[發(fā)明專利]海底氣體運移與水合物形成的聲學響應特征模擬實驗裝置

有效

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• 申請日: 2012-05-22
• 公開（公告）號: CN103424182A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發(fā)明（設計）人: 胡高偉;程軍;業(yè)渝光;劉昌嶺
• 申請（專利權(quán)）人: 青島海洋地質(zhì)研究所
• 主分類號: G01H17/00
• 分類號: G01H17/00;G01N29/00
• 代理公司: 青島發(fā)思特專利商標代理有限公司 37212
• 代理人: 鞏同海

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及一種實驗裝置，尤其涉及一種聲學響應特征模擬實驗裝置。

背景技術(shù)

目前，根據(jù)實驗裝置的不同，水合物在沉積物中至少能以四種方式形成，即將天然氣通入以下幾種沉積物：（1）含部分飽和水沉積物；（2）含飽和水沉積物；（3）含冰粒沉積物；（4）以溶解氣的方式在沉積物中形成水合物。這四種方式形成的水合物在一定程度上都模擬了水合物的自然生長過程，但又有所區(qū)別。例如，對于前三種方式而言，大多是氣體在上部，沉積物體系在下部，并不能真實反映氣體以一定的流量從海底向上運移的過程。而且，不一樣的水合物形成方式形成的水合物對沉積物的聲學響應特征具有不同影響，充足的甲烷氣通入粗粒的飽水沉積物形成的水合物可能膠結(jié)沉積物顆粒，從而對沉積介質(zhì)的聲學特性影響較大；溶解氣形成的水合物則可能懸浮在沉積物孔隙流體中，對沉積物聲學特性的影響則較小。如何實現(xiàn)氣體從下向上以一定通量運移，并測量水合物形成過程中縱橫波速度和水合物飽和度參數(shù)，關(guān)鍵在于實驗裝置的設計與制造。

目前國內(nèi)外實驗室大多研究上述四種生成方式下水合物對沉積物的聲學響應特征，如美國地質(zhì)調(diào)查局的天然氣水合物和沉積物實驗室裝置GHASTLI(Gas?Hydrate?And?Sediment?Test?Laboratory?Instrument)，研究了前兩種方式形成水合物的聲學響應特征；英國南安普頓大學的共振柱裝置，研究了后三種方式形成水合物的聲學響應。但由于水合物儲層的復雜性，不同的氣體供應方式可能對實驗結(jié)果產(chǎn)生偏差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)效果能夠克服上述缺陷，提供一種海底氣體運移與水合物形成的聲學響應特征模擬實驗裝置，其可實現(xiàn)不同氣體通量水合物形成的聲學響應特征研究。

為實現(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)、溫控系統(tǒng)、探測系統(tǒng)、高壓反應釜、計算機采集系統(tǒng)，壓力控制系統(tǒng)與高壓反應釜連通，高壓反應釜設置在溫控系統(tǒng)中，探測系統(tǒng)設置在高壓反應釜內(nèi)并與計算機采集系統(tǒng)連接。

高壓釜包括釜體，釜體內(nèi)設有上氣室和下氣室，上氣室和下氣室之間為樣品室，樣品室與上氣室和下氣室之間分別設有微孔燒結(jié)板。微孔燒結(jié)板工作是利用特制的微孔陶瓷板和壓力控制系統(tǒng)結(jié)合，可以在裝置中以一定通量的氣體從下部運移至上部，氣體在運移過程中生成水合物，未生成水合物的氣體被釋放；本技術(shù)同時結(jié)合彎曲元探測技術(shù)和時域反射技術(shù)（TDR），可實時監(jiān)測氣體運移和水合物形成過程中聲學參數(shù)和水合物飽和度的變化情況。得出的實驗結(jié)果更貼近于海底環(huán)境，可實現(xiàn)不同氣體通量水合物形成的聲學響應特征研究。不僅具有重要的學術(shù)意義，更具有為我國天然氣水合物勘查服務的實際意義。微孔燒結(jié)板具有透氣不透水的功能，可保持樣品水分，同時使氣體能進入樣品室。

壓力控制系統(tǒng)包括氣瓶，氣瓶通過TESCOM減壓控制器與下氣室連通；TESCOM減壓控制器通過TESCOM背壓控制器Ⅱ與TESCOM背壓控制器Ⅰ連通，TESCOM背壓控制器Ⅰ的一側(cè)與上氣室連通，另一側(cè)與外界連通。

溫控系統(tǒng)采用溫控箱，釜體設置在溫控箱內(nèi)。反應釜放置在溫控箱內(nèi)，溫控箱與一循環(huán)水制冷系統(tǒng)連接，由水冷和風冷結(jié)合控溫，提高溫控的穩(wěn)定性。

探測系統(tǒng)包括聲學換能器、時域反射探針、壓力傳感器Ⅰ、壓力傳感器Ⅱ，聲學換能器、時域反射探針分別通過數(shù)字采集卡與計算機采集系統(tǒng)連接，壓力傳感器Ⅰ與下氣室連通、壓力傳感器Ⅱ與上氣室連通，壓力傳感器Ⅰ、壓力傳感器Ⅱ分別連接計算機采集系統(tǒng)。探測系統(tǒng)由聲學探測技術(shù)（可選擇彎曲元技術(shù)或傳統(tǒng)超聲技術(shù)）與TDR技術(shù)組成，可同時進行聲學探測和時域反射(TDR)探測。其中聲學探測包括縱、橫波一體化的發(fā)、收換能器一對，采用加拿大GaGe公司的高速數(shù)據(jù)采集卡，提高超聲探測靈敏度。TDR探測采用Campbell公司的TDR100儀確定沉積物中天然氣水合物的飽和度。探測系統(tǒng)還包括溫度傳感器，溫度傳感器與計算機采集系統(tǒng)連接，即在樣品探測區(qū)表層和內(nèi)部各安裝Pt100熱偶一支，監(jiān)測溫度。

其中壓力控制單元和高壓反應釜是最核心的部件。壓力控制單元經(jīng)過特別的設計，可使上、下氣室間壓差保持恒定，同時可以高精度流量向下氣室供應氣體，更真實地模擬海底氣體向上運移的條件。高壓反應釜內(nèi)兩塊微孔燒結(jié)板為特制加工而成，可保證氣體通入樣品室內(nèi)，同時保持樣品內(nèi)水分不被氣體帶走。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。