专利名称：一种天然气水合物岩石力学三轴试验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种岩石力学室内试验装置，具体涉及天然气水合物岩石力学三轴试验装置。
背景技术：
天然气水合物是一种储量丰富的、高能量密度的绿色清洁能源。随着世界经济的快速发展，油气资源大量消耗。世界天然气水合物的总能量约为煤、油、气总和的2 3倍， 对于缓解油气资源紧张具有重大意义。天然气水合物是在一定的温度和压力条件下，由天然气和水组成的类冰的、笼型结晶化合物。它广泛分布于大陆、岛屿的斜坡地带、活动和被动大陆边缘的隆起处、极地大陆架以及海洋和一些内陆湖的深水环境。20世纪60年代，苏联科学家在陆地冻土带首先发现第一个具有商业开采价值的天然气水合物气田——麦索雅哈气田之后，引起了世界各国的普遍关注，其中美、俄、日、法等国的研究较为广泛和深入。1999年以来，中国地质调查局在我国南海北部陆坡开展了针对天然气水合物的高分辨率多道地震和深海地质取样、海底照相等调查工作。调查结果表明，我国海域存在丰富的天然气水合物资源。我国在2007年 5月通过钻探取得实际水合物样品，预计于2016年实现对水合物的试开采。在天然气水合物地层的钻探过程中，钻井液使水合物不同程度的分解，天然气水合物沉积物的强度和模量等力学性质会发生明显的变化，水合物沉积物强度降低，使井壁出现垮塌、天然气溶解到钻井液中。这一过程使井涌、井塌等工程风险增大。天然气水合物沉积物的强度参数是井眼稳定性分析和水合物开发评价的重要参数。以前的注意力主要集中在对实验室合成的纯水合物物理特性的研究方面，针对海洋水合物开发的研究才刚开始。由于天然气水合物稳定需要特定的温度压力环境，目前尚未开发出针对天然气水合物沉积物力学性质实验的设备，常规岩石力学三轴实验技术和设备很难取得和保持原状水合物样来进行三轴强度和声波测量。
发明内容本实用新型的目的是提供一种天然气水合物岩石力学三轴试验装置；所述实验装置可以用于原位合成水合物后(或直接对水合物沉积试样)进行天然气水合物三轴实验， 测得水合物沉积物的应力-应变曲线、弹性模量、泊松比、内聚力、内摩擦角，同时可以测得天然气水合物试样的声学特性参数；这些基础数据为以后研究天然气水合物地层井壁稳定、开采分解提供基础数据。本实用新型提供的天然气水合物岩石力学三轴试验装置包括由筒体、底座和上盖组成的密闭压力室；所述底座上设有至少一个进油孔、至少一个进气孔和至少两个声波线接孔；所述筒体的上部设有至少一个出气孔；所述上盖上设有活塞；该活塞与所述密闭压力室外的移动横梁相连；所述密闭压力室腔内设有相对应的试样下压座和试样上压座；所述试样上压座与所述活塞的位置相应，所述试样下压座固定在所述底座上；所述试样上压座和试样下压座中均设有声波探头。上述的三轴试验装置中，所述底座和上盖均通过锁紧块与所述筒体密封连接。上述的三轴试验装置中，所述底座和上盖与所述筒体的内侧均通过密封圈a密封连接。上述的三轴试验装置中，所述底座上设有一个进油孔、两个进气孔和两个声波线接孔；所述筒体的上部设有一个出气孔。上述的三轴试验装置中，所述试样下压座通过定位销固定在所述底座上。上述的三轴试验装置中，所述试样上压座上设有试样上压垫；所述试样下压座上设有试样下压垫。上述的三轴试验装置中，所述活塞与所述上盖通过密封圈b密封连接。上述的三轴试验装置中，所述移动横梁和所述活塞之间设有隔热板。上述的三轴试验装置中，所述底座的下表面上设有滑轨，如直线导轨，便于所述三轴试验装置的移动。上述的三轴试验装置中，所述活塞和所述试样上压座相连接。本实用新型提供的天然气水合物岩石力学三轴试验装置具有以下有益效果将天然气水合物合成与分解以及其力学性质、声学性质有效地衔接起来，将三轴压力室与天然气水合物反应釜进行了有效结合，避开了模具制样、装样等操作过程中的水合物分解问题， 实现了对天然气水合物沉积物样品的物性及力学性质参数的同步测量，填补了国内水合物沉积物力学性质实验和测量设备的空白。
图1为本实用新型的天然气水合物岩石力学三轴试验装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明，但本实用新型并不局限于以下实施例。本实用新型的天然气水合物岩石力学三轴试验装置的结构示意图如图1所示，图中各标记如下1100KN负荷传感器、2移动横梁、3隔热板、4活塞、5上盖、6密封圈b、7出气孔、8筒体、9试样上压座、10试样下压座、11底座、12直线导轨、13，16锁紧块、14试样上压垫、15试样下压垫、17进油孔、18进气孔、19密封圈a。本实用新型的天然气水合物岩石力学三轴试验装置包括由筒体8、底座11和上盖 5组成的密闭压力室；底座11置于两个直线导轨12上以便于移动；底座11通过两个锁紧块16和两个密封圈a 19与筒体8密封连接；上盖5通过两个锁紧块13和两个密封圈a与筒体8密封连接；筒体8设有试样下压座10，试样下压座10通过定位销(图中未示出)固定在底座11上；试样下压座10上设有试样下压垫15 ；试样下压座10上设有试样上压座9， 试样上压座9上设有试样上压垫14，试样下压座10和试样上压座9位置相应；试样下压座 10和试样上压座9之间放置岩样以形成天然气水合物；试样下压座10和试样上压座9中均镶嵌有1个声波探头(图中未示出)，这样在加压的同时检测声波波速；底座11上设有一个进油孔17、两个进气孔18和两个声波线接孔(图中未示出)；进油孔17与外部设置的输油装置连通，向筒体8内输送液压油以对试样形成围压；从两个进气孔18中通入甲烷气体以合成甲烷水合物；试样下压座10和试样上压座9中镶嵌的声波探头通过两个声波线接孔与外部设置的声波仪相连接，以将声波探头检测到的信号输入到声波仪中；筒体8的上部设有一个出气孔8 ；上盖5的中部设有活塞4，活塞4通过密封圈b 6与上盖5密封连接； 活塞4与密闭压力室外的移动横梁2相连，活塞4与试样上压座9相连；移动横梁2和活塞4之间设有隔热板3 ；通过移动横梁2向试样施加轴向压力；移动横梁2的上部设有一个 100KN负荷传感器，用于测量轴向力的大小，并把所测的值传送到与该三轴试验装置相连接的计算机控制系统。上述天然气水合物岩石力学三轴试验装置中，底座11和上盖5与筒体8还可以通过其它密封方式连接，如过盈配合；筒体11的材质和大下可以根据需要进行调节；试样下压座10和试样上压座9中镶嵌的声波探头的数量可以根据需要进行调节；活塞4与上盖5 还可以通过其它密封方式连接，如过盈配合。使用本实用新型的天然气水合物岩石力学三轴试验装置时，将试样装在试样下压座10上，然后安装试样上压座9 ；然后通过进油孔17向密闭压力室内充入液压油；当出气孔7中有液压油溢出时，关闭出气孔7，继续向密闭压力室内充入液压油，当筒体11内的压力和温度达到天然气水合物形成的稳定值后，停止向筒体11内充入液压油；同时，通过进气孔18向筒体11内通入甲烷气体并记录通入气体的量；然后通过镶嵌在试样上压座9和试样下压座10中的声波探头测试甲烷水合物沉积物的声波波速；完成之后通过驱动移动横梁2和活塞4向试样施加轴向压力，同时通过控制系统记录轴向应变、径向应变随轴向应力的变化规律。实验结束后，打开出气孔7用气泵将筒体8中的液压油吹出；然后打开锁紧块16，将筒体8提升起来，取出做完试验的岩样。
权利要求1.一种天然气水合物岩石力学三轴试验装置，其特征在于它包括由筒体、底座和上盖组成的密闭压力室；所述底座上设有至少一个进油孔、至少一个进气孔和至少两个声波线接孔；所述筒体的上部设有至少一个出气孔；所述上盖上设有活塞；该活塞与所述密闭压力室外的移动横梁相连；所述密闭压力室腔内设有相对应的试样下压座和试样上压座； 所述试样上压座与所述活塞的位置相应，所述试样下压座固定在所述底座上；所述试样上压座和试样下压座中均设有声波探头。
2.根据权利要求1所述的三轴试验装置，其特征在于所述底座和上盖均通过锁紧块与所述筒体密封连接。
3.根据权利要求1或2所述的三轴试验装置，其特征在于所述底座和上盖与所述筒体的内侧均通过密封圈a密封连接。
4.根据权利要求1或2所述的三轴试验装置，其特征在于所述底座上设有一个进油孔、两个进气孔和两个声波线接孔；所述筒体的上部设有一个出气孔。
5.根据权利要求1或2所述的三轴试验装置，其特征在于所述试样下压座通过定位销固定在所述底座上。
6.根据权利要求1或2所述的三轴试验装置，其特征在于所述试样上压座上设有试样上压垫；所述试样下压座上设有试样下压垫。
7.根据权利要求1或2所述的三轴试验装置，其特征在于所述活塞与所述上盖通过密封圈b密封连接。
8.根据权利要求1或2所述的三轴试验装置，其特征在于所述移动横梁和所述活塞之间设有隔热板。
9.根据权利要求1或2所述的三轴试验装置，其特征在于所述底座的下表面上设有滑轨；所述滑轨为直线导轨。
10.根据权利要求1或2所述的三轴试验装置，其特征在于所述活塞和所述试样上压座相连接。
专利摘要本实用新型公开了一种天然气水合物岩石力学三轴试验装置。所述装置包括由筒体、底座和上盖组成的密闭压力室；所述底座上设有至少一个进油孔、至少一个进气孔和至少两个声波线接孔；所述筒体的上部设有至少一个出气孔；所述上盖上设有活塞；该活塞与所述密闭压力室外的移动横梁相连；所述密闭压力室腔内设有相对应的试样下压座和试样上压座；所述试样上压座与所述活塞的位置相应，所述试样下压座固定在所述底座上；所述试样上压座和试样下压座中均设有声波探头。
文档编号G01N3/08GK201965059SQ20102065937
公开日2011年9月7日 申请日期2010年12月8日 优先权日2010年12月8日
发明者余敏, 刘彬, 周建良, 姚海元, 孙晓杰, 崔青, 李令东, 李清平, 白玉湖, 程兵, 程远方, 艾传志, 赵寿强, 郝庆泽 申请人:中国海洋石油总公司, 中国石油大学(华东), 中海石油研究中心, 长春市朝阳试验仪器有限公司