含水合物沉积物出砂过程模拟专用反应釜及其测试方法

摘要

本发明属于海洋天然气水合物资源开发工程技术领域，具体涉及一种能够模拟真实应力条件下含水合物沉积物出砂过程参数动态变化规律的专用反应釜及其测试方法。包括加压釜装置和抱紧装置，加压釜装置包括反应釜本体、沉积物夹持胶桶、上法兰盖、支撑法兰、下法兰盖和活塞加压顶杆，沉积物夹持胶桶和支撑法兰设置在反应釜本体内，支撑法兰沿反应釜本体内壁滑动，且支撑法兰与反应釜本体的内壁之间设有供围压液流通的流动通道；所述活塞加压顶杆的一端穿过上法兰盖与支撑法兰接触，对应的在支撑法兰的端面设有与活塞加压顶杆接触的凹槽。满足水合物沉积物试样原位形成要求，达到实际地层含水合物饱和度条件下的出砂动态模拟。

权利要求

1.一种含水合物沉积物出砂过程模拟专用反应釜，其特征在于：包括加压釜装置和抱紧装置，所述加压釜装置包括反应釜本体(3)、沉积物夹持胶桶(7)、上法兰盖(2)、支撑法兰(4)、下法兰盖(8)和活塞加压顶杆(10)，沉积物夹持胶桶(7)和支撑法兰(4)设置在反应釜本体(3)内，支撑法兰(4)沿反应釜本体(3)内壁滑动，且支撑法兰(4)与反应釜本体(3)的内壁之间设有供围压液流通的流动通道，上法兰盖(2)和下法兰盖(8)分别安装于反应釜本体(3)的两端，沉积物夹持胶桶(7)的两端分别与支撑法兰(4)和下法兰盖(8)密封连接；

所述反应釜本体(3)的内壁与沉积物夹持胶桶(7)之间设有盛装围压液的空间，上法兰盖(2)上设有与该空间连通的围压液入口(12)和围压液出口(11)，活塞加压顶杆(10)的一端穿过上法兰盖(2)与支撑法兰(4)接触，对应的在支撑法兰的端面设有与活塞加压顶杆接触的凹槽，上法兰盖(2)和支撑法兰(4)上均设有与沉积物夹持胶桶(7)的内部连通的孔隙压力介质注入孔；

反应釜本体(3)沿其轴线方向设有抱紧装置，所述抱紧装置包括两个对称设置的带孔半开缸套(19)、与带孔半开缸套固定连接的调整连杆(17)和用于放置调整连杆的调整连杆座(18)，调整连杆座(18)固定在反应釜本体(3)上，带孔半开缸套(19)位于沉积物夹持胶桶(7)的外侧，带孔半开缸套(19)的内径与沉积物夹持胶桶(7)的外径相对应；

所述支撑法兰(4)的外边缘设有三个凸起，凸起与反应釜本体(3)的内部接触，且凸起能够沿反应釜本体(3)的内壁滑动。

2.根据权利要求1所述的含水合物沉积物出砂过程模拟专用反应釜，其特征在于：所述孔隙压力介质注入孔内设有孔隙压力介质注入直管，上法兰盖(2)与孔隙压力介质注入直管(1)、活塞加压顶杆(10)之间动密封连接；

所述支撑法兰(4)与沉积物夹持胶桶(7)的接触端设有多孔导流板(5)；

所述下法兰盖(8)朝向沉积物夹持胶桶的端面设有产出砂粒收集腔(13)，产出砂粒收集腔(13)呈倒三角形，下法兰盖(8)与沉积物夹持胶桶(7)的接触端固定有多孔网板(14)，多孔网板(14)的孔的形状为外楔形；

所述下法兰盖(8)内设有孔隙压力介质出口(15)，孔隙压力介质出口(15)与产出砂粒收集腔(13)连通。

3.根据权利要求1所述的含水合物沉积物出砂过程模拟专用反应釜，其特征在于：所述调整连杆(17)与反应釜本体(3)之间动密封连接。

4.一种利用权利要求2所述含水合物沉积物出砂过程模拟专用反应釜的测试方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)密封性检查：

样品安装前，检查活塞加压顶杆与上法兰盖之间的动密封、孔隙压力注入直管与上法兰盖之间的动密封、调整连杆与釜体之间的动密封以及上下法兰盖与釜体之间的密封性是否完好；

(2)装样：

①将反应釜整体翻转，使反应釜本体竖直放置，下法兰盖处于反应釜本体的底端，将沉积物夹持胶桶与多孔网板固定在下法兰盖端面，抱紧装置将沉积物夹持胶桶抱紧；

②将实验用沉积物压入试样夹持胶桶内，安装多孔导流板、支撑法兰、活塞加压顶杆和上法兰盖，连接孔隙压力介质注入直管；

(3)生成水合物：

将反应釜翻转90°处于水平状态，下法兰盖的孔隙压力介质出口位于最下端，施加围压和轴压，当应力状态达到实际地层应力水平后，打开孔隙压力介质出口，通过孔隙压力介质注入直管向沉积物内注入气体，驱离管线及沉积物孔隙中的空气；然后孔隙压力介质注入孔和孔隙压力介质出口同时向沉积物孔隙加压，当孔隙压力达到实际地层孔隙压力水平或小于围压1MPa时停止加压，将系统置于1～2℃降温生成水合物；当沉积物中压力下降时及时补充压力，48～72小时后水合物生成完毕；

(4)模拟出砂并测试：

打开孔隙压力介质出口，连接天平或粒度测试仪，利用孔隙压力介质注入孔向沉积物中以恒定速率或恒定压力持续注入液体，同时记录孔压出、入口端的压力随时间的变化曲线，记录天平读数随时间的变化曲线，每隔10-20min用粒度仪测量产出砂粒径的分布规律；

稳定驱替3-5小时，分析沉积物试样的驱替整体渗透率、沉积物颗粒产出临界水流速、沉积物颗粒产出临界压降梯度、沉积物颗粒产出量、沉积物颗粒产出粒径随时间的变化，综合分析含水合物沉积物出砂规律的演化规律。

5.根据权利要求4所述的含水合物沉积物出砂过程模拟专用反应釜的测试方法，其特征在于：所述上法兰盖内的孔隙压力注入直管和支撑法兰内的孔隙压力介质注入孔在安装过程中保证连接在一条线上。

说明书

含水合物沉积物出砂过程模拟专用反应釜及其测试方法

技术领域

[0001] 本发明属于海洋天然气水合物资源开发工程技术领域，具体涉及一种能够模拟在海底真实应力条件下进行含水合物松散沉积物出砂过程观测的反应釜及相应含水合物沉积物动态出砂参数测试方法。

背景技术

[0002] 天然气水合物资源是一种潜在的能源，具有分布广、能源密度高等特点，水合物资源开采研究已成为国际热点问题。目前全球水合物研究已经逐渐从勘探阶段整体转入试开采阶段，距离工业化开采还有很长的路要走。

[0003] 我国目前已经加快研究步伐，加快对海洋天然气水合物资源的勘探开发工作。根据前期国际试开采经验，由于水合物地层埋深浅，胶结程度较差，处于未成岩状态，再加上水合物分解造成的地层强度衰减，将导致水合物开采地层出砂。特别是对于目前全球公认为对水合物开采效果最佳的降压法，虽然提高生产压差有助于提高产能，但过大的生产压降势必造成井筒的坍塌、地层大量出砂等工程问题，特别是加拿大Mallik2007～2008项目和日本Nankai Trough 2013项目经历均表明，出砂现象是制约天然气水合物资源长效开采的关键因素。因此，要实现水合物资源的高效开采，必须攻克地层中压力波的高效传递问题和出砂问题带来的困扰。

[0004] 为了充分认识海洋天然气水合物降压过程中的出砂机理，评价降压制度对地层出砂条件的影响程度，观察出砂粒径、出砂速率及其时间演化规律，从而为降压方案的合理制度提供依据，进行含天然气水合物沉积物出砂规律室内模拟试验是解决上述问题的必要手段之一。专利号CN205786187U和CN105675449A分别公开了一种适合于天然气水合物松散沉积物一维渗流条件下砂粒运移规律的测试装置及横向砂粒运移规律监测方法，为一定降压条件下松散沉积物地层出砂规律探测提供了依据，获取了大量的水合物松散沉积物出砂规律模拟数据。但上述发明无法模拟实际地层真实应力条件，也无法模拟不同水合物饱和度条件下松散地层的出砂规律，模拟结果与实际地层出砂规律是否完全一致仍有待进一步研究。

[0005] 为此，为满足我国粉砂质储层天然气水合物资源的开发需求，精确刻画地层应力、水合物饱和度条件下的地层出砂规律，本发明将公布一种能在室内试验条件下模拟地层真实应力条件并进行出砂规律测试的反应釜及其配套的动态出砂过程测试方法。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提出了一种真实应力环境下含水合物沉积物出砂过程模拟专用反应釜及其测试方法，满足水合物沉积物试样原位形成要求，能够通过控制不同的温压、起始气水条件控制沉积物中的水合物饱和度，达到实际含水合物饱和度条件下出砂动态模拟的有益效果。

[0007] 本发明的技术方案是：一种含水合物沉积物出砂过程模拟专用反应釜，其中，包括加压釜装置和抱紧装置，所述加压釜装置包括反应釜本体、沉积物夹持胶桶、上法兰盖、支撑法兰、下法兰盖和活塞加压顶杆，沉积物夹持胶桶和支撑法兰设置在反应釜本体内，支撑法兰能够沿反应釜本体内壁滑动，且支撑法兰与反应釜本体的内壁之间设有供围压液流通的流动通道，上法兰盖和下法兰盖分别安装于反应釜本体的两端，沉积物夹持胶桶的两端分别与支撑法兰和下法兰盖密封连接；

[0008] 所述反应釜本体的内壁与沉积物夹持胶桶之间设有盛装围压液的空间，上法兰盖上设有与围压液间隙连通的围压液入口和围压液出口，活塞加压顶杆的一端穿过上法兰盖与支撑法兰接触，对应的在支撑法兰的端面设有与活塞加压顶杆接触的凹槽，上法兰盖和支撑法兰上均设有与沉积物夹持胶桶的内部连通的孔隙压力介质注入孔；

[0009] 反应釜本体沿其轴线方向设有抱紧装置，所述抱紧装置包括两个对称设置的带孔半开缸套、与带孔半开缸套固定连接的调整连杆和用于放置调整连杆的调整连杆座，调整连杆座固定在反应釜本体上，带孔半开缸套位于沉积物夹持胶桶的外侧，且与沉积物夹持胶桶的形状相对应。带孔半开缸套的长度比沉积物夹持胶桶的长度小2±0.5cm。

[0010] 本发明中，所述支撑法兰的外边缘设有三个凸起，凸起与反应釜本体的内部接触，且凸起分别沿反应釜本体的内壁滑动。支撑法兰的主要作用是支撑样品，通过支撑法兰的三角支撑模式，实现支撑法兰上下围压液的联通，从而能使样品初始状态处于三向等应力条件下进行测试。

[0011] 所述孔隙压力介质注入孔内设有孔隙压力介质注入直管，上法兰盖与孔隙压力介质注入直管、活塞加压顶杆之间动密封连接。上法兰盖与活塞加压顶杆、以及上法兰盖与孔隙压力介质注入直管之间分别采用锥形密封环密封。保证活塞加压顶杆和孔隙压力介质注入直管既能活动，又能在高压条件下保持密封。

[0012] 所述支撑法兰与沉积物夹持胶桶的接触端设有多孔倒流板。通过多孔导流板，使注入流体能够均匀的进入沉积物夹持胶桶内。

[0013] 所述下法兰盖朝向沉积物夹持胶桶的端面设有产出砂粒收集腔，产出砂粒收集腔呈倒三角形，倒三角形砂粒收集腔既能保证落入空腔的砂粒能顺利产出，又能保证下法兰盖的强度。下法兰盖与沉积物夹持胶桶的接触端固定有多孔网板，多孔网板的孔的形状为外楔形，保证从样品中驱出来的砂粒不会滞留在多孔网板内，而是进入到法兰盖空腔中。多孔网板设置在产出砂粒收集腔内。

[0014] 所述下法兰盖内设有孔隙压力介质出口，孔隙压力介质出口与产出砂粒收集腔连通。

[0015] 所述调整连杆与反应釜本体之间动密封连接。调整连杆与反应釜本体之间通过密封环密封，使调整连杆既能上下活动，又能在高压条件下保持密封。调整连杆与调整连杆座之间采用螺纹连接。

[0016] 本发明还包括利用上述反应釜的测试方法，该方法包括以下步骤：

[0017] (1)密封性检查：

[0018] 样品安装前，检查活塞加压顶杆与上法兰盖之间的动密封、孔隙压力注入直管与上法兰盖之间的动密封、调整连杆与釜体之间的动密封以及上下法兰盖与釜体之间的密封性是否完好；

[0019] (2)装样：

[0020] ①将反应釜整体翻转，使反应釜本体竖直放置，下法兰盖处于反应釜本体的底端，将沉积物夹持胶桶与多孔网板固定在下法兰盖端面，抱紧装置将沉积物夹持胶桶抱紧；

[0021] ②将试验用沉积物压入试样夹持胶桶内，安装支多孔导流板、支撑法兰、塞加压顶杆和上法兰盖，连接孔隙压力介质注入直管；

[0022] (3)生成水合物：

[0023] 将反应釜翻转90°处于水平状态，下法兰盖的孔隙压力介质出口位于最下端，施加围压和轴压，当应力状态达到实际地层应力水平后，打开孔隙压力介质出口，通过孔隙压力介质注入直管向沉积物内注入气体，驱离管线及沉积物孔隙中的空气；然后孔隙压力介质注入口和孔隙压力介质出口同时向沉积物孔隙加压，当孔隙压力达到实际地层孔隙压力水平或小于围压1MPa时停止加压，将系统置于1～2℃降温生成水合物；当沉积物中压力下降时及时补充压力，48～72小时后水合物生成完毕；

[0024] (4)模拟出砂并测试：

[0025] 打开孔隙压力介质出口，连接天平或粒度测试仪，利用孔隙压力介质入口向沉积物中以恒定速率或恒定压力持续注入液体，同时记录孔压出、入口端的压力随时间的变化曲线，记录天平读数随时间的变化曲线，每隔10-20min用粒度仪测量产出砂粒径的分布规律；

[0026] 稳定驱替3-5小时，分析沉积物试样的驱替整体渗透率、沉积物颗粒产出临界水流速、沉积物颗粒产出临界压降梯度、沉积物颗粒产出量、沉积物颗粒产出粒径随时间的变化，综合分析含水合物沉积物出砂规律的演化规律。

[0027] 所述上法兰盖内的孔隙压力注入直管和支撑法兰内的孔隙压力介质注入孔在安装过程中保证连接在一条线上。

[0028] 本发明的有益效果是：

[0029] (1)围压液和活塞加压顶杆联合，有益于实现真实地层条件下岩心所处的应力环境，使模拟结果更接近工程实际；

[0030] (2)带孔半开缸套与沉积物夹持胶桶的配合，有效解决了松散沉积物装样、围压施加过程中形状保持困难和釜体水平放置条件下试样“站立”困难的技术难题；

[0031] (3)通过增加釜体内部三角支撑模式的支撑法兰，克服了试样初始状态无法达到三向等应力状态的困难，支撑法兰内侧多孔导流网板促进了流体在沉积物端面的均匀推进；

[0032] (4)下法兰盖内侧的多孔网板孔的外楔形孔及倒三角形的产出砂粒收集腔，有效避免了微量产出砂在釜体流通通道中的堆积，使测量出砂量更加准确；

[0033] (5)本发明的反应釜满足水合物沉积物试样原位形成要求，能够通过控制不同的温压、起始气水条件控制沉积物中的水合物饱和度，达到实际含水合物饱和度条件下出砂动态模拟的有益效果。

附图说明

[0034] 图1是含水合物沉积物出砂过程模拟专用反应釜的结构示意图；

[0035] 图2是支撑法兰与釜体内壁的接触方式结构示意图；

[0036] 图3是抱紧装置的结构示意图；

[0037] 图4是含水合物沉积物出砂过程测试方法流程图。

[0038] 图中：1孔隙压力介质注入直管；2上法兰盖；3反应釜本体；4支撑法兰；5多孔导流板；6温度传感器；7沉积物夹持胶桶；8下法兰盖；9沉积物样品；10活塞加压顶杆；11围压液出口；12围压液入口；13产出砂粒收集腔；14多孔网板；15孔隙压力介质出口；16釜体支架平台；17调整连杆；18调整连杆座；19带孔半开缸套。

具体实施方式

[0039] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

[0040] 本发明所述的含水合物沉积物出砂过程模拟专用反应釜包括加压釜装置和抱紧装置，加压釜装置放置在釜体支架平台16上。如图1所示，加压釜装置包括反应釜本体3、上法兰盖2、支撑法兰4、下法兰盖8、活塞加压顶杆10和沉积物夹持胶桶7，上法兰盖2和下法兰盖8分别固定于反应釜本体3的两端，上法兰盖是可拆卸法兰，下法兰盖为固定法兰。支撑法兰4和沉积物夹持胶桶7设置在反应釜本体3内，沉积物夹持胶桶7的一端与支撑法兰4密封连接，另一端与下法兰盖8密封连接。本实施例中，胶桶的端面呈棱型设计，实现沉积物夹持胶桶与支撑法兰和下法兰盖的密封。反应釜本体3及其附属结构采用钛合金材料制成。

[0041] 反应釜本体3和沉积物夹持胶桶7之间存在一定的空间，该空间内填充有围压液。上法兰盖2上设有与该空间连通的围压液入口12和围压液出口11。可以采用水、乙二醇等常规液体施加围压，围压上限为25MPa，能够通过围压液给内部试样降温，通过温度传感器6实时监测围压腔内流体的温度。支撑法兰4的边均匀设置三个凸起，凸起与反应釜本体3的内部接触，且凸起沿反应釜本体3的内壁滑动，从而使支撑法兰4与反应釜本体3的内壁之间形成供围压液流通的流动通道，即支撑法兰通过三角支撑模式与釜体内壁连接。支撑法兰的主要作用是支撑样品，通过支撑法兰三角支撑模式实现支撑法兰上下围压液的联通，从而能使样品在初始状态处于三向等应力条件下进行试验。支撑法兰4与沉积物夹持胶桶7的接触端设有多孔导流板5，使注入流体能够均匀地进入沉积物夹持胶桶7内。围压液入口11与外部的围压控制装置连接，围压控制装置主要实现围压液的注入和围压跟踪，可以用常规围压泵控制。

[0042] 活塞加压顶杆10的一端穿过上法兰盖2与支撑法兰4接触，对应的在支撑法兰的端面设有与活塞加压顶杆接触的凹槽。活塞加压顶杆与外部的加压装置连接，给样品施加模拟水平地层压力，在围压液施加三向等应力条件后，通过活塞杆的移动改变试验样品的应力状态，使样品在实际出砂模拟时所处的应力状态与地层应力状态一致。活塞加压顶杆与外部的定量加压装置连接，其作用是通过为试验样品施加模拟水平地层应力。

[0043] 上法兰盖2和支撑法兰4上均设有与沉积物夹持胶桶7的内部连通的孔隙压力介质注入孔，孔隙压力介质注入孔内设有孔隙压力介质注入直管1。通过孔隙介质压力注入口向沉积物样品内部增压，从而合成水合物，原位生成含水合物沉积物试验样品。上法兰盖与活塞加压顶杆、孔压注入直管之间分别采用两套锥形密封环密封，保证活塞加压顶杆和孔隙压力注入直管既能上下活动，又能在高压条件下保持密封。孔隙压力的注入可以用泵速恒流泵控制。

[0044] 反应釜本体3沿其轴线方向设有至少一个抱紧装置，抱紧装置包括两个对称设置的带孔半开缸套19、调整连杆17和调整连杆座18，调整连杆17与带孔半开缸套19固定连接，调整连杆17放置在调整连杆座18上，调整连杆17与调整连杆座18之间螺纹连接，调整连杆座18焊接在反应釜本体3上。调整连杆过程中，通过拧动调整连杆与调整连杆座间的螺纹连接，带动调整连杆17和带孔半开缸套19的移动；带孔半开缸套19位于沉积物夹持胶桶7的外侧，且与沉积物夹持胶桶7的形状相对应，带孔半开缸套19的长度比沉积物夹持胶桶7的长度小2±0.5cm。本实施例中，沉积物夹持胶桶7为圆柱形，带孔半开缸套18为两个半圆形的多孔钢板，其内径与沉积物夹持胶桶一致，可以通过调整连杆实现带孔半开缸套的开闭。装样过程中向外拧动调整连杆，带动半开缸套向反应釜本体移动，腾出空间供胶桶及试样安装。装样结束后向内拧动调整连杆，带动带孔半开缸套向胶桶移动，最终两个半开胶桶紧抱胶桶，保证反应釜本体在水平条件下试样不会变形，从而克服松散沉积物无法“站立”的难题。

[0045] 调整连杆17与反应釜本体之间采用锥形密封环密封，保证调整连杆17既能上下活动，又能在高压条件下保持密封。

[0046] 下法兰盖8与沉积物夹持胶桶接触的端面设有产出砂粒收集腔13，当反应釜水平放置时，产出砂粒收集腔13呈倒三角形，倒三角形的主要目的是保证落入空腔的砂粒能顺利产出，又能保证下法兰盖的强度。下法兰盖与沉积物夹持胶桶的接触面安装多孔网板14，多孔网板14设置在产出砂粒收集腔13内。多孔网板14的主要作用是支撑样品，保证样品不会被从胶桶中挤出来。多孔网板14上的孔呈外楔形，保证从样品中驱出来的砂粒不会滞留在多孔网板内，而是进入到产出砂粒收集腔13内。下法兰盖8内设有孔隙压力介质出口15，孔隙压力介质出口15与产出砂粒收集腔13连通。孔隙压力介质出口15与产出砂测量装置连接，产出砂测量装置可以是高精度天平、固液分离气及激光粒度仪等。

[0047] 本发明还包括含水合物沉积物出砂过程模拟测试方法，该方包含如下步骤，如图4所示：

[0048] 第一步，密封性检查：

[0049] 样品安装前，检查各密封位置密封环是否完好无损，主要检查点有活塞加压顶杆与上法兰盖之间的动密封、孔压注入直管与上法兰盖之间的动密封、调整连杆与釜体之间的动密封以及上下法兰盖与釜体之间的密封。

[0050] 第二步，装样：

[0051] 将反应釜整体翻转，使釜体竖直放置，此时下法兰盖8位于反应釜本体3的底端，取下上法兰盖2和支撑法兰4，向外拧动调整连杆17，使带孔半开缸套19与反应釜本体的内壁接触，让出装样空间；

[0052] 安装下法兰盖内侧的多孔网板14，将沉积物夹持胶桶7与多孔网板14固定在下法兰盖8的内侧端面，向内拧动调整连杆17，使带孔半开缸套19抱紧，保证装样、压实及水合物合成过程中试样形状维持不变；

[0053] 分四次将一定含水饱和度的试验用沉积物压入试样夹持胶桶内，分层压实，然后安装支撑法兰内侧的多孔导流板5和支撑法兰4，调整支撑法兰4的位置，连接孔隙压力注入直管；

[0054] 安装活塞加压顶杆10和上法兰盖2，安装过程中，如果孔隙压力注入直管与上法兰盖与支撑法兰的连接口不在同一条线上将会导致孔隙压力注入直管承受压弯力，影响密封效果，因此要保证上法兰盖内的孔隙压力注入直管1和支撑法兰内的孔隙压力注入孔连接在一条线上。

[0055] 第三步，生成水合物：

[0056] 将反应釜翻转90°，使反应釜本体处于水平状态，保证下法兰盖8的孔隙压力介质出口15位于最下端，以便后续试验过程中砂、液的顺利产出和精确测量；

[0057] 通过外部的围压控制系统向沉积物夹持胶桶的外侧施加围压，通过外部的定量加压装置，使活塞加压顶杆10向沉积物夹持胶桶施加轴压，当应力状态达到实际地层应力大小后，孔隙压力注入直管连接高压气瓶，打开孔隙压力介质出口15，以较低的速率向沉积物注入甲烷气体，驱离管线及沉积物孔隙中的空气；然后将孔隙压力注入直管和孔隙压力介质出口15同时连接高压气瓶给沉积物孔隙加压，当孔隙压力达到预设条件，例如实际地层孔隙压力水平或小于围压1MPa，时停止加压，将系统置于低温系统，如1～2℃降温生成水合物；当沉积物中压力下降时及时补充压力，48～72小时后水合物生成完毕。

[0058] 第四步，模拟出砂并测试:

[0059] 打开孔隙压力介质出口，连接外部的天平或粒度测试仪，利用孔隙压力介质入口向沉积物中以恒定速率或恒定压力持续注入液体，同时记录孔压出、入口端的压力随时间的变化曲线，记录天平读数随时间的变化曲线，每隔一定时间，如10～20min用粒度仪测量产出砂粒径的分布规律；

[0060] 稳定驱替3～5小时，分析沉积物试样的驱替整体渗透率、沉积物颗粒产出临界水流速、沉积物颗粒产出临界压降梯度、沉积物颗粒产出量、沉积物颗粒产出粒径等参数随时间的变化，综合分析含水合物沉积物出砂规律的演化规律。

[0061] 整个测试过程中保持系统温度不变，避免温度扰动对测试结果的影响；整个测试过程中保持围压不变、模拟水平应力不变，使沉积物始终处于恒定的应力环境下进行测试。

[0062] 通过上述试验方法，本发明能够实现以下功能：

[0063] (1)模拟真实海洋水合物沉积物所处的应力环境；

[0064] (2)模拟实际含水合物储层的水合物饱和度条件；

[0065] (3)使用恒流泵依次进行试验获取含水合物沉积物的临界出砂水流流速条件；

[0066] (4)使用恒压泵定压驱替模拟不同降压模式条件下含水合物沉积物出砂粒径；

[0067] (5)观测真实地应力条件下出砂量随时间的变化规律；

[0068] (6)模拟不同水合物饱和度对沉积物出砂规律的影响。

[0069] 实施例1

[0070] 一种模拟含水合物沉积物出砂测试用反应釜的测试方法，包括以下步骤：

[0071] 第一步，密封性检查：

[0072] 不装试样样品，连接上、下法兰盖，向釜体内部注入20MPa的水压压力，检查各密封位置密封环是否完好无损，主要检查点有活塞加压顶杆10与上法兰盖2之间的动密封、孔压注入直管1与上法兰盖2之间的动密封、调整连杆17与釜体3之间的动密封以及上法兰盖2与釜体3之间的密封、下法兰盖8与釜体3之间的密封，各密封点不漏的标准是釜体内部压力维持恒定10h以上。

[0073] 第二步，装样：

[0074] 将高压釜整体翻转，使釜体竖直放置，下法兰盖8处于反应釜本体3的最下端，打开上法兰盖2和支撑法兰4，向外拧动调整连杆17使带孔半开缸套19与釜体3内壁接触，让出装样空间；

[0075] 在下法兰盖8的内侧安装多孔网板14，将试样夹持胶桶7与楔形孔多孔网板14固定在下法兰盖8的内端面，向内拧动调整连杆17，使带孔半开缸套19抱紧试样夹持胶桶7，保证装样、压实和水合物合成过程过程中试样形状维持不变；

[0076] 分四次将一定含水饱和度的试验用沉积物9压入试样夹持胶桶7内，分层压实，然后在支撑法兰4内侧安装多孔导流板5，调整支撑法兰4的位置，连接孔隙压力注入直管；

[0077] 安装活塞加压顶杆10和上法兰盖2，保证上法兰盖2与孔隙压力注入直管和支撑法兰4的注入孔连接在一条直线上；

[0078] 第三步，生成水合物：

[0079] 连接外部的围压控制系统、定量加压装置和温压传感器，将反应釜翻转90°处于水平状态，保证下法兰盖8的产出砂颗粒收集腔13位于最下端，以便后续试验过程中砂、液的顺利产出和精确测量；

[0080] 围压控制系统向沉积物夹持胶桶的外部施加14MPa的围压，定量加压装置通过活塞加压顶杆10向沉积物夹持胶桶施加15MPa的轴压，孔隙压力注入直管连接高压气瓶，打开孔隙压力介质出口15，以较低的速率向沉积物注入甲烷气体，驱离管线及沉积物孔隙中的空气；然后将孔隙压力注入直管和孔隙压力介质出口15同时连接高压气瓶，向沉积物孔隙加压，当孔隙压力达到13MPa时停止加压，将系统置于1℃的低温系统降温生成水合物；当沉积物中压力下降时及时补充压力，72h之后认为水合物生成完毕。

[0081] 第四步，模拟出砂并测试：

[0082] 打开孔压介质出口15，连接能够实时读取和记录数据的高精度天平，用恒压泵给试样沉积物样品9恒定加压，使沉积物上游孔隙压力始终保持在13MPa，天平实时记录产出水量与产砂量随时间的变化曲线，观察水合物分解过程中试样出砂量的变化规律；

[0083] 当沉积物试样中的水合物完全分解后，继续以恒定加压模式向沉积物试样9中注入流体，使沉积物上游孔隙压力保持在13MPa，用天平实时记录产水量与产砂量水时间的变化，观察水合物分解后沉积物试样出砂量的变化规律；

[0084] 在上述步骤中，每隔20min从天平烧杯中取固定量的产出砂，用激光粒度仪进行粒度测试，观察含水合物沉积物出砂粒径随时间的变化规律；

[0085] 在上述步骤中，连续记录上下游孔隙压力的变化情况，进而分析沉积物试样的驱替整体渗透率等参数随时间的变化，综合分析含水合物沉积物出砂规律的演化规律。

[0086] 在上述步骤的整个测试过程中保持系统温度不变，始终保持在1℃，避免温度扰动对测试结果的影响；整个测试过程中保持围压保持为14MPa、模拟水平应力保持为15MPa，使沉积物始终处于恒定的应力环境下进行测试。

[0087] 当然，上述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定对本发明的实施例范围。本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的均等变化与改进等，均应归属于本发明的专利涵盖范围内。