一种保真天然气水合物岩芯的快速检测装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种针对保真天然气水合物岩芯的快速检测装置及方法，快速检测装置包括声波检测主装置、介质压力平衡系统、声波发生器、A/D转换器、示波器、计算机、球阀、机械手；最大工作压力，20MPa；工作温度，0℃～常温；控制精度，±0.1℃，±0.1Mpa；识别精度，100微米。在实地勘探天然气水合物过程中，该方法能实现岩芯的快速检测判断天然气水合物存在与否，相较于电阻率法测量天然气水合物岩芯准确度高，后期实验分析的结果有较高的可靠性。
【专利说明】
一种保真天然气水合物岩芯的快速检测装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种保真天然气水合物岩芯的声波检测装置，属于石油科研仪器【技术领域】。
【背景技术】
[0002]近年来，我国的保真钻探取样技术取得了突破性进展。保真天然气水合物岩芯是通过保真取样器从海底钻探得到的保真天然气水合物沉积物，能够防止因为降压而引起的天然气水合物分解，真实地反映天然气水合物沉积物的形态结构、机械特性、传热特性等，对其进行检测对于该地区开展天然气水合物的开采工作具有重要的参考意义。对于保真取样得到的天然气水合物岩芯进行在线检测判断水合物存在与否，为天然气水合物取样岩芯是否进行保真转移开展后续系统分析提供判断依据。然而，保真取样得到的天然气水合物岩芯必须保持在高压环境下防止天然气水合物分解，因此需要特殊设计的检测装置和方法对此进行高压环境下的无损检测。由浙江大学设计的深海微生物保压转移用取样器(申请公布号CN104004648A)的上端布置了球阀，为取样器与快速检测装置的快速对接以及保真天然气水合物岩芯(带有机玻璃外套筒，外径73_)的船载在线检测提供了前提条件。声波检测技术被证明可以用于判断人工沉积物中天然气水合物存在与否，但目前已见报道的检测装置(《模拟岩芯中天然气水合物超声检测技术》，顾轶东等，声学技术，第23卷第3期，第219-221页)无法与保真取样器得到的天然气水合物岩芯对接适用。
【发明内容】
[0003]为了解决上述天然气水合物岩芯检测过程中存在的问题，本发明提供了一种保真天然气水合物岩芯的快速检测装置及方法，解决了天然气水合物实地勘探过程中快速准确判断水合物存在与否的问题，能最大程度上减小对天然气水合物岩芯内部结构的破坏，为天然气水合物取样岩芯是否进行保真转移开展后续系统分析提供判断依据。
[0004]本发明的技术方案是:
[0005]一种保真天然气水合物岩芯快速检测装置，包括声波检测主装置、介质压力平衡系统、声波发生器、A/D转换器、示波器、计算机、球阀、机械手。
[0006]声波检测主装置包括金属压冒、声波换能器的发射端、保护套、固定螺栓、过渡法兰和声波换能器的接收端。
[0007]声波检测主装置外壁由钛合金制成，横截面为正方形，边长130mm，以保证系统20MPa的耐压性，内径为80mm，以保证天然气水合物岩芯(外径73mm)通过声波检测主装置。
[0008]天然气水合物岩芯与声波检测主装置间形成3.5mm的中空夹层，其中充满海水，以去除夹层内的空气，保证声波穿透天然气水合物岩芯到达声波换能器接收端。
[0009]声波检测主装置的侧壁开有三对的通孔，每对通孔中心轴同轴，用于嵌入由聚砜材料制成的保护套。保护套为无盖空心圆柱型，底层厚10mm，能够保证良好的声波穿透性，并起到防止声波换能器发射面被压坏。保护套与金属压力容器之间采用O型密封圈密封，以保证整个检测装置的气密性。声波换能器置于保护套中，在声波换能器与保护套间填入声波耦合剂，用于去除保护套与声波换能器间的空气。
[0010]金属压冒用于固定声波换能器，并由紧固螺栓固定在声波检测主装置上，使声波换能器拥有良好的耦合效果。
[0011]本装置设置的三对声波换能器:声波检测主装置的上下布置二对声波换能器，左右布置一对声波换能器。水合物在沉积物内的分布规律具有多样性，可能分布于沉积物的裂缝中。当裂缝方向与声波传播方向垂直时，会引起声波速度变化不明显，因此本装置设置的三对声波换能器能够防止声波检测过程中的检测遗漏。
[0012]为了实现保压条件下的在线快速检测，声波检测主装置右侧的过渡法兰用于与保真取样器的连接，球阀位于声波检测主装置的右侧，用于控制天然气水合物岩芯的进出。介质压力平衡系统连接球阀两侧，用于平衡球阀两端压力。机械手由电机驱动，用于拖动天然气水合物岩芯在转置内移动。声波发生器用于发射声波脉冲，声波换能器的发射端将电信号转换成机械信号，声波换能器的接受端将接受到的机械信号转换成电信号，经A/D转换器在示波器上显示声波信号，并传输给计算机进行储存。
[0013]本发明能在不破坏天然气水合物岩芯的基础上判断其中是否存在天然气水合物，为天然气水合物岩芯后续转移分析提供判断依据。采用可拆卸式的声波换能器安装方式，便于针对不同沉积物情况在线更换适用技术参数的声波换能器。在两个不同方向上的声波检测，提高了检测结果的可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为针对保真天然气水合物岩芯快速检测装置示意图。
[0015]图2为声波检测主装置主视图。
[0016]图3为声波检测主装置左视图及其剖视图A-A。
[0017]图中:1声波检测主装置；2介质压力平衡系统；3声波发生器；4A/D转换器；5示波器；6计算机；7球阀；8保真天然气水合物岩芯；9机械手；10金属压冒；11声波换能器发射端；12保护套；13固定螺栓；14过渡法兰；15声波换能器接收端。
【具体实施方式】
[0018]如图所示的保真天然气水合物岩芯快速检测装置，包括声波检测主装置、介质压力平衡系统、声波发生器、A/D转换器、示波器、计算机、球阀和机械手。
[0019]工作条件是:最大工作压力，20MPa ;工作温度，(TC?常温；控制精度，±0.1°C,±0.1Mpa ;识别精度，100微米。
[0020]利用上述针对保真天然气水合物岩芯的快速检测装置的步骤如下:
[0021]第一步，安装声波换能器。在声波换能器工作面上涂上声波耦合剂，放置于聚合物保护套中。将其整体嵌入声波检测主装置侧壁的通孔中，密封。金属压冒固定住声波换能器，再用紧固螺栓固定住金属压冒，保证了声波换能器有良好的耦合效果。
[0022]第二步，连接线路。用BNC线将声波发生器连接至各个声波换能器发射端，将各个声波换能器接收端连接至A/D转换器，连接A/D转换器至示波器，最后连接示波器至计算机。
[0023]第三步，对接保真取样器。将声波检测主装置右侧法兰与保真取样器末端用螺栓连接，确保密封性良好。通过介质压力平衡系统平衡球阀两端压力后，打开球阀，控制机械手扣住天然气水合物岩芯。
[0024]第四步，声波检测。当机械手拖动天然气水合物岩芯进入声波检测主装置时，通过声波发生器同时给三对声波换能器施加脉冲信号，计算机储存声波信号，并处理得到天然气水合物岩芯不同位置的声波速度和振幅数据。
[0025]第五步，判断水合物存在区域。当天然气水合物岩芯处于停顿时间时，在计算机上进行声波信号波形信息读取和岩芯位置记录。检测结束继续移动岩芯，循环此步骤。通过对比天然气水合物岩芯各处声波数据，波速较高、振幅较大的地方即是水合物存在区段。
【权利要求】
1.一种保真天然气水合物岩芯快速检测装置，其特征在于，包括声波检测主装置、介质压力平衡系统、声波发生器、A/D转换器、示波器、计算机、球阀、机械手； 声波检测主装置包括金属压冒、声波换能器的发射端、保护套、固定螺栓、过渡法兰和声波换能器的接收端； 声波检测主装置外壁由钛合金制成，横截面为正方形，边长130mm，保证系统20MPa的耐压性，内径为80mm，保证天然气水合物岩芯通过声波检测主装置； 天然气水合物岩芯与声波检测主装置间形成中空夹层，其中充满海水，以去除夹层内的空气，保证声波穿透天然气水合物岩芯到达声波换能器接收端； 声波检测主装置的侧壁开有三对的通孔，每对通孔中心轴同轴，用于嵌入由聚砜材料制成的保护套；保护套为无盖空心圆柱型，底层厚10mm，能够保证良好的声波穿透性，并起到防止声波换能器发射面被压坏；保护套与金属压力容器之间采用O型密封圈密封；声波换能器置于保护套中，在声波换能器与保护套间填入声波耦合剂，用于去除保护套与声波换能器间的空气； 金属压冒用于固定声波换能器，并由紧固螺栓固定在声波检测主装置上，使声波换能器拥有良好的耦合效果； 三对声波换能器:声波检测主装置的上下布置二对声波换能器，左右布置一对声波换能器； 声波检测主装置右侧的过渡法兰用于与保真取样器的连接，球阀位于声波检测主装置的右侧，用于控制天然气水合物岩芯的进出；介质压力平衡系统连接球阀两侧，用于平衡球阀两端压力；机械手由电机驱动，用于拖动天然气水合物岩芯在转置内移动； 声波发生器用于发射声波脉冲，声波换能器的发射端将电信号转换成机械信号，声波换能器的接受端将接受到的机械信号转换成电信号，经A/D转换器在示波器上显示声波信号，并传输给计算机进行储存。
2.根据权利要求1所述的一种保真天然气水合物岩芯快速检测装置，其特征在于，天然气水合物岩芯与声波检测主装置间形成3.5mm的中空夹层。
3.一种保真天然气水合物岩芯快速检测方法，利用权利要求1或2所述的保真天然气水合物岩芯快速检测装置，其特征在于以下步骤: 第一步，安装声波换能器；在声波换能器工作面上涂上声波耦合剂，放置于聚合物保护套中；将其整体嵌入声波检测主装置侧壁的通孔中，密封；金属压冒固定住声波换能器，再用紧固螺栓固定住金属压冒，保证了声波换能器有良好的耦合效果； 第二步，连接线路；用BNC线将声波发生器连接至各个声波换能器发射端，将各个声波换能器接收端连接至A/D转换器，连接A/D转换器至示波器，最后连接示波器至计算机；第三步，对接保真取样器；将声波检测主装置右侧法兰与保真取样器末端用螺栓连接，确保密封性良好；通过介质压力平衡系统平衡球阀两端压力后，打开球阀，控制机械手扣住天然气水合物岩芯； 第四步，声波检测；当机械手拖动天然气水合物岩芯进入声波检测主装置时，通过声波发生器同时给三对声波换能器施加脉冲信号，计算机储存声波信号，并由处理得到天然气水合物岩芯不同位置的声波速度和振幅数据； 第五步，判断水合物存在区域；当天然气水合物岩芯处于停顿时间时，在计算机上进行声波信号波形信息读取和岩芯位置记录；检测结束继续移动岩芯，循环此步骤；通过对比天然气水合物岩芯各处声波数据，波速较高、振幅较大的地方即是水合物存在区段。
【文档编号】G01N29/12GK104458914SQ201410742597
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月8日 优先权日:2014年12月8日
【发明者】宋永臣, 赵佳飞, 王超杰, 刘卫国, 杨明军, 刘瑜, 王大勇, 张毅, 李洋辉, 李彤彤 申请人:大连理工大学