Geotek 保压岩芯综合测试 PCATS

PCATS岩芯保压综合测试系统(Pressure Core Analysis and Transfer System):系统包括三种传感器:伽玛密度、P波速度、CT三维内部结构;在保压状态下进行测试和分割。

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  保压岩芯是在岩心采集后仍然保持采集地点的压力水平的岩芯样品,其中包含重要的物理、化学和生物成分。采集保压岩芯的最普遍的原因是需要保持其内部的天然气水合物和沉积物的原有结构。岩芯样品中的天然气水合物会随着外界压力的降低和温度的升高而分解,因此会产生大量的气体,这些气体在样品内部不断扩张会在样品到达水面之前破坏样品原有的结构。所以维持样品采集地点的原始压力和温度,对于原始的沉积物结构的分析至关重要。

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PCATS主体部分安装在40英尺标准集装箱内,多屏幕软件显示界面

 

岩芯保压条件下处理和分析

要对保压岩芯样品进行测量,需要用到能在相同高压环境操作的岩心处理和分析系统。Geotek公司能够提供这样的设备,型号为PCATS,集成压力岩芯分析和传送系统。PCATS系统提供机械传送装置,能够将保压岩芯样品从高压取芯工具内传送到测量室内,然后进行非破坏性分析,提供简单的地球物理数据和X射线图像,并可对岩芯样品进行分段切割,将切割后的样品传送到定制的保压舱内以便进行运输和进一步的分析。例如:通过降压和排气对天然气水合物进行定量分析。

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1个40英尺的集装箱包含PCATS主体和及PCATS Triaxial

另一个额外的20英尺的冷藏实验室,进行保压岩芯储存以及泄压定量实验

  

实时岩心评估

当保压岩芯从与PCATS系统兼容的高压存储舱内传送出后,由X射线系统测量岩芯的长度、品质和包含的成分等信息。可以根据输出的X射线图像对岩芯立即进行初步评估:

a. 岩心的哪一部分需要保存下来进行何种后续分析;

b. 样品的哪些部分需要立即释放压力进行视觉检查或是放入液氮中保存;

c. 哪些部分需要缓慢释放压力来进行天然气水合物定量分析,快速岩芯评估还可以帮助用户检查采集的岩芯是否符合需要,是否需要再次采集。

 

无损测量

压力式多参数岩芯扫描仪MSCL-P集成在PCATS系统中,能够对保压样品进行自动的、高分辨率、无损原位测量。GammaX射线可以穿透铝合金压力外壳来进行伽玛密度和X射线成像,P波速率使用超声波脉冲发射技术来进行测量,P波换能器位于压力测量室内部。可以通过电脑来控制整个保压岩芯的传送和旋转,采集每一个岩芯样品的不同位置的数据,包括一个位置在X波束下旋转得到的视频图像。并可以提供全样品X射线断层图像。这些数据可以在调查船上立即进行采集,给用户提供构造方面的定量信息和沉积物方面的定性信息。


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     实时岩芯评估,MSCL-P系统测量结果(P波速率+Gamma密度+X射线成像)

 

现场二次采样(切割)

PCATS系统的新功能是能够在现场对保压岩芯进行切割分段。当所有的无损扫描分析结束后,用户可以根据扫描结果,并结合实际需求来对岩芯样品进行切割,每一小段样品都可以转移到定制的压力保存舱内。

为了完成高质量的保压岩芯样品切割,PCATS系统首先使用一个旋转切割刀盘对塑料套管进行无碎屑切割,然后一个往复锯切割刀来割开沉积物岩芯。切割的小段岩芯样品随后被推送到样品保压储存舱内,保压舱使用大的球阀进行密封和隔离。

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保压舱

   

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储存在保压舱中的各种规格的二次切割的样品(长度达1.2m,压力35MPa

 

PCATS三轴测量

PCATS 三轴测量室可以对样品进行保压三轴测试,结合Mini-production泄压试验还可以对天然气水合物的含量以及岩芯渗透性进行评估。

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PCAT Triaxial三轴试验设备 

Mini-production 试验(泄压试验)

切割下来的任何长度的样品都可以进行缓慢降压试验,来对天然气水合物进行定量分析。结合PCATS三轴测量试验可以获取岩芯样品的地球物理数据以及岩土工程数据。

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20英尺集装箱实验室,安全储存和泄压实验室

 

液氮冷冻室

Geotek研发了一个新的技术手段来在液氮LN2中保存含气水合物沉积物样品,确保了保存样品中所有的天然气水合物以及样品的物理结构最小程度的破坏。该冷冻该技术可以保存二次切割下来的子样品,从PCATS切割下来的合适的样品(12-20cm),并传送到保压舱中。在连接到冷冻室之前,样品周围的水更换为高压液氮。冷冻室预先充有液氮,然后增压到跟保压舱相同的压力范围。当两个保压舱之间的球阀完全打开时,在高压状态下,样品落入液氮中。2分钟之后,样品会被完全冷冻,压力释放,然后将冷冻后的样品从冷冻室内取出,传送到液氮杜瓦瓶中进行储存,可以使用干散货运输到最终目的地。


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二次包装系统Over pack

随着对保压岩芯进行更加精细的测试的要求,无扰动的样品运输到特定的实验室就变得非常重要。在过去几年内,大量的需要后处理分析的保压岩芯被储存在保压仓内,然后运输到当地的实验室。然而,之前在保压舱中的运输的岩芯大部分都是在国内运输。保压舱中的岩芯还没有进行过国际运输,因为有一些危险物品运输条例的限制。天然气水合物含有大量的甲烷,是高度易燃的,与空气混合达到一定浓度会发生爆炸。

为了克服上述难题,Geotek研发了一个综合运输解决方案,使长达1.2m的保压岩芯可以被安全的运输到世界上任何地方,同时维持原位的温度和压力。通过海运或者陆运的方式。一旦保压舱泄漏或者在运输过程中破裂,二次包装的圆柱瓶内部可以提供足够的体积空间来容纳所有的甲烷气释放,当然这种几率非常小。

Geotek保压舱通过机械支撑结构全方位安全的、防震的进行安装,因此在运输过程中不存在二次包装圆柱瓶损坏的风险。当保压舱装在进瓶内后,瓶内的自由体积使用氮气进行净化,为了避免在圆柱瓶内产生爆炸混合的可能性。任何泄漏的甲烷在瓶内将只会与氮气进行混合。该保存系统的首次使用时在日本,5个保压岩芯保存了1年,然后运输到美国。

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二次包装圆柱瓶,保压舱安全防震的安装在冷藏运输箱内

 

保压运输到岸上实验室

 

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在岸上实验室可以使用Mini-PCATS对保压岩芯进行保压传送和无损分析,并进行再次的二次切割,传送保存到保压舱内。Mini-PCATS最大可传送保压岩芯长度为1.2m。可进行直接流通K0渗透率的测定,适合岩芯为PCTB保压取芯,长度25-30mm

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PCATS系统规格

1、DNV认证的集装箱实验室,标准40英尺集装箱1个, 20英尺集装箱1个

2、压力等级:最大工作压力350bar(35MPa)

3、工作温度0~50℃(可扩展)

4、最大岩芯长度:3.5m

5、最大岩芯直径:63mm,最大套管壁厚4mm

6、兼容取芯系统



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1、 保压岩芯传送

2、 保压岩芯分析:

(1) 伽玛密度

(2) P波速率

(3) X射线成像及CT

(4) 第三方分析系统

3、 保压岩芯的二次切割,并传送到保压舱中进行储存,长度可达3.5m

4、 保压岩芯液氮冷却传送室,保压状态下冷冻样品

5、 保压岩芯生产性试验,可同时对4个样品同时进行泄压实验。对逸出的气体进行采样和分析,或者储存以便进一步的同位素分析等实验。

6、 保压岩芯二次切割,传送到分析室:

1)PCATS Triaxial三轴岩土力学测试

小应力共振柱测试(剪切模量和剪切波速)

渗透率测试

三轴强度测试

生产性实验

2)PCATS K0渗透仪:土压力下渗透率测试

3)第三方分析测量室

7、 PCATS Over-pack 二次包装系统

经过认证的保压岩芯运输到Geotek和第三方实验室。可以储存长达1.2m长的保压舱。多达10个保压舱可在20英尺的冷藏集装箱内进行运输。


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