[發(fā)明專利]沉積物中水合物微觀賦存狀態(tài)的CT原位探測裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210160259.3
• 申請日: 2012-05-22
• 公開（公告）號: CN103424414A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉昌嶺;胡高偉;程軍;業(yè)渝光;張劍
• 申請（專利權(quán)）人: 青島海洋地質(zhì)研究所
• 主分類號: G01N23/04
• 分類號: G01N23/04
• 代理公司: 青島發(fā)思特專利商標(biāo)代理有限公司 37212
• 代理人: 鞏同海

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種探測裝置，尤其涉及一種沉積物中水合物賦存狀態(tài)的原位探測裝置。

背景技術(shù)

天然氣水合物在海底沉積物中以層狀、塊狀等多種形式產(chǎn)出。從微觀角度來看，水合物替代孔隙水形成水合物沉積層是一個(gè)較為復(fù)雜的過程，水合物在沉積孔隙中可能懸浮在流體中，也可能接觸或膠結(jié)沉積物顆粒，這些微觀賦存狀態(tài)對沉積介質(zhì)的孔隙結(jié)構(gòu)、滲透率等物性參數(shù)具有重要影響，同時(shí)也改變了地震波、熱的傳播，從而對水合物的地球物理勘探和資源評價(jià)反演手段具有關(guān)鍵影響?，F(xiàn)有的水合物微觀分布特征大多為假想的理論模式，主要從聲學(xué)探測技術(shù)和熱學(xué)技術(shù)等反演而來，具有較大的不確定性。而新發(fā)展的工業(yè)型X射線層析掃描技術(shù)（X-CT，X-Ray?Computed?Tomography）因具有較高的空間分辨率，可以探測沉積物中水合物的微觀賦存狀態(tài)。能否在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)通過天然氣水合物生成/分解過程的模擬來直接觀測水合物在沉積孔隙中的微觀分布，主要取決于實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)與制造。

目前國內(nèi)外一些著名的水合物實(shí)驗(yàn)室大多采用間接手段推測沉積物中水合物的微觀分布，如英國南安普頓大學(xué)采用共振柱裝置，研究了“過量氣”、“過量水”和“溶解氣”等氣體供應(yīng)方式下水合物的聲學(xué)響應(yīng)特征，推測他們分別對應(yīng)水合物膠結(jié)沉積物顆粒、水合物接觸沉積物顆粒和水合物呈懸浮狀態(tài)三種微觀分布狀態(tài)；青島海洋地質(zhì)研究所采用地球物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置，根據(jù)獲取的聲速與水合物飽和度關(guān)系得出水合物在固結(jié)沉積物中先以懸浮狀態(tài)生成，隨后再膠結(jié)沉積物顆粒生成。日本綜合產(chǎn)業(yè)研究所采用Shimadzu生產(chǎn)的工業(yè)型X-CT（SMX-225CTS-SV）嘗試研究了高壓低溫條件下水合物的微觀分布，但由于條件所限，僅能根據(jù)算法間接獲取水合物微觀分布特征，仍屬于假想模式。采用直接觀測手段，直接獲取水合物生成和分解過程中水合物的微觀分布狀態(tài)，成為水合物研究領(lǐng)域一個(gè)亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)效果能夠克服上述缺陷，提供一種沉積物中水合物微觀賦存狀態(tài)的CT原位探測裝置，其實(shí)現(xiàn)了水合物的生成和X射線在線掃描技術(shù)的探測，可實(shí)時(shí)獲取水合物生成和分解過程的微觀分布狀態(tài)，對水合物形成機(jī)理及其地球物理響應(yīng)研究具有重要的學(xué)術(shù)意義和實(shí)用價(jià)值。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：其包括壓力控制系統(tǒng)、半導(dǎo)體控溫系統(tǒng)、高壓釜、X-CT掃描系統(tǒng)，壓力控制系統(tǒng)與高壓釜連通，半導(dǎo)體控溫系統(tǒng)設(shè)置在高壓釜底端，X-CT掃描系統(tǒng)設(shè)置在高壓釜的兩側(cè)。

壓力控制系統(tǒng)包括氣瓶、閥門、增壓設(shè)備、管路，氣瓶依次通過閥門，增壓設(shè)備、管路與高壓釜連通。管路上設(shè)有壓力傳感器，壓力傳感器連接數(shù)據(jù)采集器。

半導(dǎo)體控溫系統(tǒng)包括溫度傳感器、半導(dǎo)體制冷塊、控溫裝置，溫度傳感器、半導(dǎo)體制冷塊設(shè)置在高壓釜內(nèi)并分別與控溫裝置連接，半導(dǎo)體制冷塊的兩側(cè)設(shè)有散熱片。散熱片上連接風(fēng)扇。溫度傳感器緊貼于樣品室底部，監(jiān)測溫度。

高壓釜包括釜體，釜體頂端設(shè)有釜蓋，管路穿過釜蓋后與釜體連通。釜體的外側(cè)包裹真空隔熱層。釜蓋上設(shè)有O形密封圈。其中高壓釜采用特制的鋁合金材料和較薄的壁厚，既能承受水合物形成所需要的壓力，又能被X射線穿透從而探測其內(nèi)部樣品的結(jié)構(gòu)。

X-CT掃描系統(tǒng)包括X射線源、平板探測器，X射線源、平板探測器分別位于高壓釜的兩側(cè)。可在水合物生成過程中實(shí)時(shí)進(jìn)行掃描，獲取樣品的CT圖像。

高壓釜采用特制的鋁合金材料做成，滿足耐壓和能被X射線穿透的條件，外部一真空隔熱層可保證釜內(nèi)溫度穩(wěn)定；可切換式微米級/納米級X射線源和高分辨率平板探測器提高了X-CT的探測精度，最高分辨率可達(dá)1μm。兩者的結(jié)合可實(shí)現(xiàn)水合物生成過程的X-CT原位探測。本發(fā)明裝置實(shí)現(xiàn)了水合物生成/分解過程中沉積物顆粒、水、水合物和游離氣分布的實(shí)時(shí)探測。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1.氣瓶；2.閥門；3.增壓設(shè)備；4.壓力傳感器；5.O形密封圈；6.釜蓋；7.真空隔熱層；8.平板探測器；9.樣品；10.X射線源；11.溫度傳感器；12.風(fēng)扇；13.半導(dǎo)體制冷塊；14.控溫裝置；15.數(shù)據(jù)采集器；16.管路；17.散熱片；18.釜體。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本發(fā)明的沉積物中水合物微觀賦存狀態(tài)的CT原位探測裝置包括壓力控制系統(tǒng)、半導(dǎo)體控溫系統(tǒng)、高壓釜、X-CT掃描系統(tǒng)，壓力控制系統(tǒng)與高壓釜連通，半導(dǎo)體控溫系統(tǒng)設(shè)置在高壓釜底端，X-CT掃描系統(tǒng)設(shè)置在高壓釜的兩側(cè)。