一种保压岩心静力触探装置及其方法

1.本发明属于天然气水合物保压静力触探测试的技术领域，尤其是涉及一种保压岩心静力触探装置及其方法。


背景技术：

2.天然气水合物是由天然气和水在较高压力和较低温度条件下形成的似冰雪笼型化合物，广泛分布于近海大陆坡环境中。天然气水合物勘探和开发可能会引起海底滑坡、井壁坍塌、工程结构物破坏等工程灾害。研究指出天然气水合物资源开发、灾害防控与环境评价都依赖于岩土工程的一个基本科学问题：即如何准确地确定水合物存储的力学特征参数来保证水合物储层的长期稳定。其中，静力触探测试是不可缺少的一个环节。亟需一种保压岩心静力触探装置及其方法。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种保压岩心静力触探装置及其方法，适用于天然气水合物保压岩心静力触探测试。
4.本技术实例公开了一种保压岩心静力触探装置，其特征在于包括保压储存系统、测试系统、数据采集与处理系统：
5.所述的保压储存系统包括储存筒、保压机、输送机、接口一、接口二，所述的接口一布置在储存筒的首段，所述的接口二布置在储存筒的侧面，所述输送机与接口一相邻并布置在储存筒的首端，所述的保压机布置在储存筒的尾端；
6.所述的测试系统包括套筒、探头、连杆、液压装置，所述的套筒通过接口二与储存筒相连接，所述的探头布置在套管内部，其轴线与套筒轴线重合；所述的探头由锥尖阻力测试装置、侧摩阻力测试装置、孔隙水压力测试装置、电阻率测试装置组成；所述的连杆一端与探头连接，另一端与液压装置连接；所述的液压装置与pc端通过电线连接；
7.所述的数据采集与处理系统包括pc端、数据传输装置、数模转换装置，所述的数据传输装置与锥尖阻力测试装置、侧摩阻力测试装置、孔隙水压力测试装置、电阻率测试装置分别通过电线连接，所述的数模转换装置与数据传输装置通过电线连接，所述的pc端与数模转换装置通过电线连接。
8.所述的样品放置系统包括样品管、u型固定槽、测试孔，所述的样品管放置在u型固定糟内，所述的u型固定槽通过螺钉固定在输送机上，并沿轴线布置，所述的测试孔位于样品管正上方，并沿轴线布置。
9.优选的，所述的接口一与接口二均为密封设计，保证测试样品在测试过程中严格处于保压状态。
10.优选的，所述的输送机实现样品在储存筒内向尾端移动，用以测试样品的不同部位。
11.优选的，所述的套筒与储存筒为可拆卸连接。
12.优选的，所述的探头与连杆为可拆卸连接。
13.优选的，所述的连杆与液压装置为可拆卸连接。
14.优选的，所述的液压装置用于控制连杆沿套筒轴线方向的移动，从而实现探头贯入储存筒与拔出储存筒，所述的pc端与液压装置通过电线连接并控制液压装置的工作。
15.优选的，所述的数模转换装置将锥尖阻力测试装置、侧摩阻力测试装置、孔隙水压力测试装置、电阻率测试装置采集的数据统一格式化，所述的数据传输装置将数模转换装置处理过的数据传输给pc端保存。
16.优选的，所述的测试孔(19)半径比探头(7)外径大2mm。
17.优选的，所述的u型固定槽(18)宽度比输送机(3)宽度小2cm。
18.本发明的有益效果为：
19.本发明涉及一种天然气水合物储层样品的保压岩心静力触探装置，其中，保压储存系统用于保持天然气水合物储层样品位于海底的高压低温状态，保证静力触探测试结果应用于天然气水合物资源开采的可靠性；保压储存系统接口一与天然气水合物样品海底采集机器对接即可开展测试，该设计保证样品测试能够在船上立即进行，极大减少运输至陆上实验室的成本。
20.本发明提供的保压岩心静力触探装置可以在船上开展测试，从而克服了现有技术需要将样品输送到岸才能进行测试的问题，本发明即免去了现有技术保压运输的成本，也避免了运输过程中可能受到的较大扰动，保证测试的精度。本发明对研究可燃冰的安全开采和确保海底工程施工安全有很强的指导作用。
附图说明
21.图1是本发明整体结构图；
22.图2是本发明探头内部详图；
23.图3是本发明样品管输送的布置图；
24.图中标记说明：
25.1—储存筒；2—保压机；3—输送机；4—接口一；5—接口二；6—套筒；7—探头；8—连杆；9—液压机；10—pc端；11—数据传输装置；12—数模转换装置；13—锥尖阻力测试装置；14—侧摩阻力测试装置；15—孔隙水压力测试装置；16—电阻率测试装置；17-样品管；18-u型固定槽；19-测试孔。
具体实施方式
26.下面结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
27.本实施例具体公开了一种保压岩心静力触探装置，其特征在于包括保压储存系统、静力触探测试系统、动力系统、数据采集与处理系统：
28.所述的保压储存系统包括储存筒1、保压机2、输送机3、接口一4、接口二5，所述的接口一4布置在储存筒1的首段，所述的接口二5布置在储存筒1的侧面，所述输送机3与接口一4相邻并布置在储存筒1的首端，所述的保压机2布置在储存筒1的尾端；
29.所述的静力触探测试系统包括套筒6、探头7、连杆8、液压装置9，所述的套筒6通过
接口二5与储存筒1相连接，所述的探头7布置在套管6内部底端，其轴线与套筒6轴线重合；所述的探头7由锥尖阻力测试装置13、侧摩阻力测试装置14、孔隙水压力测试装置15、电阻率测试装置16组成；所述的连杆8一端与探头7连接，另一端与液压装置9连接；所述的液压装置9与pc端10通过电线连接；
30.所述的数据采集与处理系统包括pc端10、数据传输装置11、数模转换装置12，所述的数模转换装置12与锥尖阻力测试装置13、侧摩阻力测试装置14、孔隙水压力测试装置15、电阻率测试装置16分别通过电线连接，所述的数模转换装置12与数据传输装置11通过电线连接，所述的pc端10与数据传输装置11通过电线连接。
31.所述的样品放置系统包括样品管17、u型固定槽18、测试孔19，所述的样品管17放置在u型固定糟18内，所述的u型固定槽18通过螺钉固定在输送机3上，并沿轴线布置，所述的测试孔19位于样品管17正上方，并沿轴线布置。
32.本实施例中，配置电阻应变式传感器的锥尖阻力测试装置13用于获得探头贯入过程中锥尖阻力传感器测得的电信号；配备电阻应变式传感器的侧摩阻力测试装置14用于获得探头贯入过程中侧壁摩擦阻力传感器测得的电信号；配备变磁阻调频式传感器的孔隙水压力测试装置15用于获得探头贯入过程中孔隙水压力传感器测得的电信号；配备电子感应式传感器的电阻率测试装置16用于获得探头贯入过程中电阻率传感器测得的电信号，以上获取的电信号通过数模转换装置统一格式化为数字信号，以便后期处理数据以及进一步通过锥尖阻力、侧摩阻力得到比贯入阻力、摩阻比。
33.如图1所示，在本发明一个具体实施例中，所述的接口一与接口二均为密封设计，保证测试样品在测试过程中严格处于保压状态。所述的输送机实现样品在储存筒内不断向尾端移动，用以测试样品的不同部位。所述的套筒与储存筒为可拆卸连接。所述的探头与连杆为可拆卸连接。所述的连杆与液压装置为可拆卸连接。所述的液压装置控制连杆的移动实现探头的贯入与拔出，所述的pc端与液压装置通过电线连接并远程控制液压装置的工作。
34.本发明的输送机可以选用链板输送机，一方面便于在链板上放置u型固定槽，另一方面保证输送面平坦光滑，输送过程平稳；本发明的保压机可以选用多级压缩的空压机，并配置保压气阀，实验过程中，压力的保持范围在95-115个大气压强，数值上大致对应1000m至1200m左右水深的压强，保证静力触探测试结果应用于天然气水合物资源开采的可靠性。
35.如图2所示，在本发明一个具体实施例中，所述的数模转换装置将锥尖阻力测试装置、侧摩阻力测试装置、孔隙水压力测试装置、电阻率测试装置采集的数据统一格式化，所述的数据传输装置将数模转换装置处理过的数据传输给pc端保存。
36.如图3所示，在本发明一个具体实施例中，所述的样品管放置在u型固定糟内，所述的u型固定槽通过螺钉固定在输送机上，并沿轴线布置，所述的测试孔位于样品管正上方，并沿轴线布置；所述的测试孔半径比探头外径大2mm；所述的u型固定槽宽度比输送机宽度小2cm。
37.使用本发明进行天然气水合物保压静力触探测试的过程如下：
38.a、将测试系统与数据采集与处理系统连接；
39.b、将储存筒平置于水平平台上，并与测试系统密封连接；
40.c、外部的样品海底采集机器通过接口一将样品管放入储存筒，并固定在u型固定
槽上，关闭接口一，并开启输送机将样品运输至初始位置，然后关闭输送机；
41.d、开启保压机，使样品处于保压状态，准备开展静力触探测试；
42.e、开启输送机将样品运输至测试位置，然后关闭输送机；
43.f、开启液压装置控制连杆将探头贯入样品，然后关闭液压装置；
44.g、通过数据采集与处理系统实时记录数据；
45.h、反向开启液压装置控制连杆将探头拔出样品，然后关闭液压装置，样品在这个位置的静力触探测试完成；
46.i、控制输送机将样品运输至下一个测试位置，重复f、g、h步骤直到样品运输至最终位置，该样品测试完成。本发明未尽事宜为公知技术。
47.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。