[實用新型]天然氣水合物沉積物動三軸力學-聲學-電學同步測試的實驗裝置

有效

• 申請號: 201320327023.4
• 申請日: 2013-06-07
• 公開（公告）號: CN203396657U
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 李實;寧伏龍;馬德勝;蔣國盛;張可;余義兵;陳興隆;劉力;俞宏偉;李軍
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣股份有限公司
• 主分類號: G01N3/36
• 分類號: G01N3/36;G01N27/04;G01N29/07
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 李景輝

技術領域

本實用新型涉及一種天然氣水合物沉積物動三軸力學-電學-聲學同步測試的實驗裝置，其主要功能為研究天然氣水合物沉積物及凍土地層縱波和外部動荷載條件下的力學響應特性。

背景技術

進入21世紀以來，隨著油氣資源可采量的減少和消耗量的增加，天然氣水合物等非常規能源的勘探與開發被正式提上了議事日程。由于實際自然界中的水合物儲層都處在一個動態作用的環境中，比如地震、海平面升降甚至人為擾動(鉆井和開采)等。因而含水合物地層力學性質尤其是動態載荷作用下的水合物地層力學性質對突破天然氣水合物鉆井技術和安全開采技術非常重要，

然而受水合物形成及穩定存在的苛刻條件限制，以及相關實驗裝置和測試技術的不成熟，導致這方面的研究卻非常少，基本上都是在靜態荷載作用下進行實驗模擬測試。國內《力學進展》2009年2期“水合物沉積物力學性質的研究現狀”和2009年5期“水合物沉積物力學性質的實驗裝置和研究進展”中對國內外水合物沉積物力學性質研究裝置、實驗方法和研究現狀進行了歸納總結；國家知識產權局在2011年5月公布了申請號為“201010222083.0”的“天然氣水合物力學性能實驗裝置”；2011年7月公布了申請號為“201110002805.6”的“一種測定天然氣水合物沉積物體變的三軸實驗裝置”以及2011年11月公布了申請號為“201110183207.3”的“含天然氣水合物沉積物三軸試驗裝置及其試驗方法”，最近在2012年9月又公開了申請號為“201010586401”的“天然氣水合物巖石力學三軸試驗裝置”。上述實驗裝置和方法都用于靜載荷作用下水合物力學性質的研究，但缺點在于無法模擬自然條件下動荷載作用下水合物沉積物力學響應特性研究，同時僅僅局限于單一的水合物沉積物力學性能測試，缺少將水合物沉積物力學性能與其它物性進行關聯性測試的方法。而實際自然界中水合物儲層往往處在一個動態作用的環境中，比如地震、海平面升降甚至人為擾動(鉆探和開采)等。此外，由于水合物沉積物試樣獲取困難，成本高昂，因此通過原位地球物理測井數據來估算原位地層力學性質成為選項之一，因此迫切需要對水合物地層在外部動載荷作用下的力學響應特性以及相應的電學和聲學特性展開研究，并建立這些特性參數之間擬合的數學映射關系，從而為今后測井評價水合物地層力學性質以及聲-電聯合反演計算地層水合物飽和度奠定基礎，進而對水合物勘探開發中的安全問題如井壁穩定、地層變形評價等應用提供支撐，甚至能為水合物鉆井過程中的鉆頭選擇提供有用信息。

實用新型內容

據此，針對現有水合物力學實驗中靜態測試過多而實際地質環境背景為動態這一研究矛盾，本實用新型目的之一就是提供一種天然氣水合物動三軸力學及聲波、電學特性同步測試實驗裝置。此外，在工程實踐中如何準確獲取原位地層水合物飽和度并快速評估原位水合物儲層力學性質從而對鉆井過程中井壁穩定進行評估分析也是水合物勘探開發中面臨的難題，因此本實用新型的另一個目的就是提供準確的力學參數與波速關聯關系，進而通過電阻率獲得準確的水合物飽和度，通過水合物與波速關系獲得力學參數與水合物飽和度之間的函數關系，從而為今后測井評價水合物地層力學性質以及聲-電聯合反演計算地層水合物飽和度奠定基礎，進而對水合物勘探開發中鉆頭選擇以及安全問題如井壁穩定、地層變形評價等應用提供支撐。

為了達到本實用新型的第一個目的，本實用新型提供一種天然氣水合物沉積物動三軸力學-電學-聲學同步測試的實驗裝置，所述實驗裝置包括：三軸壓力室，所述三軸壓力室包括上端蓋、下端蓋和筒體，筒體上下兩端設有通過液壓管路與液壓泵站連接的上壓頭和下壓頭，其中與上壓頭連接的液壓管路上設有對合成的水合物試樣進行動態加載控制的液壓閥，上壓頭和下壓頭上分別還設有對所述試樣進行縱橫波測試的聲波接收裝置和聲波發射裝置，下壓頭還設有對所述試樣進行電阻率測試的電阻率測試裝置。

進一步地，所述實驗裝置還包括：控制所述液壓閥動作的工控機，所述液壓閥連接所述上壓頭。

進一步地，與所述三軸壓力室連接的氣體增壓泵。

進一步地，所述上壓頭的下端設有第一溫度傳感器和第一壓力傳感器。

進一步地，所述下壓頭的上端裝有第二溫度傳感器和第二壓力傳感器。

進一步地，所述下端蓋上裝有第三壓力傳感器、第三溫度傳感器和第四溫度傳感器。

進一步地，所述實驗裝置還包括：與所述三軸壓力室連接的低溫循環冷卻裝置。

進一步地，所述實驗裝置還包括：與所述三軸壓力室連接的真空泵。

進一步地，所述實驗裝置還包括：與所述氣體增壓泵連接的氣體流量計。