型中注入甲烷气体和盐水，待气
‑
水渗流稳定后，停止注入，关闭六通阀i与气体注入单元、液体注入单元连通的阀门，关闭六通阀iii与回收池、固相分离器连通的阀门，使玻璃刻蚀模型保持封闭，静待水合物生成；
27.s10.当通过视频显微镜观察到玻璃刻蚀模型中水合物生成且稳定后，调节六通阀iii，使固相分离器的入口与下底盖的开口iv连通，调节回压控制泵，使回压逐渐下降，同时调整围压控制泵使围压同步下降，并始终保持围压高于回压1mpa；
28.s11.随着回压的降低，水合物逐渐分解，利用视频显微镜实时观察水合物分解过程中粘土的行为响应，由压力传感器i和压力传感器ii实时测量玻璃刻蚀模型的前、后压力。
29.本发明中，步骤s1中，根据地层水的离子种类和浓度，配置可替代地层水的盐水，然后向盐水中加入粘土，并用磁力搅拌器搅拌30min以上，初步得到粘土悬浮液，再对粘土悬浮液超声分散1h以上。
30.步骤s8中，回压控制泵的设定压力为7mpa，围压控制泵的设定压力为8mpa，冷却循环泵的设定温度为
‑
1℃。
31.所述光源位于可视窗ii的下方，视频显微镜位于可视窗i的上方。
32.所述冷却循环液可以采用乙二醇。
33.本发明的有益效果是：
34.(1)利用粘土的吸附特性和气
‑
水之间的强界面张力，可以得到孔道表面均匀吸附粘土的玻璃刻蚀模型，从而模拟了泥质粉砂型储层，并保证了模拟储层的孔隙结构恒定，避免了孔隙结构变化对粘土膨胀和运移等行为的影响；
35.(2)利用可视化的研究手段，直观展现了水合物降压开采过程中粘土膨胀和运移的全过程，实现了对粘土膨胀和运移等行为的实时观察，从而清晰地揭示出粘土膨胀和运移等行为演化规律，为泥质粉砂型水合物降压开采过程中粘土行为的有效调控提供科学指导。
附图说明
36.图1是可视化模拟装置的结构示意图；
37.图2是可视化反应釜的俯视结构示意图；
38.图3是可视化反应釜的剖视结构示意图。
39.图中：1平流泵；2六通阀ii；3中间容器i；4中间容器ii；5中间容器iii；6甲烷气瓶；7减压阀；8气体流量计；9单向阀；10六通阀i；11压力传感器i；12可视化反应釜；12
‑
1釜体；12
‑
2上顶盖；12
‑
3可视窗i；12
‑
4螺母；12
‑
5开口i；12
‑
6开口ii；12
‑
7循环液进口；12
‑
8循环液出口；12
‑
9下底盖；12
‑
10开口iii；12
‑
11可视窗ii；12
‑
12开口iv；13玻璃刻蚀模型；14六通阀iii；15冷却循环泵；16围压控制泵；17三通阀i；18固相分离器；19回压阀；20回压控制泵；21三通阀ii；22气液分离器；23集液瓶；24集气瓶；25视频显微镜；26计算机；27温度传感
器；28压力传感器ii；29压力传感器iii；30压力传感器iv；31回收池。
具体实施方式
40.为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
41.在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。
42.本发明公开了一种泥质粉砂型水合物降压开采过程中粘土膨胀和运移的可视化模拟方法，该方法包括以下步骤。
43.第一步，配置粘土悬浮液。
44.根据地层水的离子种类和浓度，配置可替代地层水的盐水，然后向盐水中加入粘土，并用磁力搅拌器搅拌30min以上，初步得到粘土悬浮液，再对粘土悬浮液超声分散1h以上。
45.第二步，冲洗可视化模拟装置的玻璃刻蚀模型。
46.如图1所示，可视化模拟装置包括注入系统、可视化反应釜12、玻璃刻蚀模型13、冷却循环泵15、产出系统、围压控制系统、回压控制系统和图像数据采集系统。玻璃刻蚀模型13位于可视化反应釜12内。
47.注入系统包括气体注入单元、液体注入单元、六通阀i10，其中气体注入单元包括依次连接的甲烷气瓶6、减压阀7、气体流量计8和单向阀9，单向阀9与六通阀i10连接。液体注入单元包括平流泵1、六通阀ii2、中间容器i3、中间容器ii4和中间容器iii5，平流泵1、中间容器i3、中间容器ii4和中间容器iii5分别与六通阀ii2连接，中间容器i3内盛放去离子水，中间容器ii4内盛放盐水，中间容器iii5内盛放粘土悬浮液，并带有搅拌功能。三个中间容器的出口分别与六通阀i10直接连接。六通阀i10还与可视化反应釜12和压力传感器i11连接，通过压力传感器i11测量液体进入玻璃刻蚀模型时的注入压力。
48.如图2和图3所示，可视化反应釜12包括釜体12
‑
1、上顶盖12
‑
2和下底盖12
‑
9，上顶盖12
‑
2和下底盖12
‑
9的中心位置分别设有可视窗，上顶盖12
‑
2的中心设有可视窗i12
‑
3，下底盖12
‑
9的中心设有可视窗ii12
‑
11。上顶盖12
‑
2通过数个螺钉和螺母12
‑
4与釜体12
‑
1的顶部固定连接，下底盖12
‑
9通过数个螺钉和螺母与釜体12
‑
1的底部固定连接。釜体12
‑
1的中心中空腔体，上顶盖12
‑
2、釜体12
‑
1和下底盖12
‑
9构成可视化反应釜12的内部空间。釜体壁内设有环形的腔体，釜体12
‑
1上设有循环液进口12
‑
7和一个循环液出口12
‑
8，循环液进口12
‑
7和循环液出口12
‑
8与冷却循环泵15连接，使冷却循环液能够在釜体的环形腔体内循环，实现对可视化反应釜温度的控制。本实施例中，冷却循环液可以采用乙二醇。上顶盖12
‑
2处设有开口i12
‑
5和开口ii12
‑
6，开口i12
‑
5与围压控制系统连接，围压液通过开口i12
‑
5进入釜体的中空腔体内，开口ii12
‑
6与温度传感器27连接，温度传感器27用于测量围压液的温度。下底盖12
‑
9处设有开口iii12
‑
10和开口iv12
‑
12，开口iii12
‑
10与注入系统的六通阀i10连接，开口iv12
‑
12与产出系统连接。
49.本实施例中，玻璃刻蚀模型13为正方形，玻璃刻蚀模型13的边长为40mm，厚度为4mm，耐压2mpa。在可视化反应釜12内安放玻璃刻蚀模型13时，玻璃刻蚀模型13的进口与开
口iii12
‑
10对接，玻璃刻蚀模型13的出口与开口iv12
‑
12对接。玻璃刻蚀模型内设有微米级别的孔道，用于模拟储层多孔介质。本实施例中，釜体12
‑
1为不锈钢材料，高150mm、外径200mm，可视化反应釜12的内部空间高60mm、内径100mm，耐压30mpa。可视窗i12
‑
3和可视窗ii12
‑
11的直径均为50mm。
50.产出系统包括六通阀iii14、压力传感器ii28、回收池31、固相分离器18、回压阀19、气液分离器22、集气瓶23和集液瓶24，六通阀iii14分别与下底盖12
‑
9的开口iv12
‑
12、回收池31、固相分离器18的入口和压力传感器ii28连接，压力传感器ii28用于测量玻璃刻蚀模型的流出压力。回压阀19的入口与固相分离器18的出口连接，回压阀19的出口与气液分离器22的入口连接，气液分离器22的出气口与集气瓶23连接，气液分离器22的出液口与集液瓶24连接。
51.围压控制系统包括围压控制泵16和三通阀i17，围压控制泵16通过三通阀i17与上顶盖12
‑
2的开口i12
‑
5连通，压力传感器iii29连接于三通阀i17，压力传感器iii29用于测量釜体内围压液的压力。通过围压控制系统，向可视化反应釜的中空腔体内注入围压液。模拟过程中，可视化反应釜的中空腔体内充满围压液，玻璃刻蚀模型被围压液包围，围压液为玻璃刻蚀模型提供外部围压，起到保护玻璃刻蚀模型的作用，防止玻璃刻蚀模型内部压力过高而破碎。
52.回压控制系统包括回压控制泵20和三通阀ii21，回压控制泵20通过三通阀ii21与回压阀19的压力接口连通，压力传感器iv30连接于三通阀ii21。压力传感器iv30用于测量回压控制泵施加的回压大小。
53.图像
‑
数据采集系统包括视频显微镜25、光源和计算机26，视频显微镜25通过数据传输线连接计算机26，同时计算机26还通过数据线与压力传感器i11、压力传感器ii28、压力传感器iii29、压力传感器iv30和温度传感器27连接。光源位于可视窗ii12
‑
11的下方，光源强度和颜色可调，视频显微镜25位于可视窗i12
‑
3的上方，可拍摄玻璃刻蚀模型内的模拟实验现象。
54.调节六通阀ii2和六通阀i10，使平流泵1、中间容器i3和下底盖12
‑
9的开口iii12
‑
10连通，调节六通阀iii14使玻璃刻蚀模型的产出流体流入回收池31，在平流泵1的作用下，使中间容器i3内的去离子水注入玻璃刻蚀模型13中，反复冲洗玻璃刻蚀模型13，排净玻璃刻蚀模型13中的气泡和残渣。
55.第三步，盐水浸泡玻璃刻蚀模型。
56.调节六通阀ii2，连通平流泵1、中间容器ii4和下底盖12
‑
9的开口iii12
‑
10，在平流泵1的作用下，将间容器ii4内的盐水注入玻璃刻蚀模型13内，使玻璃刻蚀模型13得到充分浸泡，保证玻璃刻蚀模型13内部的孔道壁面润湿性达到稳定状态。
57.第四步，向玻璃刻蚀模型中注入粘土悬浮液。
58.调节六通阀ii2，使平流泵1、中间容器iii5和下底盖12
‑
9的开口iii12
‑
10连通，在平流泵1的作用下，将中间容器iii内的粘土悬浮液注入玻璃刻蚀模型13中。通过视频显微镜25观察到玻璃刻蚀模型13内部的孔道表面吸附上一层粘土后，关闭平流泵1，停止注入粘土悬浮液。
59.第五步，驱出玻璃刻蚀模型的孔道表面附着不牢固的粘土颗粒。
60.调节六通阀i10，使气体注入单元与下底盖12
‑
9的开口iii12
‑
10连通，依次打开甲
烷气瓶6、减压阀7、单向阀8和气体流量计9，向玻璃刻蚀模型13中注入气体，驱出玻璃刻蚀模型13的孔道表面附着不牢固的粘土颗粒。
61.第六步，重复第四步和第五步，反复向玻璃刻蚀模型13中注入粘土悬浮液和气体，通过视频显微镜25观察到孔道表面粘土含量和分布趋于稳定后，停止注入粘土悬浮液和气体。
62.第七步，再次使用盐水浸泡玻璃刻蚀模型。
63.调节六通阀ii2和六通阀i10，使平流泵1、中间容器ii4和下底盖12
‑
9的开口iii12
‑
10连通，在平流泵1的作用下，向玻璃刻蚀模型13中注入盐水，使盐水重新浸泡玻璃刻蚀模型13。
64.第八步，保持盐水注入，调节六通阀iii14，使固相分离器18的入口与下底盖12
‑
9的开口iv12
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12连通。同步调整回压控制泵20和围压控制泵16，使回压和围压逐渐升高至预设压力，并始终保持回压小于围压1mpa，并调节冷却循环泵15的温度到预设温度。本实施例中，回压控制泵20的设定压力为7mpa，围压控制泵16的设定压力为8mpa，冷却循环泵的设定温度为
‑
1℃。
65.第九步，生成水合物。
66.当压力传感器i11、压力传感器ii28测到的压力值、以及温度传感器27测量的温度值达到稳定后，调节六通阀i10，使气体注入单元、液体注入单元同时与下底盖12
‑
9的开口iii12
‑
10连通，并按照设定好的比例向玻璃刻蚀模型13中注入甲烷气体和盐水，待气
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水渗流稳定后，停止注入，关闭六通阀i10与气体注入单元、液体注入单元连通的阀门，关闭六通阀iii14与回收池31、固相分离器18连通的阀门，使玻璃刻蚀模型13保持封闭，静待水合物生成。
67.第十步，当通过视频显微镜25观察到玻璃刻蚀模型13中水合物生成且稳定后，调节六通阀iii14，使固相分离器18的入口与下底盖12
‑
9的开口iv12
‑
12连通，然后调节回压控制泵20，使回压逐渐下降，在此期间，调整围压控制泵16使围压同步下降，并始终保持围压高于回压1mpa。
68.第十一步，随着回压的降低，水合物逐渐分解，利用视频显微镜25实时观察水合物分解过程中粘土的行为响应，同时由压力传感器i11和压力传感器ii28实时测量玻璃刻蚀模型13的前、后压力。
69.以上对本发明所提供的泥质粉砂型水合物降压开采过程中粘土膨胀和运移的可视化模拟方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种泥质粉砂型水合物降压开采过程中粘土膨胀和运移的可视化模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：s1.配置粘土悬浮液；s2.冲洗可视化模拟装置的玻璃刻蚀模型:可视化模拟装置包括注入系统、可视化反应釜、玻璃刻蚀模型、冷却循环泵、产出系统、围压控制系统、回压控制系统和图像数据采集系统,玻璃刻蚀模型位于可视化反应釜内；所述注入系统包括气体注入单元、液体注入单元、六通阀i，气体注入单元包括依次连接的甲烷气瓶、减压阀、气体流量计和单向阀，单向阀与六通阀i连接，液体注入单元包括平流泵、六通阀ii、中间容器i、中间容器ii和中间容器iii，平流泵、中间容器i、中间容器ii和中间容器iii分别与六通阀ii连接，中间容器i内盛放去离子水，中间容器ii内盛放盐水，中间容器iii内盛放粘土悬浮液，并带有搅拌功能，三个中间容器的出口分别与六通阀i连接，六通阀i还与可视化反应釜和压力传感器i连接；所述可视化反应釜包括釜体、上顶盖和下底盖，上顶盖和下底盖的中心位置分别设有可视窗，上顶盖与釜体的顶部固定连接，下底盖与釜体的底部固定连接，釜体的中心设有中空腔体，釜体壁内设有环形腔体，釜体上设有循环液进口和循环液出口，循环液进口和循环液出口分别与冷却循环泵连接，使冷却循环液在釜体的环形腔体循环，上顶盖处设有开口i和开口ii，开口i与围压控制系统连接，开口ii与温度传感器连接，下底盖处设有开口iii和开口iv，开口iii与的六通阀i连接，开口iv与产出系统连接，玻璃刻蚀模型的进口与开口iii对接，玻璃刻蚀模型的出口与开口iv对接；所述产出系统包括六通阀iii、压力传感器ii、回收池、固相分离器、回压阀、气液分离器、集气瓶和集液瓶，六通阀iii分别与下底盖的开口iv、回收池、固相分离器的入口和压力传感器ii连接，回压阀的入口与固相分离器的出口连接，回压阀的出口与气液分离器的入口连接，气液分离器的出气口与集气瓶连接，气液分离器的出液口与集液瓶连接；所述围压控制系统包括围压控制泵和三通阀i，围压控制泵通过三通阀i与上顶盖的开口i连通，压力传感器iii连接于三通阀i，所述回压控制系统包括回压控制泵和三通阀ii，回压控制泵通过三通阀ii与回压阀的压力接口连通，压力传感器iv连接于三通阀ii；所述图像数据采集系统包括视频显微镜、光源和计算机，视频显微镜通过数据传输线连接计算机，计算机还通过数据线连接与压力传感器i、压力传感器ii、压力传感器iii、压力传感器iv和温度传感器连接；调节六通阀ii和六通阀i，使平流泵、中间容器i和下底盖的开口iii连通，调节六通阀iii使玻璃刻蚀模型的产出流体流入回收池，中间容器i内的去离子水注入玻璃刻蚀模型中，反复冲洗玻璃刻蚀模型，排净玻璃刻蚀模型中的气泡和残渣；s3.盐水浸泡玻璃刻蚀模型：调节六通阀i，连通平流泵、中间容器ii和下底盖的开口iii，中间容器ii内的盐水注入玻璃刻蚀模型内，使玻璃刻蚀模型得到充分浸泡；s4.向玻璃刻蚀模型中注入粘土悬浮液：调节六通阀ii，使平流泵、中间容器iii和下底盖的开口iii连通，中间容器iii内的粘土悬浮液注入玻璃刻蚀模型中，通过视频显微镜观察到玻璃刻蚀模型内部的孔道表面吸附上一层粘土后，关闭平流泵，停止注入粘土悬浮液；
s5.驱出玻璃刻蚀模型的孔道表面附着不牢固的粘土颗粒：调节六通阀i，使气体注入单元与下底盖的开口iii连通，依次打开甲烷气瓶、减压阀、单向阀和气体流量计，向玻璃刻蚀模型中注入气体，驱出玻璃刻蚀模型的孔道表面附着不牢固的粘土颗粒；s6.重复s4和s5，反复向玻璃刻蚀模型中注入粘土悬浮液和气体，通过视频显微镜观察到孔道表面粘土含量和分布趋于稳定后，停止注入粘土悬浮液和气体；s7.再次使用盐水浸泡玻璃刻蚀模型；s8.保持盐水注入，调节六通阀iii，使固相分离器的入口与下底盖的开口iv连通，同步调整回压控制泵和围压控制泵，使回压和围压逐渐升高至预设压力，并始终保持回压小于围压1mpa，并调节冷却循环泵的温度到预设温度；s9.生成水合物：当压力传感器i、压力传感器ii测到的压力值、以及温度传感器测量的温度值达到稳定后，调节六通阀i，使气体注入单元、液体注入单元同时与下底盖的开口iii连通，按照比例向玻璃刻蚀模型中注入甲烷气体和盐水，待气
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水渗流稳定后，停止注入，关闭六通阀i与气体注入单元、液体注入单元连通的阀门，关闭六通阀iii与回收池、固相分离器连通的阀门，使玻璃刻蚀模型保持封闭，静待水合物生成；s10.当通过视频显微镜观察到玻璃刻蚀模型中水合物生成且稳定后，调节六通阀iii，使固相分离器的入口与下底盖的开口iv连通，调节回压控制泵，使回压逐渐下降，同时调整围压控制泵使围压同步下降，并始终保持围压高于回压1mpa；s11.随着回压的降低，水合物逐渐分解，利用视频显微镜实时观察水合物分解过程中粘土的行为响应，由压力传感器i和压力传感器ii实时测量玻璃刻蚀模型的前、后压力。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤s1中，根据地层水的离子种类和浓度，配置可替代地层水的盐水，然后向盐水中加入粘土，并用磁力搅拌器搅拌30min以上，初步得到粘土悬浮液，再对粘土悬浮液超声分散1h以上。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤s8中，回压控制泵的设定压力为7mpa，围压控制泵的设定压力为8mpa，冷却循环泵的设定温度为
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1℃。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述光源位于可视窗ii的下方，视频显微镜位于可视窗i的上方。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述冷却循环液采用乙二醇。
技术总结
本发明涉及水合物模拟实验，特别是一种泥质粉砂型水合物降压开采过程中粘土膨胀和运移的可视化模拟方法。包括以下步骤：配置粘土悬浮液、盐水浸泡玻璃刻蚀模型、向玻璃刻蚀模型中注入粘土悬浮液、驱出玻璃刻蚀模型的孔道表面附着不牢固的粘土颗粒、再次使用盐水浸泡玻璃刻蚀模型、生成水合物、水合物逐渐分解。其能够有效控制孔隙结构变量，实现对水合物降压开采过程中粘土膨胀和运移等行为的直观观察，从而阐明粘土行为演化规律，为实际泥质粉砂型水合物降压开采过程中粘土行为的调控提供技术支撑。术支撑。术支撑。


技术研发人员：王壮壮 陈强 吴能友 胡高伟 刘昌岭
受保护的技术使用者：青岛海洋地质研究所
技术研发日：2021.02.26
技术公布日：2021/6/29