联合X-CT技术的水合物沉积物流固体产出测量装置及测量方法

摘要

本发明公开一种联合X‑CT技术的水合物沉积物流固体产出测量装置及测量方法，所述测量装置包括X射线穿透式反应釜、X‑CT扫描分析系统、抽真空系统、温压控制系统、水合物样品制备系统、出砂监测系统以及渗透率测量系统；通过微观尺度多因素耦合作用下的出砂‑渗流系统的整合应用，能够定量描述多因素协同作用下的储层结构和物性时空演化与流固体产出之间的耦合关系，并可根据实验需要选择不同的水合物生成方式，模拟研究自然沉积物中不同水合物赋存状态，可用于研究水合物聚散和有效应力条件下沉积物孔隙结构时空演变特征及其对沉积物流固体产出的影响规律，从而突破水合物开采过程中水合物储层结构和物性演化与流固体产出机制这一理论瓶颈，对于深刻理解我国南海水合物降压开采规律并切实改善其产气效率以及完善降压开采技术体系具有重要的工程意义。

说明书

技术领域

本发明属于非常规油气藏工程与岩土工程基础物性测量技术领域，具体涉及一种联合 X-CT技术的水合物沉积物流固体产出测量装置及测量方法。

背景技术

天然气水合物在自然界中广泛存在，主要分布在大陆架和冻土区域，由于其储量巨大、高效、清洁无污染等特点，被认为是一种潜在的能源资源。近年来，天然气水合物勘探开发逐渐受到各个国家的高度重视，积极开发利用天然气水合物对于缓解能源供应、调整能源结构和减少大气污染具有重要的意义。

然而，根据试采产水、产气的资料显示，试采产气率无法满足现阶段商业化开采的需求，仍存在很多关键难题需要解决。水合物复杂的相变过程及有限的研究方式，致使水合物的开采方式存在很大争议。目前，降压开采是公认最有效的开采方式，渗透率是评价水合物降压开采中产水、产气的一个重要参数，而沉积物中的水合物分解和二次形成、骨架颗粒的脱落以及多相流运移使得渗透率呈现出复杂的动态变化特征。降压过程中水合物的分解增加孔隙度和有效渗透率，改变还未分解水合物和骨架颗粒之间的接触模式，而随着水气运移，储层有效应力增加，固结压缩使孔隙度变小，有效渗透率降低，水气运移阻力增加，而且当骨架颗粒受力达到某一临界值时，固体骨架颗粒(如泥、砂等)会发生位移，反过来又影响水气产出。水合物降压开采实质上是水合物聚散与应力作用下水气和固体(泥、沙等)运移与产出过程，因此，定量描述流固体运移产出之间的复杂耦合机制成为了突破水合物藏开采产能和出砂模拟瓶颈的关键技术问题，成为了评价水合物开采过程中安全高效产气的核心要点。

近年来，国内外许多高校及研究机构开展了含水合物沉积物流固体产出的实验测量工作，并研制了一系列实验测量装置，能够在一定程度上模拟水合物开采过程，但目前已有的含水合物沉积物流固体产出测量都是基于宏观尺度的解耦实验，得到的出砂及产水、产气规律应用于实际工程中存在很大偏差。沉积物流固体产出特征很大程度上取决于骨架压缩与水合物分解共同作用的微观孔隙结构演化，准确刻画水合物聚散过程及应力条件下孔隙结构演化规律及流固体运移产出响应机理显得十分重要。室内实验中天然气水合物生成是随机的，其在沉积物孔隙中的分布是不均匀的，测量结果无法反映水合物聚散过程中流固体运移与沉积物基本结构参数的响应规律，进而无法准确评估水合物降压开采过程中的流固体产出量。

因此，为满足我国南海水合物资源的开发需求，突破水合物开采中水合物储层结构和物性演化与流固体运移产出机制这一基础理论瓶颈，准确评估天然气水合物开采过程中的产水、产气量，亟待设计一种能实时观测含水合物沉积物微观结构变化特征的流固体产出测量装置。

发明内容

本发明为了定量描述水合物聚散和应力条件下沉积物孔隙结构时空演化及流固体运移耦合响应机制，提出了一种联合X-CT技术的水合物沉积物流固体产出测量装置及测量方法，能够直观观测水合物聚散和应力条件下水合物赋存状态及流固体运移产出特征，探究沉积物孔隙结构时空演化及流固体耦合运移响应机制，为水合物开发方案制定与开采产能评价提供坚实的理论基础。

本发明是采用以下的技术方案实现的：一种联合X-CT技术的水合物沉积物流固体产出测量装置，包括X射线穿透式反应釜以及与X射线穿透式反应釜相连的X-CT扫描分析系统、抽真空系统、温压控制系统、水合物样品制备系统、出砂监测系统以及渗透率测量系统，且 X-CT扫描分析系统、温压控制系统、出砂监测系统和渗透率测量系统均与一计算机相连；

所述X射线穿透式反应釜用于水合物的合成和分解；X-CT扫描分析系统用于实时扫描沉积物微观结构，温压控制系统用以模拟水合物储层真实温度和地层应力环境，为水合物生成和分解提供合适的温度与压力；水合物样品制备系统提供水合物生成所需的反应物，所述出砂监测系统用以监测不同应力条件下的出砂量，所述渗透率测量系统为渗流实验提供相应的流体，采集并存储沉积物样品温度、压差和流体流量实验数据，根据达西定律计算渗透率；

所述X射线穿透式反应釜设置在X-CT扫描分析系统内，试验过程中，能够通过X-CT扫描分析系统实时扫描含水合物沉积物微观结构特征，探究水合物聚散和应力条件下沉积物时空演化特征及其主要因素，包括由不屏蔽X射线的PEEK材料制作的反应釜外腔体和反应釜内腔体，反应釜内腔体外壁与反应釜外腔体内壁之间密封形成冷却水循环腔室，反应釜外腔体上设置有冷却循环介质入口和冷却循环介质出口，冷却循环介质入口和冷却循环介质出口呈180度对角布置；反应釜内腔体内设有一容纳沉积物样品的样品腔室，沉积物样品的两端分别设置有上透水石和下透水石，样品腔室的一端设置有一活塞柱体，反应釜外腔体与活塞柱体之间通过上法兰盖螺纹锁紧，反应釜外腔体和反应釜内腔体之间通过一下法兰盖螺纹锁紧；所述活塞柱体与反应釜外腔体和反应釜内腔体之间密封连接形成轴压腔室；反应釜内腔体上设置有与样品腔室连通的渗流入口，活塞柱体上设置有与样品腔室连通的渗流出口；样品腔室的两侧还分别设置有烧结板和出砂口，烧结板的上端连接有压力流体接口，所述压力流体接口包括气体接口和液体接口，出砂口处设置有防砂管，所述防砂管外连接有一螺旋堵塞柱体，所述螺旋堵塞柱体轴向垂直于所述反应釜内腔体，在出砂实验结束后用于堵塞出砂口，开展渗流实验，防砂管下端连接出砂监测系统，渗流出口端与一回压控制模块相连，所述回压控制模块包括回压泵和回压阀，回压阀与渗流出口端之间还设置有第三阀门，该反应釜结构设计新颖，整体能够快速拆卸、试验后方便清洗；

所述的水合物样品制备系统与X射线穿透式反应釜的渗流入口相连，包括高压气瓶、蒸馏水罐、冷却气水容器、第二平流泵以及设置在冷却气水容器内的磁力搅拌器，高压气瓶与冷却气水容器相连，高压气瓶内的高压气根据实验要求选择CH₄或CO₂，蒸馏水罐通过第二平流泵与冷却气水容器相连，磁力搅拌器用以促进高压气体溶解于水；冷却气水容器包括气水容器和第一冷却循环机，气水容器设置于第一冷却循环机中；高压气瓶的出口端设置有第二阀门，高压气瓶通过第二阀门分为三路：一路通过第七阀门与气体接口相连，一路通过第五阀门与冷却气水容器相连，另一路通过第九阀门与渗流入口相连；冷却气水容器与渗流入口之间还设置有第三阀门，第二平流泵与蒸馏水罐之间设置有第六阀门，实验过程中可根据实验需要开启对应的阀门，选择不同的水合生成方式(过量气法、过量水法、饱和气水法)，从而模拟研究自然沉积物中不同水合物赋存状态，可用于研究水合物聚散和有效应力条件下沉积物孔隙结构时空演变特征及其对沉积物流固体产出的影响规律。

所述渗透率测量系统包括自动压力追踪泵、第一压力表、第二压力表、压差计以及流量计，自动压力追踪泵用以实现孔隙流体压力控制，自动压力追踪泵的一端与冷却气水容器相连，另一端分为两路：一路通过第十阀门与渗流入口相连，另一路通过第八阀门与液体接口相连，第一压力表和第二压力表分别设置在渗流入口端和渗流出口端，压差计设置在渗流入口和渗流出口之间，用以实时监测沉积物样品两端压差变化；自动压力追踪泵用以实现孔隙流体压力控制，并实现自动追踪；流量计、回压阀和第三阀门设置在渗流出口与冷却气水容器之间，流量计用以对出渗流出口端出液管流出的液体流量进行监测，渗透率测量系统通过连接计算机采集并存储沉积物样品的温度、压差和流体流量数据，并根据达西定律计算渗透率。

进一步的，所述温压控制系统包括温度控制系统及压力控制系统，所述温度控制系统采用恒温循环浴形式，包括第二冷却循环机及设置在冷却循环腔室内的温度传感器，根据温度传感器检测的温度值来控制第二冷却循环机工作状态，进而实现对沉积物样品温度的控制，第二冷却循环机的进、出水口分别与冷却循环介质入口和冷却循环介质出口对应的相连接，下进上出，冷却循环介质流动速度较快，有利循环介质与冷却循环腔室进行热量交换；所述压力控制系统包括水箱、第一平流泵以及第一压力表和第二压力表，压力控制系统与轴压入口和轴压出口相连并形成循环回路，第一平流泵与水箱相连，第一平流泵与水箱之间还设置有第一阀门，水箱为第一平流泵提供压力载体介质，以通过第一平流泵给沉积物样品施加轴压，能够真实模拟水合物储层温压状态，同时亦可同步施加轴压进而孔压，能根据出砂情况自动调整轴压和孔压，快速实现压力一致性。

进一步的，所述出砂监测系统包括防砂管、液固分离器、气体流量计、气量收集装置、液体流量计、液体收集装置和固体收集装置，液固分离器主要用于分离出砂过程中流体和固体，气、液流量计分别用于监测气、液流量，气、液收集装置用于收集气、液量，固体收集装置收集产出颗粒固体；液固分离器的入口端与出砂口相连，液固分离器的出口端设置有一第十一阀门，出砂口处采集的固体沉积物、气体、液体采用沉降加过滤方式分离，固体沉积物在液固分离器内沉降后由固体收集装置收集、气体则经气体流量计后由气量收集装置收集，液体则经液体流量计后液体收集装置收集，结合出砂监测系统的设计，能实现微观尺度多因素协同作用下的储层结构和物性演化与流固体产出实验，从微观尺度定量描述水、气、固体微粒运移的内在机制，并探究出砂-渗流相互作用规律。

进一步的，所述抽真空系统包括真空泵，真空泵与X射线穿透式反应釜的渗流出口相连，真空泵与渗流出口之间还设置有第四阀门。

进一步的，所述反应釜外腔体和反应釜内腔体之间、活塞柱体与反应釜内腔体之间以及活塞柱体与反应釜外腔体之间均设置有密封圈，以增加装置气密性，提高试验测试精度及稳定性。

本发明另外还提出一种基于上述所述的联合X-CT技术的水合物沉积物流固体产出测量装置的测量方法，包括以下步骤：

(1)装置气密性检查；

(2)装样：根据实验需要选择相应尺寸的防砂管和烧结板，分别放置在反应釜内腔体中，将预制好的沉积物样品填充在反应釜内腔体内，将活塞柱体置入反应釜内腔体中，整体接入反应釜外腔体中，通过下法兰盖和上法兰盖锁紧连接成一体；

(3)将X射线穿透式反应釜放置在X-CT扫描分析系统的扫描箱内，连接温压控制系统、水合物样品制备系统、出砂监测系统和渗透率测量系统；

(4)抽真空：关闭第一阀门、第二阀门和第六阀门，打开其它所有阀门，开启真空泵进行抽真空处理，1h后关闭第四阀门；

(5)降温：根据实验要求将第二冷却循环机和冷却气水容器的温度设置到某一温度并保持恒定；

(6)循环制样：根据地层实际应力水平进行压力设置，调整回压阀的压力至水合物相平衡压力之上以合成水合物，调整回压阀的压力至水合物相平衡压力之下以分解水合物；

(7)出砂量测量：根据实验需要施加轴向压力，关闭第九阀门和第十阀门，打开第二阀门、第六阀门、第七阀门和第八阀门，通过压力流体接口注入气、水，打开出砂口，在一定轴压下开展出砂实验，实验过程中经过液固分离器分离气、液及固体颗粒，经气体流量计、液体流量计检测气、液流量，运用固体收集装置、液体收集装置和气体收集装置分别收集固体颗粒、液体及产出气体；

(8)渗透率测量：待出砂实验结束后，旋转螺旋堵塞柱体至防砂管处，并关闭第七阀门和第八阀门，打开第三阀门和第十阀门，开启自动压力追踪泵，向沉积物样品中以恒定速率或恒定压力注入蒸馏水，经流量计检测出液量，并记录孔压入、出口端的压力随时间的变化曲线，待渗流入口端和渗流出口端的第一压力表和第二压力表示数稳定后，记录压差计及流量计的示数，运用达西定律计算渗透率；

(9)X-CT扫描测试：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；使沉积物始终处于恒定的应力条件下进行测试，根据实验需要运用X-CT扫描沉积物样品不同时刻的微观结构；

(10)重复步骤(7)、(8)和(9)，研究不同应力条件下含水合物沉积物孔隙结构演化规律及流固体产出响应机理，探究沉积物出砂与渗流产水产气的耦合作用机制；重复上述步骤(1)-步骤(10)，综合分析水合物聚散及应力条件下沉积物微观结构时空演化规律，定量描述含水合物沉积物结构和物性时空演化与流固体产出的耦合关系。

进一步的，所述步骤(6)中能够根据实验需要选择不同的水合物生成方式，进而探究水合物生成和分解过程中不同水合物赋存状态下沉积物微观结构时空演化及渗透率影响规律，所述水合物生成方式如下：

1)过量气法：根据实验要求制备一定含水量的沉积物样品放置于X射线穿透式反应釜内，关闭第五阀门、第六阀门和第七阀门，打开第二阀门、第三阀门和第九阀门，通入过量气体生成水合物；

2)过量水法：将干燥的沉积物样品放置于X射线穿透式反应釜内，关闭第二阀门和第八阀门，打开第三阀门、第六阀门和第十阀门，开启自动压力追踪泵，向沉积物样品中通入循环水，一定时间后关闭第三阀门和第十阀门，打开第二阀门和第九阀门，通入一定量的气体生成水合物；

3)饱和气水法：将干燥的沉积物样品放置于X射线穿透式反应釜内，关闭第七阀门、第九阀门和第六阀门，打开第二阀门、第五阀门和第六阀门，向冷却气水容器中通入气体和水，开启磁力搅拌器使之充分混合均匀饱和，一定时间后关闭第五阀门和第六阀门，打开阀门第三阀门和第十阀门，开启自动压力追踪泵，通入饱和气水并循环生成水合物。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

本发明所述的方案是基于微观尺度多因素耦合作用下的出砂-渗流系统的整合应用，能够定量描述多因素协同作用下的储层结构和物性时空演化与流固体产出之间的耦合关系，并可根据实验需要选择不同的水合物生成方式，模拟研究自然沉积物中不同水合物赋存状态，可用于研究水合物聚散和有效应力条件下沉积物孔隙结构时空演变特征及其对沉积物流固体产出的影响规律，从而突破水合物开采过程中水合物储层结构和物性演化与流固体产出机制这一理论瓶颈，对于深刻理解我国南海水合物降压开采规律并切实改善其产气效率以及完善降压开采技术体系具有重要的工程意义。

附图说明

图1为本发明实施例所述测量装置的结构示意图；

图2为图1中X射线穿透式反应釜的结构示意图；

其中：1、沉积物样品；2-1、第一压力表；2-2、第二压力表；3、温度传感器；4、压差计；5、液固分离器；6、固体收集装置；7、气体流量计；8、气体收集装置；9、液体流量计； 10、液体收集装置；11、水箱；12-1、第一平流泵；12-2、第二平流泵；13、第二冷却循环机； 14、流量计；15、回压阀；16、真空泵；17、高压气瓶；18、蒸馏水罐；19、冷却气水容器； 20、自动压力追踪泵；21、X-CT扫描分析仪；22、计算机；23-1、第一阀门；23-2、第二阀门；23-3、第三阀门；23-4、第四阀门；23-5、第五阀门；23-6、第六阀门；23-7、第七阀门； 23-8、第八阀门；23-9、第九阀门；23-10、第十阀门；23-11、第十一阀门；24、渗流入口； 25、反应釜内腔体；26、下法兰盖；27-1、第一密封圈；27-2、第二密封圈；27-3、第三密封圈；27-4、第四密封圈；27-5、第五密封圈；28-1、下透水石；28-2、上透水石；29、冷却循环介质入口；30、反应釜外腔体；31、气体接口；32、烧结板；33、液体接口；34、上法兰盖；35、活塞柱体；36、轴压入口；37、渗流出口；38、轴压出口；39、冷却循环介质出口； 40、螺旋堵塞柱体；41、防砂管；42、出砂口；M、轴压腔室；N、冷却水循环腔室。

具体实施方式

为了能够更加清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1，一种联合X-CT技术的水合物沉积物流固体产出测量装置，包括X射线穿透式反应釜以及与X射线穿透式反应釜相连的X-CT扫描分析系统、抽真空系统、温压控制系统、水合物样品制备系统、出砂监测系统以及渗透率测量系统，且X-CT扫描分析系统、温压控制系统、出砂监测系统和渗透率测量系统均与一计算机22相连；所述X射线穿透式反应釜用于水合物的合成和分解；X-CT扫描分析系统用于实时扫描沉积物微观结构，X-CT扫描分析系统由微米级可切换式X射线源、载物台和高分辨率平板探测器组成，最高分辨率可达500nm，其自带的可旋转三维运动检测平台可在水合物形成和分解过程中对样品的同一部位进行实时扫描，含水合物沉积物样品进行X-CT扫描时的分辨率在16μm左右；温压控制系统用以模拟水合物储层真实温度和地层应力环境，为水合物生成和分解提供合适的温度与压力；水合物样品制备系统提供水合物生成所需的反应物，所述出砂监测系统用以监测不同应力条件下的出砂量，所述渗透率测量系统为渗流实验提供相应的流体，采集并存储沉积物样品温度、压差和流体流量实验数据，根据达西定律计算渗透率。

具体的，如图1-图2所示，所述X射线穿透式反应釜设置在X-CT扫描分析系统内，试验过程中，能够通过X-CT扫描分析系统实时扫描含水合物沉积物微观结构特征，探究水合物聚散和应力条件下沉积物时空演化特征及其主要因素，所述X射线穿透式反应釜包括由不屏蔽X射线的PEEK材料制作的反应釜外腔体30和反应釜内腔体25，最高耐压达30MPa，反应釜内腔体25外壁与反应釜外腔体30内壁之间密封形成冷却水循环腔室N，反应釜外腔体30上设置有冷却循环介质入口29和冷却循环介质出口39，冷却循环介质入口29和冷却循环介质出口39呈180度对角布置；反应釜内腔体25内设有一容纳沉积物样品1的样品腔室，沉积物样品1的两端分别设置有上透水石28-2和下透水石28-1，样品腔室的一端设置有一活塞柱体35，反应釜外腔体30与活塞柱体35之间通过上法兰盖34螺纹锁紧，反应釜外腔体30和反应釜内腔体25之间通过一下法兰盖26螺纹锁紧；所述活塞柱体35与反应釜外腔体30和反应釜内腔体25之间密封连接形成轴压腔室M；反应釜内腔体25上设置有与样品腔室连通的渗流入口24，活塞柱体35上设置有与样品腔室连通的渗流出口37；样品腔室的两侧还分别设置有烧结板32和出砂口42，烧结板32的上端连接有压力流体接口，所述压力流体接口包括气体接口31和液体接口33，出砂口42处设置有防砂管41，所述防砂管41外连接有一螺旋堵塞柱体40，所述螺旋堵塞柱体40轴向垂直于所述反应釜内腔体25，在出砂实验结束后用于堵塞出砂口，开展渗流实验，防砂管下端连接出砂监测系统，渗流出口37端与一回压控制模块相连，所述回压控制模块包括回压泵和回压阀15，回压阀15与渗流出口 37端之间还设置有第三阀门23-3，回压阀15的控制精度为±0.1MPa，该反应釜结构设计新颖，整体能够快速拆卸、试验后方便清洗。

所述的水合物样品制备系统与X射线穿透式反应釜的渗流入口24相连，包括高压气瓶 17、蒸馏水罐18、冷却气水容器19、第二平流泵12-2以及设置在冷却气水容器内的磁力搅拌器，高压气瓶17与冷却气水容器19相连，高压气瓶17内的高压气根据实验要求选择CH₄或CO₂，蒸馏水罐18通过第二平流泵12-2与冷却气水容器19相连，磁力搅拌器用以促进高压气体溶解于水，转速0～1000rpm之间可调；冷却气水容器19包括气水容器和第一冷却循环机，气水容器设置于第一冷却循环机中，气水容器为钛合金材料，有效容积为2L，耐压25MPa；高压气瓶17的出口端设置有第二阀门23-2，高压气瓶17通过第二阀门23-2分为三路：一路通过第七阀门23-7与气体接口31相连，一路通过第五阀门23-5与冷却气水容器19相连，另一路通过第九阀门23-9与渗流入口24相连；冷却气水容器19与渗流入口24之间还设置有第三阀门23-3，第二平流泵12-2与蒸馏水罐18之间设置有第六阀门23-6，实验过程中可根据实验需要开启对应的阀门，选择不同的水合生成方式(过量气法、过量水法、饱和气水法)，模拟研究自然沉积物中不同水合物赋存状态，可用于研究水合物聚散和有效应力条件下沉积物孔隙结构时空演变特征及其对沉积物流固体产出的影响规律。。

所述渗透率测量系统包括自动压力追踪泵20、第一压力表2-1、第二压力表2-2、压差计4以及流量计14，自动压力追踪泵20用以实现孔隙流体压力控制，其水泵采用钛合金材料，容量≥160ml，泵体工作压力为～20MPa，能以恒流方式达到所需压力，自动压力追踪泵20能根据轴压信息反馈自动调整孔压大小，通过程序控制实现自动追踪，自动压力追踪泵20的一端与冷却气水容器19相连，另一端分为两路：一路通过第十阀门23-10与渗流入口24相连，另一路通过第八阀门23-8与液体接口33相连，第一压力表2-1和第二压力表2-1分别设置在渗流入口24端和渗流出口37端，压差计4设置在渗流入口24和渗流出口37之间，用以实时监测沉积物样品1两端压差变化；自动压力追踪泵20用以实现孔隙流体压力控制，并实现自动追踪；流量计14、回压阀15和第三阀门23-3设置在渗流出口37与冷却气水容器19之间，流量计14用以对出渗流出口37端出液管流出的液体流量进行监测，渗透率测量系统通过连接计算机采集并存储沉积物样品1的温度、压差和流体流量数据，并根据达西定律计算渗透率。

所述温压控制系统包括温度控制系统及压力控制系统，所述温度控制系统采用恒温循环浴形式，温度控制范围为-30℃到60℃，控温精度为±0.1℃，包括第二冷却循环机13及设置在冷却循环腔室N内的温度传感器3，根据温度传感器检测的温度值来控制第二冷却循环机工作状态，进而实现对沉积物样品温度的控制，第二冷却循环机13的进、出水口分别与冷却循环介质入口29和冷却循环介质出口39对应的相连接，下进上出，冷却循环介质流动速度较快，有利循环介质与冷却循环腔室进行热量交换；所述压力控制系统包括水箱11、第一平流泵12-1以及第一压力表2-1和第二压力表2-2，压力控制系统与轴压入口36和轴压出口38 相连并形成循环回路，第一平流泵12-1与水箱11相连，第一平流泵12-1与水箱11之间还设置有第一阀门23-1，水箱11为第一平流泵12-1提供压力载体介质，以通过第一平流泵12-1 给沉积物样品1施加轴压，上限为30MPa，压力精度为±0.1MPa，能够真实模拟水合物储层温压状态，同时亦可同步施加轴压进而孔压，能根据出砂情况自动调整轴压和孔压，快速实现压力一致性。

所述出砂监测系统包括防砂管41、液固分离器5、气体流量计7、气量收集装置8、液体流量计9、液体收集装置10和固体收集装置6，防砂管41根据实验需要选择不同尺寸的筛管或者砾石，液固分离器主要用于分离出砂过程中流体和固体，气、液流量计分别用于监测气、液流量，气、液收集装置用于收集气、液量，固体收集装置收集产出颗粒固体；液固分离器 5的入口端与出砂口42相连，液固分离器5的出口端设置有一第十一阀门23-11，出砂口42 处采集的固体沉积物、气体、液体采用沉降加过滤方式分离，固体沉积物在液固分离器5内沉降后由固体收集装置6收集、气体则经气体流量计7后由气量收集装置8收集，液体则经液体流量计9后液体收集装置10收集，结合出砂监测系统的设计，能实现微观尺度多因素协同作用下的储层结构和物性演化与流固体产出实验，从微观尺度定量描述水、气、固体微粒运移的内在机制，并探究出砂-渗流相互作用规律。所述抽真空系统包括真空泵16，真空泵16与X射线穿透式反应釜的渗流出口37相连，真空泵16与渗流出口37之间还设置有第四阀门23-4。

为增加装置气密性，提高试验测试精度及稳定性，所述反应釜外腔体30和反应釜内腔体 25之间、活塞柱体35与反应釜内腔体25之间以及活塞柱体35与反应釜外腔体30之间均设置有密封圈27-1，27-2，27-3，27-4。

本实施例所提出的测量装置，通过结构及组成的创新设计，能够实现从微观尺度刻画含水合物沉积物结构特征，探究降压开采过程中含水合物沉积物孔隙特征时空演变及其流固体响应机理，为研究我国南海水合物开采过程中产水、产气规律提供可靠的实验平台，具体可实现以下功能：

1、直观观测水合物降压分解过程中含水合物沉积物微观结构时空演化特征；

2、根据实验需要选择不同的水合物生成方式，探究不同水合物生成方式下水合物的赋存特征及其对沉积物结构及相关物性参数的影响规律；

3、开展微观尺度多因素协同作用下出砂-渗流耦合作用实验，探究水合物降压分解过程中沉积物的流固体(产水、产气、出砂)产出规律及其主控因素；

4、研究水合物聚散程度及应力作用对含水合物沉积物结构特征及沉积物流固体(产水、产气、出砂)产出的影响规律，综合探究水合物聚散和应力条件下沉积物基本结构特征和物性参数演变及流固体运移耦合响应机制，为水合物开采产能评价、开发方案与工艺设计优化提供理论基础。

实施例2，基于实施例1所述的测量装置，本发明另外还提出一种基于上述所述的联合 X-CT技术的水合物沉积物流固体产出测量装置的测量方法，包括以下步骤：

(1)装置气密性检查：检查装置密封圈及易损部件是否完好无损，关闭第一阀门23-1、第四阀门23-4和第六阀门23-6，打开高压气瓶17及第二阀门23-2，通入1MPa气体，若装置在10h内压力无明显变化，则表示装置气密性良好；

(2)装样：根据实验需要选择相应尺寸的防砂管41和烧结板32，分别放置在反应釜内腔体25中，将预制好的沉积物样品1填充在反应釜内腔体25内，将活塞柱体35置入反应釜内腔体25中，整体接入反应釜外腔体30中，通过下法兰盖26和上法兰盖34锁紧连接成一体；

(3)将X射线穿透式反应釜放置在X-CT扫描分析系统的扫描箱内，连接温压控制系统、水合物样品制备系统、出砂监测系统和渗透率测量系统，并将第一压力表2-1、第二压力表 2-2、温度传感器3和流量计14放置在合适的地方，方便压力、温度和流量示数的读取；

(4)抽真空：关闭第一阀门23-1、第二阀门23-2和第六阀门23-6，打开其它所有阀门，开启真空泵16进行抽真空处理，1h后关闭第四阀门23-4；

(5)降温：根据实验要求将第二冷却循环机13和冷却气水容器19的温度设置到某一温度并保持恒定；

(6)循环制样：根据地层实际应力水平进行压力设置，调整回压阀15的压力至水合物相平衡压力之上以合成水合物，调整回压阀15的压力至水合物相平衡压力之下以分解水合物；

(7)出砂量测量：根据实验需要施加轴向压力，关闭第九阀门23-9和第十阀门23-10，打开第二阀门23-2、第六阀门23-6、第七阀门23-7和第八阀门23-8，通过压力流体接口注入气、水，打开出砂口42，在一定轴压下开展出砂实验，实验过程中经过液固分离器5分离气、液及固体颗粒，经气体流量计7、液体流量计9检测气、液流量，运用固体收集装置6、液体收集装置10和气体收集装置8分别收集固体颗粒、液体及产出气体；

(8)渗透率测量：待出砂实验结束后，旋转螺旋堵塞柱体40至防砂管41处，并关闭第七阀门23-7和第八阀门23-8，打开第三阀门23-3和第十阀门23-10，开启自动压力追踪泵20，向沉积物样品1中以恒定速率或恒定压力注入蒸馏水，经流量计14检测出液量，并记录孔压入、出口端的压力随时间的变化曲线，待渗流入口24端和渗流出口37端的第一压力表2-1 和第二压力表2-2示数稳定后，记录压差计4及流量计14的示数，运用达西定律计算渗透率；

(9)X-CT扫描测试：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；使沉积物始终处于恒定的应力条件下进行测试，根据实验需要运用X-CT扫描沉积物样品不同时刻的微观结构；

(10)重复步骤(7)、(8)和(9)，研究不同应力条件下含水合物沉积物孔隙结构演化规律及流固体产出响应机理，探究沉积物出砂与渗流产水产气的耦合作用机制；重复上述步骤(1)-步骤(10)，综合分析水合物聚散及应力条件下沉积物微观结构时空演化规律，定量描述含水合物沉积物结构和物性时空演化与流固体产出的耦合关系。

其中，在所述步骤(6)中能够根据实验需要选择不同的水合物生成方式，进而探究水合物生成和分解过程中不同水合物赋存状态下沉积物微观结构时空演化及渗透率影响规律，所述水合物生成方式如下：

1)过量气法：根据实验要求制备一定含水量的沉积物样品1放置于X射线穿透式反应釜内，关闭第五阀门23-5、第六阀门23-6和第七阀门23-7，打开第二阀门23-2、第三阀门23-3和第九阀门23-9，通入过量气体生成水合物；

2)过量水法：将干燥的沉积物样品1放置于X射线穿透式反应釜内，关闭第二阀门23-2 和第八阀门23-8，打开第三阀门23-3、第六阀门23-6和第十阀门23-10，开启自动压力追踪泵20，向沉积物样品1中通入循环水，一定时间后关闭第三阀门23-3和第十阀门23-10，打开第二阀门23-2和第九阀门23-9，通入一定量的气体生成水合物；

3)饱和气水法：将干燥的沉积物样品1放置于X射线穿透式反应釜内，关闭第七阀门 23-7、第九阀门23-9和第六阀门23-6，打开第二阀门23-2、第五阀门23-5和第六阀门23-6，向冷却气水容器19中通入气体和水，开启磁力搅拌器使之充分混合均匀饱和，一定时间后关闭第五阀门23-5和第六阀门23-6，打开阀门第三阀门23-3和第十阀门23-10，开启自动压力追踪泵20，通入饱和气水并循环生成水合物。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。