滲流電摸擬實驗裝置流程圖

❶ 物理沉積模擬研究方法與步驟

對湖盆沉積砂體的形成與演變依據一定的科學准則對碎屑沉積砂體的形成與演變進行模擬是碎屑岩沉積學發展的重要邊緣分支學科，也是研究碎屑沉積體系分布的一條重要途徑。物理模擬研究就是將自然界真實的碎屑沉積體系從空間尺寸及時間尺度上都大大縮小，並抽取控制體系發展的主要因素，建立實驗模型與原型之間應滿足的對應量的相似關系。這種相似關系建立的基礎乃是一些基本的物理定律。如質量、動量和能量守恆定律等。

1.物理模擬研究的基本步驟

現在看來，碎屑沉積模擬一般可分為物理模擬和數值模擬兩個方面。物理模擬是數值模擬的基礎，可以驗證數值模擬的正確性；數值模擬反過來可以有效地指導物理模擬，使物理模擬具有一定的前瞻性。應當說，物理模擬與數值模擬相輔相成，對實際問題的解決可以起到相互促進的作用。

物理模擬是對自然界中的物理過程在室內進行模擬，其發展歷史已逾百年，在水文工程及河流地貌學上應用較廣，已經初步建立了一套理論基礎和實驗方法。至於開展碎屑沉積砂體形成過程及演變規律的物理模擬，還是近二十年的事情。應當承認，碎屑砂體沉積過程的物理模擬與水文工程的模擬是兩類不同性質的模擬過程。水文工程的物理模擬是在現今條件確定的情況下，預測未來幾十年內河道淤積演變對水文工程的影響，所涉及的時間跨度非常短暫；而碎屑砂體形成過程的物理模擬則是在沉積初始條件基本未知，依靠沉積結果反演沉積條件，從而逼近沉積過程的一種模擬。它所涉及的時間跨度是地質時代，一般在幾千至幾萬年甚至幾十萬年的時段內，因而研究難度比較大。值得指出的是，形成一個碎屑砂體的時間與該砂體形成後所經歷的更加漫長的成岩時間是兩個概念。碎屑物理模擬所考慮的時間是碎屑沉積體系的形成時間。

物理模擬的關鍵是要解決模型與原型之間相似性的問題，也就是說，實驗模型在多大程度上與原型具有可比性是成敗的標准。為此物理模擬實驗必須遵從一定的理論，這種理論可稱之為相似理論。模型與原型之間必須遵守的相似理論包括幾何相似、運動相似及動力相似。

碎屑物理模擬一般都在實驗裝置內進行，物理模擬的方法步驟可概括為如下步驟：

1）確定地質模型。所涉及的參數包括盆地的邊界條件（大小、坡度、水深、構造運動強度、波浪、基準面的變化等）、流速場的條件（流量、流速、含砂量等）、入湖或海河流的規模及分布、沉積體系的類型、碎屑體的粒度組成等。

2）確定物理模型。由於自然界中形成沉積體系的控制因素較多，確定物理模型的關鍵是抓住主要矛盾，而忽略一些次要因素。好的物理模型應當反映碎屑沉積體系的主要方面。物理模型的主要內容是確定模型與原型的幾何比例尺與時間比例尺、流場與粒級的匹配、活動底板運動特徵以及模型實驗的層次。

3）建立原型與模型之間對比標准。實驗開始前應確定每個層次的實驗進行到何種程度為止，是否進入下一個層次的模擬，所以確定合適的相似比十分重要。

4）明確所研究問題的性質。應當明確沉積學基礎問題的研究可以假設其他因素是恆定的，而重點研究單一因素對沉積結果的影響，但實際問題的解決往往是復雜的。各種因素之間是相互制約的，因此必須綜合考慮。一般應從沉積體系的范疇思考問題，而不能僅從某個單砂體著手就事論事。因為單砂體是沉積體系甚至是盆地的一部分。

5）確定實驗方案。即在物理模型的基礎上，進一步細化實驗過程，把影響碎屑沉積的主要條件落實到實驗過程的每一步，特別應注意實驗過程的連續性和可操作性。因為實驗開始後一旦受到某些因素的影響而被迫中斷，再重新開始時，該沉積過程是不連續的（除非在形成原型的過程中確實存在這種中斷），流場的分布將受到較大影響，因此，實驗開始前的充分准備是十分必要的。

6）適時對碎屑搬運沉積過程進行監控。因為沉積模擬研究是對地質歷史中沉積作用的重現，是對過程沉積學進行的研究。所以沉積過程的詳細記錄和精細描述是必需的，只有這樣才能深入研究過程與結果的對應性。

7）過程與結果的對應研究。實驗完成後對沉積結果的研究一般可採用切剖面的方法，對碎屑沉積體任一方向切片建立三維資料庫，並與沉積過程相對應，比較原型與模型的相似程度，從而對原型沉積時的未知砂體進行預測。目前已經做到的對比項目有相分布特徵、厚度變化、粒度變化、夾層隔層的連通性及連續性、滲流單元的分布等。

2.物理模擬的實驗方法

1）確定模擬區的規模及層位。在對模擬原型進行研究的基礎上，根據要求確定模擬的地質層位。若模擬區塊較大或模擬層段較厚，一般要進一步細分，才能保證模擬的精度。

2）確定模型的比尺。一般來說應保持x、y、z三個方向為同一比尺，即物理模型為正態模型，這樣可保證模擬結果的精度較高；若為變態模型，變率一般應小於5。

3）確定實驗裝置的有效使用范圍。當原型與模型的比尺確定後，實驗裝置上有效使用范圍便隨之確定。

4）確定原始底形。按實際資料，將模擬層位以下地層的底形按比例縮至實驗裝置內。

5）確定加砂組成。按模擬層位的粒度分析資料並加以確定。

6）確定洪水、平水、枯水的流量。一般根據模擬原型沉積時的氣候特點，結合現代沉積調查及水文記錄，概化出流量過程線，按流量過程施放水流。

7）湖水位控制。根據原型研究，按比例選擇合適的初始沉積時的湖水深度，另外，應確定每一階段的沉積過程是否在高位體系域、低位體系域或是水進水退體系域內進行，最好明確一種體系域變化為另一種體系域的時間長短，即變化速率，因為這關繫到實驗過程中湖水位的調節。

8）確定加砂量。一般洪水、平水、枯水的加砂量明顯不同，加砂量的確定應與流量過程匹配，並考慮水流能夠搬運為原則，同時應明確實驗過程為飽和輸砂還是非飽和輸砂。

9）含砂量控制。此參數是儲集砂體地質研究中不能獲得的參數，一般採用現代沉積調查的結果進行類比，按洪水期、平水期、枯水期分別設計，也可以設計為一個區間，按流量調節。

10）河道類型。國外物理模擬研究在實驗開始前，一般在原始底形上塑造模型小河，以使水流首先有一流道。該模型小河對以後的沉積作用不產生太大的影響。隨著實驗的進行、水流會自動調整。但一般若原型資料較好，在縮制原始底形時，已存在水流的通道不需要設置模型小河。

11）確定河岸組成。在需要設置模型小河時，應考慮河岸的組成，因為這關繫到河岸的抗沖性以及河道的遷移和決口。一般應考慮原型的特徵來設計。

12）活動底板控制。活動底板運動是地殼運動在實驗室內的表現，它從宏觀上控制了沉積作用的特徵和樣式。首先應明確原形沉積時構造運動的類型與性質、構造運動的強度與時期，這涉及活動底板運動的幅度和速率是否造成斷層及斷距的大小等。

13）過程監控。由於沉積模擬研究是對砂體的形成過程進行研究，所以實驗全過程的監控是分析對比過程與結果必不可少的，國內外一般採用與時間同步的電動照相機和對實驗過程全程錄像的方法，輔以詳細的觀察描述來對實驗過程進行跟蹤監控。

14）過程細化。將實驗過程細化為若干個沉積期，每一個沉積期對應一個單砂體或一個砂層組，每一期沉積過程結束後，詳細測量各種參數、邊界形態等。

15）剖面研究。實驗完成後，對沉積砂體進行縱、橫剖面的切片研究，並與過程相對應，最終與原型砂體進行對比，檢驗實驗結果的准確性。

16）整理各類資料、數據，為數值模擬研究提供必要的信息。

3.物理模擬的標准

碎屑沉積過程物理模擬成功與否的判別標准就是實驗模型與原型相似程度的高低。在油氣勘探階段，可以與地震剖面和測井曲線所反映出來的砂體類型和砂岩厚度進行對比。在油氣開發階段，可以與測井曲線和開發動態相比較。目前各類靜態參數（粒度、厚度、連續性、連通性、砂體延伸方向和規模、沉積相類型等）的符合率一般為70%，動態方面的對比尚沒有深入研究。

4.物理模擬的局限性

（1）尺度的限制

任何物理模擬實驗裝置由於受到場地及裝置大小的限制，不可能無限制地擴大規模。如果原型的幾何規模比較大，要想在室內實現模擬，就只有縮小比例，而任何比尺的過度縮小，都將造成實驗結果的失真和變形，導致原型與模型之間相似程度的降低。根據目前實驗水平，一般x、y方向的比例尺控制在1∶1000之內較合適。z方向的比尺控制在1∶200之內比較理想。實際工作中，一般使x、y、z方向比尺保持一致，即選用正態模型准確性較高。某些情況下，根據原型的形態特點，x、y、z方向的比尺允許不一致，即選用變態模型，但二者相差不宜太大，否則容易造成實驗結果的扭曲。

（2）水動力條件及氣候條件的限制

自然界碎屑沉積體系形成過程中，水動力條件非常復雜，有些條件在實驗室內難以實現，如潮汐作用、沿岸流、水溫分層、鹽度分異以及沉積過程中突然的雨雪氣候變化等影響因素，這些都在一定程度上影響了實驗過程的准確性。

（3）模型理論的限制

在物理模擬相似理論中，諸多相似條件有時並不能同時得到滿足，而某個條件的不滿足就可能導致實驗結果在一定程度上失真。例如，要使模型水流與原型水流完全相同，必須同時滿足重力相似與阻力相似，但二者是一對矛盾；又如懸浮顆粒的運動，現有模型中關於沉降速度的相似條件有沉降相似和懸浮相似，很顯然，二者也不可能同時滿足。因此實驗方案設計中，提取起主要作用的因素顯得十分重要。

盡管碎屑沉積體系的物理模擬存在上述許多局限，但它在促進實驗沉積學的發展、研究碎屑體系形成過程及演變規律、預測油氣儲集砂體的分布方面愈來愈顯示出它獨特的優勢。

❷ 水力學滲流電模擬實驗中為什麼要求實驗盤水平

實驗盤水平時，水均勻分布在盤中，即盤中各處水深一致。這樣，整個水體的電阻就是均勻的，對應的是均質各向同性的土壤。

❸ 如何控制電滲流的大小和方向

將少量表面活性劑加入緩沖液,能明顯改變電滲流大小,甚至使其改變方向。

電滲流或電滲效應是於多孔介質、微通道、及其它流體管道兩端施加電壓時造成的流體流動。電滲流速度與管道尺寸無關，但是尺寸大的管道中流體與壓力梯度的關系會更明顯。電滲流對小尺寸流動意義更為重大。電滲流是化學分離技術中的重要技術，特別是毛細管電泳。電滲流可以發生在自然的未過濾的水中。

電滲流（electroosmoticflow，EOF)是一種電動（electrokinetic)現象。當一個電場加在一個帶電荷的表跨炒麵（例如pH>3的玻璃毛細管的內壁）或者多孔的固體介質的兩端，同時該表面或介質處在電解質溶液中的時候，溶液會以某一固定的速度流動。

電滲流是由溶液中施加在凈移動電荷上電場產生的庫侖力引起的。在兩種不同物質的界面上，正負電荷分別排列成的面層。在溶液中，固體表面常因表面基團的解離或自溶液中選擇性地吸附某種離子而帶電。

由於電中性的要求，帶電表面附近的液體中必有與固體表面電荷數量相等但符號相反的多餘的反離子。帶電表面和反離子構成雙電層。當電場加在流體上時，雙電荷的凈電荷被庫侖力驅動而移動。這種流動即電滲流。

由於多孔介質材料、微通道壁或其它流體管道材料表面帶負電荷，液體中的正離子被吸引附著於通道壁上，最靠近通道壁的正離子被吸引的力量最強，距離通道壁越遠，正離子所受的吸引力越弱。

水分子因具偶極性而吸附於正離子上，當在通道兩端施加電壓時，距離通道壁較遠的正離子（受壁的吸引力較弱，可自由移動）游向負極，正離子帶著吸附於其上的水分子以及因為摩擦力牽引著其他水分子一齊游向負極，此即為電滲效應。

❹ 電滲流的簡介

電滲流(electroosmotic flow, EOF)是一種電動(electrokinetic)現象。當一個電場加在一個帶電荷的表面（例如pH>3的玻璃毛細管的內壁）或者多孔的固體介質的兩端，同時該表面或介質處在電解質溶液中的時候，溶液會以某一固定的速度流動（圖1）。電滲流是由溶液中施加在凈移動電荷上電場產生的庫侖力引起的。在兩種不同物質的界面上，正負電荷分別排列成的面層。在溶液中，固體表面常因表面基團的解離或自溶液中選擇性地吸附某種離子而帶電。由於電中性的要求，帶電表面附近的液體中必有與固體表面電荷數量相等但符號相反的多餘的反離子。帶電表面和反離子構成雙電層。當電場加在流體上時，雙電荷的凈電荷被庫侖力驅動而移動。這種流動即電滲流。

❺ 地下水運動的基本規律

地下水具有流動性，為了確定其水量，就必須研究地下水運動的基本規律。以往的研究多集中於多孔介質飽水帶重力水的運動，但在解決地下水的補給、潛水蒸發以及污染質在包氣帶中的運移機理等實際問題時，卻涉及到包氣帶水以至結合水的運動，因此包氣帶水的運動規律的研究，近年來也越來越受到學者們的關注。

地下水在孔隙岩石中的運動稱為「滲流」（或滲透），滲流占據的空間稱滲流場。地下水在鬆散岩石粒間孔隙和寬度不很大的裂隙中流動時，流速很慢，加之受到介質固相表面的吸力較大，故水的質點排列有序，多呈「層流」運動。在個別寬大的洞穴和裂隙中，水流速度較大，水流質點呈無秩序的互相混亂流動，則屬於「紊流」運動。

水在滲流場內運動，當各個運動要素（水頭壓力、流速、流向）不隨時間變化時，稱為穩定流；當運動要素隨時間變化時稱為非穩定流。嚴格地講，自然界中的地下水運動都屬於非穩定流，但為了便於分析和運算，當上述運動要素變化微小時，也可看作為穩定流。

一、飽水帶重力水運動的基本規律

有關飽水帶重力水運動的第一個規律，是法國水力學家達西（H.Darcy）在1856年通過實驗得到的。

達西通過圓筒砂柱的滲透實驗裝置（圖3-4）得到了水頭高度不變條件下，砂層的滲透流量（Q）與水力坡度（I）和過水斷面（W）的關系式：

趨於零，則V_t=K，即入滲速度趨於定值。

❻ 實驗二 達西滲流實驗

一、實驗目的

1. 通過穩定流滲流實驗，進一步理解滲流基本定律———達西定律。

2. 加深理解滲透流速、水力梯度、滲透系數之間的關系，並熟悉實驗室測定滲透系數的方法。

二、實驗內容

1. 了解達西實驗裝置與原理。

2. 測定 3 種砂礫石試樣的滲透系數。

3. 設計性實驗: 橫卧變徑式達西滲流實驗。

三、達西儀實驗原理

達西公式的表達式如下:

水文地質學基礎實驗實習教程

式中: Q 為滲透流量; K 為滲透系數; A 為過水斷面面積; ΔH 為上、下游過水斷面的水頭差; L 為滲透途徑; I 為水力梯度。

式中各項水力要素可以在實驗中直接測量，利用達西定律即可求取試樣的滲透系數 (K) 。

四、實驗儀器和用品

1. 達西儀 (見圖Ⅰ2-1) 。

2. 試樣: ①礫石 (粒徑為 5 ～ 10 mm) ; ②粗砂 (粒徑為 0. 6 ～ 0. 9 mm) ; ③砂礫混合 (試樣①與試樣②的混合樣) 。

3. 秒錶。

4. 量筒 (100 mL，500 mL 各 1 個) 。

5. 計算器。

6. 水溫計。

圖Ⅰ2-1 達西儀裝置圖

五、實驗步驟

1.測量儀器的幾何參數(實驗教員准備)。分別測量過水斷面的面積(A)，測壓管a、b、c的間距或滲透途徑(L)，記入表格「實驗二達西滲流實驗記錄表」中。

2.調試儀器。打開進水開關，待水緩慢充滿整個試樣筒，且出水管有水流出後，慢慢擰動進水開關，調節進水量，使a、c兩測壓管讀數之差最大;同時注意打開排氣口，排盡試樣中的氣泡，使測壓管a、b的水頭差與測壓管b、c的水頭差相等(實驗教員准備，學生檢查)。

3.測定水頭。待a、b、c三個測壓管的水位穩定後，讀出a、c兩個測壓管的水頭值(分別記為H_a和H_c)，記入實驗記錄表中。

4.測定流量。在進行步驟3的同時，利用秒錶和量筒測量t時間內出水管流出的水體積，及時計算流量(Q)。連測兩次，使流量的相對誤差小於5% ，取平均值記入實驗記錄表。

5.由大到小調節進水量，改變a、b、c三個測壓管的讀數，重復步驟3～4。

6.重復第5步驟2～4次，即完成3～5次試驗，取得某種試樣3～5組數據。

7.換一種試樣，選擇另外一台儀器重復上述步驟3～6進行實驗，將結果記入實驗記錄表中。

8.按記錄表計算實驗數據，並抄錄其他實驗小組不同試樣的實驗數據(有條件的，可用3種試樣做實驗)。

9.實驗中應注意的問題。

1)實驗過程中要及時排除氣泡。

2)為使滲透流速-水力梯度(v-I)曲線的測點分布均勻，流量(或水頭差)的變化要控制合適。

六、實驗成果

1.提交實驗報告表，即達西滲流實驗記錄表。

2.在同一坐標系內繪出3種試樣的v-I曲線(實驗二用紙)，並分別用這些曲線求出滲透系數(K)，與根據實驗記錄表中的實驗數據計算結果進行對比。

七、思考題(任選2題回答)

1)為什麼要在測壓管水位穩定後測定流量?

2)討論3種試樣的v-I曲線是否符合達西定律?試分析其原因。

3)將達西儀平放或斜放進行實驗時，結果是否相同?為什麼?

4)比較不同試樣的K值，分析影響滲透系數(K)的因素。

水文地質學基礎實驗實習教程

實驗二 達西滲流實驗記錄表

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實驗一用紙

實驗二用紙

附 設計性實驗

橫卧變徑式達西滲流實驗

一、實驗目的

1. 測定穩定流、變過水斷面條件下砂性土的滲透系數。

2. 通過實驗加深對穩定流條件下達西定律的理解，加深理解滲透流速、過水斷面、水力梯度和滲透系數之間的關系。

二、設計性實驗內容 (供參考)

1. 將兩個砂樣柱裝同一種砂樣，求取砂樣的滲透系數。

2. 將兩個砂樣柱分別裝兩種砂樣，求取兩種砂樣的滲透系數。

三、實驗儀器與用品

1. 橫卧變徑式達西滲流儀 (圖Ⅰ2-2) 。

2. 不同粒徑的砂樣。

圖Ⅰ2-2 橫卧變徑式達西滲流儀裝置圖

四、橫卧變徑式達西滲流儀簡介

本儀器主體結構包括橫卧變徑式有機玻璃試樣柱兩個，可升降的供水裝置以及測壓板。每一個試樣柱上設有兩個測壓點與測壓板相連，可以測定試樣土層對應點的測壓水頭，了解同一砂樣柱或不同砂樣柱的水力梯度變化特徵。儀器通過升降裝置可調節供水裝置 (穩定供水箱) 水位，通過進水開關控制流量大小。

五、設計實驗要求

1. 查閱相關文獻，實驗前詳細地寫出一種砂性土滲透系數測量的實驗方案。

2. 根據實驗方案設計實驗記錄表格，要求表達直觀，內容齊全，有利於計算分析。

3. 根據設計方案自己動手裝樣與實驗，實驗中詳細記錄實驗步驟、數據和現象。

4. 對實驗數據、計算結果和觀察到的現象進行必要的討論，並撰寫實驗報告。報告內容包括: 實驗目的、實驗原理、實驗內容、實驗步驟、實驗注意事項、實驗成果。

❼ 電滲流的起因

由於多孔介質材料、微通道壁或其它流體管道材料表面帶負電荷，液體中的正離子被吸引附著於通道壁上，最靠近通道壁的正離子被吸引的力量最強，距離通道壁越遠，正離子所受的吸引力越弱。水分子因具偶極性而吸附於正離子上， 當在通道兩端施加電壓時，距離通道壁較遠的正離子（受壁的吸引力較弱，可自由移動）游向負極，正離子帶著吸附於其上的水分子以及因為摩擦力牽引著其他水分子一齊游向負極，此即為電滲效應。
對於毛細管區帶電泳
電滲流速度由下列公式

❽ 考慮鐵離子影響的元素硫沉積傷害實驗

水力壓裂技術和酸化技術是目前改造低滲透油氣儲層的主要手段，對於含硫氣藏，水力壓裂技術和酸化酸壓技術都面臨著重大的挑戰［74］。針對高含硫儲層的酸液配方還值得深入研究和評價，也面臨單質硫沉積和硫化亞鐵沉澱對儲層的二次傷害。

有效解決儲層改造中的控硫控鐵難點問題，必須立足於對含硫化氫氣藏儲層特性和硫化氫特定理化性質的系統研究，弄清高溫、高壓、高含硫條件下Fe（Ⅱ）—H₂S、Fe（Ⅲ）— H₂S的反應特性、儲層酸—岩反應機理及酸蝕裂縫導流能力的影響因素，提出針對性強的酸液體系與酸壓工藝。對含硫化氫氣井的處理，主要集中在控鐵沉積上以及相應的溶劑研究方面^［75］。但對於實際儲層高溫高壓的情況，特別是對於沒及時返排出地層的殘余酸液中鐵離子對儲層產生的傷害及傷害程度還缺乏相應的實驗研究。

為更好地模擬施工結束後殘余酸液中鐵離子對儲層產生的傷害，利用溶解有飽和元素硫的天然氣通過含鐵離子的露頭砂壓制的人造岩心，建立並模擬完成了儲層元素硫沉積衰竭式傷害滲流實驗。

3.2.1 酸液中鐵離子對高含硫氣藏儲層產生的傷害

作為酸壓工作液的工業級鹽酸，本身含有相當數量的Fe3＋，這是硫化氫油氣井酸壓作業中三價鐵的主要來源。從而酸壓作業過程中不可避免地會產生一定量的鐵離子（Fe^3＋，Fe^2＋），在H₂S存在的條件下，Fe^3＋和Fe^2＋的沉澱行為會發生很大的改變（與常規條件相比），極易形成硫化亞鐵沉澱，引起嚴重的地層傷害。與不含硫化氫的情況相比，鐵沉積的控制變得更加復雜和困難。外來流體中只要存在Fe^3＋，便立即與H₂S發生氧化—還原反應，Fe^3＋被還原成Fe^2＋，同時S^2-被氧化成S⁰從溶液中析出：

圖3.5 平均壓力與滲透率之間的關系

整個實驗傷害來源於兩部分組成，一部分來源於鐵離子與硫化氫發生化學反應，其次則是隨著溫度壓力的降低，元素硫沉降所產生的傷害。從圖3.5中可以看出，初期斜率普遍較大，主要以化學反應為主，後期曲線偏向平緩，這更加說明了化學反應的產生對儲層傷害的嚴重性。

❾ 水合物滲透率的測定

滲透率是反映多孔介質的滲流能力的參數，是影響天然氣水合物分解後的產氣速度的重要因素。因此，在天然氣水合物的開采利用階段，含水合物沉積層的滲透率以及初始天然氣水合物飽和度、生產壓力等都將對天然氣水合物的開采效果產生重要影響。

實驗裝置

實驗裝置的水合物生成與驅替部分採用同一個容器，即水合物生成後可以立即進行驅替試驗，測定該種狀態下的滲透率。容器的溫度由外部夾套中的冷卻水控制，溫度范圍為-30℃至室溫。容器的最高工作壓力為30MPa，工作溫度范圍為-30～30℃，內徑為60mm。驅替壓差採用高靜壓差壓變送器，同時採用壓力感測器測量兩端的壓力，以便在壓差超出差壓感測器的測量范圍時，可以直接測量兩端壓力以求出壓差。由於壓力感測器的精度等級為0.05，所以在30MPa的量程下，其最小解析度為15kPa，差壓感測器的量程應取150kPa。趨替動力採用MOSTB精密平流泵，在雙機輪替的工作模式下，可以確保驅替壓力波動小於0.01MPa，同時，通過計算機控制系統設定泵的控制參數及取回數據。圖75.12為整個裝置系統的示意圖:

圖75.12 水合物滲透率測定裝置示意圖

實驗技術與方法

在實驗裝置內可模擬低溫高壓環境下在沉積物中生成天然氣水合物，實驗過程中使用TDR技術測量沉積物中的含水量，以此確定沉積物中天然氣水合物的飽和度，在不同天然氣水合物飽和度情況下，測量水的滲透率。水合物與容器內壁間採用導熱橡膠套隔開，目的是阻斷水合物與容器內壁間可能的流道，以確保驅替液體確實是通過水合物的內部通道。考慮到TDR的測量精度，確定的反應區長度取為150mm，TDR探針同時作為熱電阻的載體。在測定的反應區外，考慮到不能產生管道阻塞的現象，兩端必須保持有不生成水合物的區域，這兩個區域設定為50mm，具體試驗中的長度由TDR測試結果實測計算得出。具體實驗步驟如下:

1)反應容器內預先裝填好沉積物並壓實;系統抽真空後，在飽和水容器中，制備指定壓力下的飽和水。此時的壓力將在整個水合物生成過程中穩定不變。

2)背壓閥全開，啟動平流泵，使飽和水在系統中循環流動，以便飽和水充分浸潤沉積物。

3)關閉平流泵，同時關閉反應容器兩端的閥門以穩定容器內壓力，啟動製冷，開始水合物的生成。同時採集溫度及TDR數據。

4)水合物生成結束後，可開始水滲透率的測試。設定驅替壓力差，動態控制平流泵出口壓力，保持壓差恆定。紀錄壓差、流量，以及溫度和TDR數據。

5)通過下列公式計算含水合物樣品的水滲透率:

岩石礦物分析第四分冊資源與環境調查分析技術

式中:k_a為水滲透率，μm²;q_w為水的流量，mL/s;μ_w為測定溫度下水的黏度，mPa·s;L為試樣的長度，cm;A為試樣截面積，cm²;p₁為試樣進口壓力，MPa;p₂為試樣出口壓力，MPa。

6)同時，根據TDR波形，計算多孔介質中水合物的飽和度，由此得出不同水合物飽和度情況下試樣的水滲透率，了解水滲透率隨水合物飽和度的變化趨勢。