R(時域反射技術(shù))探針17、溫度傳感器18和壓力傳感器19;共振裝置16、TDR探針17、溫度傳感器18和壓力傳感器19均設(shè)置于樣品12上。
[0029]針對以上所發(fā)明的系統(tǒng)，提出了一種地震波、電磁波聯(lián)合測試方法，其中包括兩部分，即實驗與測量數(shù)據(jù)獲取方法、測量信號分析處理方法。測試的最終目的為獲取不同壓力、溫度、氣體/液體的種類和量(包括氣液相對量)、不同多孔介質(zhì)(粒度、孔隙度等)中水合物生成分解過程中水合物飽和度的變化及變化規(guī)律。以下針對柱體狀空間內(nèi)的含水合物多孔介質(zhì)介紹所發(fā)明的地震波、電磁波聯(lián)合測試方法，此方法經(jīng)過適當(dāng)調(diào)整同樣適用于內(nèi)筒取出時的情況。
[0030]樣品尺寸為高140mm，直徑68mm。采用溫控箱(或和夾套冷卻相結(jié)合)控制反應(yīng)爸的溫度，樣品內(nèi)部孔隙壓力由注入的甲烷氣壓力決定，樣品由橡膠薄膜包裹，通過液壓油或氮氣壓力給樣品施加一定的圍壓。通過控制溫度、壓力條件進行水合物的生成和分解實驗。反應(yīng)釜內(nèi)溫度可由熱電阻探頭進行測量，壓力可由鏈接在釜體上的壓力傳感器測量。
[0031]在實驗過程中，采用共振柱技術(shù)測量樣品的彈性參數(shù)(縱橫波速度和衰減):通過向線圈施加一個正弦波電壓，產(chǎn)生磁場和磁鐵相互作用，從而給樣品主體施加一個旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力和一個搖擺驅(qū)動力，使樣品發(fā)生自由運動，由計算機系統(tǒng)記錄旋轉(zhuǎn)和搖擺運動衰減過程，獲得地震波的速度和材料的阻尼。
[0032]采用時域反射技術(shù)記錄水合物形成過程的電磁衰減波形，通過波形分析電磁波在樣品中的傳播時間t，獲得介電常數(shù)ε，從而計算樣品的含水量和水合物飽和度;隨后，繼續(xù)通過波形分析獲得電磁波輸入電壓Vt和反射電壓VR，通過如下公式可得到樣品的電導(dǎo)率參數(shù)O:
[0033]σ = ε1/2/( 120JT).ln(VT/VR)o
[0034]如圖3所示，電磁波在介質(zhì)中傳播的速度V與探針長度I及傳播時間t的關(guān)系為:
[0035]V=l/t (I)
[0036]電磁波在介質(zhì)中傳播速度與介質(zhì)介電常數(shù)的關(guān)系為:
[0037]V = c/e1/2 (2)
[0038]c為電磁波在真空中的傳播速度。
[0039]由(I)、(2)兩式可得:
[0040]e = [ct/l]2 (3)
[0041]由TDR波形可得出t，結(jié)合已知的探針長度I，即可計算出介質(zhì)介電常數(shù)ε，從而由介電常數(shù)與含水量間的經(jīng)驗公式計算出含水量θν:
[0042]θν = -11.9677+4.506072566ε-0.14615ε2+0.0021399ε3 (4)
[0043 ]水合物飽和度由樣品的孔隙度j和含水量Θ V來計算:
[0044]S=(J^ev)Zj7 100% (5)
[0045]實驗操作過程為:
[0046](I)打開反應(yīng)釜頂蓋6，將多孔介質(zhì)(如石英砂、天然海沙等)填入反應(yīng)釜I內(nèi)筒4和外筒5之間的環(huán)形空間內(nèi)。
[0047](2)從反應(yīng)釜I頂部緩慢注入生成水合物所需的水直到多孔介質(zhì)水被飽和(指多孔介質(zhì)被水飽和，即樣品的孔隙中充滿水，這些水在實驗過程中逐漸和甲烷氣體生成水合物)，然后將頂蓋6蓋住反應(yīng)釜，固定并密封。從反應(yīng)釜I底部緩慢注入甲烷氣體，直至到達(dá)所設(shè)定的壓力，如lOMPa。將反應(yīng)釜I靜置至少24小時，使甲烷氣體充分溶解于水中，并觀察是否出現(xiàn)泄漏。
[0048](3)水合物生成過程:將反應(yīng)釜I置于恒溫箱3中，開啟測控軟件與硬件接口設(shè)備，進行數(shù)據(jù)采集和顯示，設(shè)定恒溫箱溫度為某一較低溫度，如1°C，開始降溫的同時進行數(shù)據(jù)保存。通過觀察溫度和壓力曲線，判斷水合物生成過程是否已經(jīng)結(jié)束，若結(jié)束則停止數(shù)據(jù)保存(注意:并不停止數(shù)據(jù)采集與顯示)。
[0049](4)水合物分解過程:以一定溫度，如0.5°C，為間隔逐步升高恒溫箱設(shè)定溫度，在每一次溫度設(shè)定之后，等待反應(yīng)釜內(nèi)溫度和壓力穩(wěn)定后，開啟數(shù)據(jù)保存，待所有的數(shù)據(jù)保存完成后，停止數(shù)據(jù)保存，將恒溫箱設(shè)定溫度升高以上溫度間隔，如0.5°C，等待反應(yīng)釜內(nèi)溫度和壓力穩(wěn)定后，開啟數(shù)據(jù)保存，待所有的數(shù)據(jù)保存完成后，停止數(shù)據(jù)保存。重復(fù)以上過程直至水合物完全分解為止。
[0050]在整個實驗過程中，通過上述方法記錄和計算各種參數(shù)。
[0051]本發(fā)明的方法可實現(xiàn)含天然氣水合物沉積介質(zhì)的地震波參數(shù)與電磁衰減參數(shù)的聯(lián)合測試。利用此系統(tǒng)和方法可用于測量水合物樣品的動力特性。通過原位生成的方式，在樣品座上生成水合物圓柱形樣品，該試樣的固定方式為上端固定、下端自由。通過電激發(fā)磁鐵產(chǎn)生作用力，驅(qū)動產(chǎn)生扭矩，在圓柱形水合物試樣的自振頻率(由共振裝置測量，為物品固有的頻率，不是產(chǎn)生的)下激振試樣，通過測量樣品自由端的運動，獲得傳遞波的速度和材料的阻尼，并根據(jù)測得的橫波速度Vs及試樣的密度P來計算剪切模量y = pVs2。系統(tǒng)可完成的實驗有:共振(扭轉(zhuǎn)共振、彎曲共振)，阻尼比(扭轉(zhuǎn)阻尼比、彎曲阻尼比)。
[0052]上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式作了詳細(xì)說明，但本發(fā)明并不限于上述實施方式，在本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以對其作出種種變化。
【主權(quán)項】
1.一種測量含水合物沉積介質(zhì)地震波速與電磁衰減的裝置，其特征在于，包括反應(yīng)釜(I)，所述反應(yīng)釜(I)包括底座(2)，所述底座(2)上設(shè)置有外筒(4)和內(nèi)筒(5)，所述外筒(4)和內(nèi)筒(5)上方設(shè)置有頂蓋(6)，所述反應(yīng)釜(I)設(shè)置于恒溫箱(3)內(nèi)，所述頂蓋(6)的外側(cè)設(shè)置有磁鐵(7)，所述磁鐵(7)上纏繞有線圈(8)，所述反應(yīng)釜(I)上還連接有氣瓶(9)，所述外筒(4)的外側(cè)設(shè)置有橡膠薄膜(10)，所述橡膠薄膜(10)外側(cè)設(shè)置有圍壓(11)，所述外筒(4)和內(nèi)筒(5)之間設(shè)置有樣品(12)，所述樣品(12)上設(shè)置有數(shù)據(jù)采集裝置(13)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量含水合物沉積介質(zhì)地震波速與電磁衰減的裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集裝置(13)包括PC機(14)，所述PC機(14)通過導(dǎo)線連接有控制器(15)，所述控制器(15)上分別通過導(dǎo)線連接有共振裝置(16)、TDR探針(17)、溫度傳感器(18)和壓力傳感器(19);所述共振裝置(16)、TDR探針(17)、溫度傳感器(18)和壓力傳感器(19)均設(shè)置于樣品(12)上。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量含水合物沉積介質(zhì)地震波速與電磁衰減的裝置，其特征在于，所述氣瓶(9)與樣品(12)相連接。4.一種測量含水合物沉積介質(zhì)地震波速與電磁衰減的方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)打開反應(yīng)釜頂蓋(6)，將樣品(12)填入反應(yīng)釜(I)的內(nèi)筒(4)和外筒(5)之間的環(huán)形空間內(nèi)； 2)從反應(yīng)釜(I)頂部緩慢注入生成水合物所需的水直到多孔介質(zhì)水被飽和，然后將頂蓋(6)蓋住反應(yīng)釜，固定并密封;從反應(yīng)釜(I)底部緩慢注入甲烷氣體，直至到達(dá)所設(shè)定的壓力;將反應(yīng)釜(I)靜置至少24小時，使甲烷氣體充分溶解于水中，并觀察是否出現(xiàn)泄漏； 3)水合物生成過程:將反應(yīng)釜(I)置于恒溫箱(3)中，開啟數(shù)據(jù)采集裝置(13)，進行數(shù)據(jù)采集和顯示，設(shè)定恒溫箱溫度為設(shè)定溫度，開始降溫的同時進行數(shù)據(jù)保存;通過觀察溫度和壓力曲線，判斷水合物生成過程是否已經(jīng)結(jié)束，若結(jié)束則停止數(shù)據(jù)保存； 4)水合物分解過程:以一定溫度，為間隔逐步升高恒溫箱設(shè)定溫度，在每一次溫度設(shè)定之后，等待反應(yīng)釜內(nèi)溫度和壓力穩(wěn)定后，開啟數(shù)據(jù)保存，待所有的數(shù)據(jù)保存完成后，停止數(shù)據(jù)保存，將恒溫箱設(shè)定溫度升高以上溫度間隔，等待反應(yīng)釜內(nèi)溫度和壓力穩(wěn)定后，開啟數(shù)據(jù)保存，待所有的數(shù)據(jù)保存完成后，停止數(shù)據(jù)保存;重復(fù)以上過程直至水合物完全分解為止。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測量含水合物沉積介質(zhì)地震波速與電磁衰減的方法，其特征在于，所述樣品(12)為多孔介質(zhì)物質(zhì)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種測量含水合物沉積介質(zhì)地震波速與電磁衰減的裝置，包括反應(yīng)釜，反應(yīng)釜包括底座，底座上設(shè)置有外筒和內(nèi)筒，外筒和內(nèi)筒上方設(shè)置有頂蓋，反應(yīng)釜設(shè)置于恒溫箱內(nèi)，頂蓋的外側(cè)設(shè)置有磁鐵，磁鐵上纏繞有線圈，反應(yīng)釜上還連接有氣瓶，外筒的外側(cè)設(shè)置有橡膠薄膜，橡膠薄膜外側(cè)設(shè)置有圍壓，外筒和內(nèi)筒之間設(shè)置有樣品，樣品上設(shè)置有數(shù)據(jù)采集裝置。本發(fā)明還公開了一種測量含水合物沉積介質(zhì)地震波速與電磁衰減的方法，利用此裝置和方法可用于測量水合物樣品的動力特性。
【IPC分類】G01V11/00
【公開號】CN105589111
【申請?zhí)枴緾N201610071504
【發(fā)明人】胡高偉, 劉昌嶺, 程軍, 陳強, 劉樂樂
【申請人】青島海洋地質(zhì)研究所
【公開日】2016年5月18日
【申請日】2016年2月1日