一种沉积物声传播特性测试装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及到一种非固结沉积物声特性测试的装置，尤其是一种在高压低温下原位测量非固结沉积物或天然气水合物的声速、频率响应、声波衰减特性、各向异性特征等声传播特性的装置。
【背景技术】
[0002]流体饱和孔隙介质中弹性波的物理机制一直以来倍受如地震勘探、岩石物理学、土壤工程、水声学和地基工程等领域诸多研究者的关注。声波在岩石中的传播速度是一种能较好反映岩石综合物性的信息载体，从物探资料分析中可以看出，声波速度与地层岩性、岩石内部结构、埋深和地质年代都有密切的关系。弹性波传播的测量对研究流体饱和孔隙介质的内在性质是一种非常有用的手段。在孔隙介质弹性波的传播理论中，沉积岩和孔隙岩石中的声速和衰减与其物理性质密切相关。理解弹性波传播过程中声能量耗散、速度频散的整个机制对声学和地球物理学等领域是重要的也是令人感兴趣的问题，特别是深海油气勘探和评价。
[0003]另外，天然气水合物是一种由气体(或易挥发的液体)与水在一定温度压力条件下形成的冰状固体，俗称可燃冰，广泛分布于冻土带地表以下200-2100米和大陆边缘海底之下0-1100米的沉积物中。全世界天然气水合物储量非常巨大，估计水合物中天然气资源量为2X 1016m3，相当于2X 15亿吨油当量，是全球常规燃料总碳量的2倍。在天然气水合物的勘探开发过程中，地球物理方法被证明是一种非常有效的方法，国内外研究者利用这些信息开展了许多相关性研究。尤其是近年来，人们借助油气储层预测的思路，利用振幅随炮检距变化(AVO)信息技术和地震的非线性全波形走时反演方法，对BSR反射系数、反射波形模拟来约束BSR上下地层的地震纵波速度变化，达到综合预测含水合物沉积层的目的，这些技术方法对于特定条件下天然气水合物矿藏的发现取得了一定效果。但是，经钻探后发现目前公认的许多识别标志与天然气水合物矿藏之间并非完全对应，两者之间的内在联系及其响应机理尚不清楚，许多解释的合理性尚存质疑。因此，研究天然气水合物及储层的声学响应特性以及海底非固结沉积物的声学特性，对天然气水合物的勘探、资源评价以及深海油气开发具有重要意义。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种非固结沉积物声传播特性测试的装置，尤其是一种在高压下低温下原位测量非固结沉积物或天然气水合物的声速的装置，可实现频率可变、孔隙压力和围压大范围可变、温度可调，还可以测试样品的各向异性声传播特性。
[0005]为实现以上目的，本发明采取了以下的技术方案:
[0006]—种沉积物声传播特性测试装置，其包括:
[0007]反应釜系统，所述反应釜系统包括内置有被测样品的反应釜主体；
[0008]孔压支持系统，与所述反应釜主体连通，用于为反应釜主体提供气源；
[0009]液压加压系统，与反应釜系统相连，用于改变被测样品的围压；
[0010]声学测试系统，所述声学测试系统包括超声发生器、示波器以及成对的超声换能器，所述超声换能器贴附于反应釜主体的外壁上，超声发生器的输出端连接到该成对的超声换能器中的其中一个上，示波器的输入端连接到该成对的超声换能器中的另一个上。
[0011]所述反应釜系统整体位于一空气浴中。
[0012]所述反应釜系统还包括水合反应釜支架、水合反应釜端盖、液压活塞、液压活塞端盖、法兰连接螺栓、承重轮，所述反应釜主体安装于水合反应釜支架中，承重轮安装于水合反应釜支架的底部，所述水合反应釜支架的上端通过法兰连接螺栓与水合反应釜端盖固定连接，在所述水合反应釜端盖上侧固定连接液压活塞端盖，所述液压活塞的下端伸入反应釜主体中，其上端穿过水合反应釜端盖伸入到液压活塞端盖中，所述液压活塞端盖的上端面与液压活塞的上端之间形成容置空间，所述液压加压系统与该容置空间相连通。
[0013]被测样品声波特性测试采用测量采用的是一发一收接触式超声脉冲测量方法，SP被测样品的超声波特性测量过程中，成对的超声换能器中一个用于发射超声波，一个用于接收超声波，超声发生器根据超声换能器的频率和阻抗要求产生一定频率的电脉冲，电脉冲驱动其中一超声换能器发射超声波，超声波依次通过反应釜主体壁面、被测样品，穿过对应壁面被对面的超声换能器接收，超声换能器接收超声波后转换成电波被示波器接收并显不O
[0014]所述反应釜系统进一步包括端盖起重支架、起重拉力架、连接绳、手摇轮，所述端盖起重支架与水合反应釜支架的上端面固定，水合反应釜端盖、液压活塞端盖以及起重拉力架均安装于该端盖起重支架中，所述起重拉力架固定安装于液压活塞端盖的上侧，所述连接绳的一端固定于起重拉力架上，另一端通过端盖起重支架上端安装的滑轮后缠绕于手摇轮上。
[0015]所述反应釜系统进一步包括一位移定位杠、位移传感器和传递杆，所述位移传感器的主体部分安装于液压活塞端盖的外侧壁上，所述传递杆的下端与液压活塞的上端固定连接，传递杆的上端伸出液压活塞端盖并与位移定位杠的一端固定连接，位移定位杠的另一端与位移传感器的活动杆固定连接。
[0016]所述沉积物声传播特性测试装置还包括数据采集系统，所述液压活塞端盖上安装有用于测量容置空间内压力的压力传感器P，所述反应釜主体的下端安装有用于测量反应釜主体内部温度的温度传感器，所述位移传感器、压力传感器P以及温度传感器的信号输出端均与该数据采集系统电性连接。
[0017]所述反应釜系统进一步包括超声换能器转换轮、超声换能器转换轮支架、电机、电机支架，所述电机支架固定安装于水合反应釜支架的底部，电机安装于该电机支架上，且电机的输出轴通过超声换能器转换轮支架与超声换能器转换轮固定连接，所述超声换能器转换轮为环绕反应釜主体的环形结构，超声换能器安装于该超声换能器转换轮上。
[0018]所述超声换能器通过超声换能器转换系统安装于该超声换能器转换轮上，所述超声换能器转换系统包括超声换能器支撑、超声换能器夹具、换能器位置调整环、弹簧、铁片拉杆、电磁铁，所述换能器位置调整环为中空框架，其径向安装于超声换能器转换轮上，所述电磁铁通过第一安装架安装于换能器位置调整环远离反应釜主体一端的内部，可沿换能器位置调整环的超声换能器支撑的前端通过超声换能器夹具固定安装超声换能器，与所述电磁铁相配合的铁片拉杆通过第二安装架固定安装于超声换能器支撑的后端，所述超声换能器支撑的后端远离反应釜主体，所述弹簧的两端分别固定连接于第一安装架和第二安装架上。当需要切换超声换能器时，对电磁铁通电将换能器收入换能器位置调整环中，再启动换能器转换系统支撑部分底下的电机，等切换到位后断开电磁铁电源，换能器在弹簧的作用下重新贴紧反应釜主体外壁。
[0019]所述反应釜主体为正六边形柱体，所述超声换能器为三对，每对超声换能器均对称贴附于正六边形柱体的相对面上;所述超声换能器转换系统为六个，与超声换能器一一对应。
[0020]所述沉积物声传播特性测试装置进一步包括一抽真空系统，所述抽真空系统与反应Il主体相连通。
[0021]本装置使用步骤如下:
[0022](a)非化学反应的液体或固体系统的高压、低压、常压声学特性测试:
[0023]事先将被测样品放入反应釜主体中，再封口。封口后通过推动手动增压栗驱动液压活塞加压。通过设定恒温空气浴的温度则可以测试被测样品不同温度的声学参数。
[0024](b)有高压气体反应的沉积物体系的声学特性测试原位测试:
[0025]当涉及到高压气体时，反应前应先对整个装置检漏;关闭系统排气阀门，打开进气阀门往系统中注入一定压力的氮气，而后关闭气源。将整个系统封闭一天，如果压力表指示数值没有明显的下降则表示系统的阀门、管道和连接处密封良好，如若不然则表示有漏点。通常使用起泡剂来检查漏点，漏点的存在严重影响流量计的指示准确度，因此必须严格查封；