[發明專利]一種天然氣水合物保真巖芯聲波快速檢測裝置

有效

• 申請號: 201310172686.8
• 申請日: 2013-05-12
• 公開（公告）號: CN103267802A
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發明（設計）人: 宋永臣;趙佳飛;劉衛國;楊明軍;劉瑜;張毅;王大勇;李彤彤
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01N29/07
• 分類號: G01N29/07
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉

技術領域

本發明涉及一種天然氣水合物巖芯的聲波檢測裝置，屬于石油科研儀器技術領域。

背景技術

天然氣水合物(natural?gas?hydrate)又稱可燃冰，它是在一定條件下（合適的溫度、壓力、氣體飽和度）由水分子和甲烷氣體分子組成的結晶狀固態化合物。天然氣水合物廣泛分布在大陸、島嶼的斜坡地帶以及海洋和一些內陸湖的深水環境，它的能源總量相當于全世界已知能源總儲量的2倍，它將可能成為2l世紀替代煤、石油、天然氣的新型能源礦產。

2008年，中國首次在陸域上發現可燃冰，使中國成為加拿大、美國之后，在陸域上通過國家計劃鉆探發現可燃冰的第三個國家。初略的估算，遠景資源量至少有350億噸油當量。在海上開采過程中，需要快速探測采集樣本中是否有天然氣水合物。

天然氣水合物巖芯是一種純天然形成的天然氣水合物形態，通過保真取樣技術進行采集得到的物樣，能夠真實的反應開采地點天然氣水合物的結構、機械特性、傳熱特性等基本物性，對天然氣水合物巖芯的檢測結果有利于該地區天然氣水合物的開采工作。傳統天然氣水合物巖芯的檢測工作，是在實驗室環境下，用反應釜生成的天然氣水合物巖芯通過測量電阻率，利用壓電效應檢測水合物的合成與分解過程，不能保證在勘探地點實現保真快速測量，分析結果不能保證與自然界中天然氣水合物儲層實際真實情況完全一致，目前關于天然氣水合物巖芯聲波測量裝置及方法還未見報道。

發明內容

為了解決上述天然氣水合物巖芯檢測過程中存在的問題，本發明提供了一種天然氣水合物巖芯的聲波檢測方法及裝置，在水合物巖芯保壓取樣的基礎上實現快速檢測，本發明的實施地點主要是實驗室及船載工作環境，特點是在能夠在不破壞巖芯的基礎上檢測是否有水合物存在，其目的在于解決天然氣水合物巖芯實地勘探過程中快速準確檢測問題，能最大程度上減小對天然氣水合物巖芯內部結構的破壞，研究測試得到的數據更加貼近水合物巖芯的實際情況。

本發明的技術方案是：

一種天然氣水合物保真巖芯聲波快速檢測裝置，包括聲波發生器/聲波接收器、聲波換能器、數據采集系統。

聲波接收器與聲波發生器為同一裝置，聲波發生器發出超聲波，超聲波頻率通過調節聲波發生器上的電壓來實現。

聲波換能器的發射端將聲波發生器發出的電信號轉化為機械振動，聲波換能器的接收端將機械振動轉換為電信號。聲波換能器成對布置在測量管壁的外側，一端與測量管壁接觸，另一端聯結彈簧，通過彈簧實現與測量管壁的緊固與放松。根據彈簧伸縮長度以及換能器的垂直長度，應該使彈簧處于壓縮狀態時能夠使換能器壓緊有機管壁。換能器的水平布置，可以采用如下方式：從右側第一組換能器開始，右一組換能器與密封艙距離為60mm，其他兩組依次間隔同為60mm。

數據采集系統包括放大電路、示波器和計算機，通過放大電路將信號放大，在示波器上顯示后，通過計算機分析得到數據信息。

我們通過觀測到的聲波速度在巖芯中的變化來判斷是否有天然氣水合物存在。

本發明的有益效果是：

（1）實現在高壓、海水環境下測量：本發明在可控條件下，聲波探測可以實現最大工作壓力20MPa；工作溫度：－20℃～常溫；控制精度：±0.1℃，±0.1Mpa；識別精度，100微米。

（2）實現對保真巖芯的快速檢測：本發明重點實施場所為船載測量，能在不破壞天然氣水合物巖芯的基礎上實現快速檢測巖芯中水合物存在，通過示波器圖像以及數據分析結果的較為直觀的判斷依據。

（3）實現聲波探測在圓柱體壁面的應用：本發明重點實施場所為船載測量，在排除電阻率、壓電傳感器等測量方法的前提下，通過設計聲波探測器系統（時間繼電器、控制彈簧、水浸換能器貼合圓柱壁面工藝設計）實現了聲波探測由平面到曲面的跨越。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖。

圖2為聲波換能器控制系統示意圖。

圖3?為聲波換能器系統側視圖。

圖中：1聲波發生器-接收器；?2聲波換能器的發射端；3聲波換能器的接收端；4放大電路?；5示波器；?6數據采集系統；7密封艙；8切割單元；9介質壓力平衡系統；10時間繼電器。

具體實施步驟

在本發明中，聲波發生器-接收器我們用5077PR型，奧林巴斯NDT公司所屬設備。

如圖所示，聲波換能器的發射端、聲波換能器的接收端分別與控制彈簧連接，實現與環形壁面的緊固與松開。