[发明专利]一种天然气水合物沉积物力学特性可视化试验装置

权利要求书

1.一种天然气水合物沉积物力学特性可视化试验装置，其特征在于，包含低温高压水合物三轴仪试验系统、X射线CT成像系统和计算机数据采集系统；

所述的低温高压水合物三轴仪试验系统包含自压式三轴仪主机、轴向加载系统、围压控制系统、背压控制系统和温度控制系统；所述轴向加载系统、围压控制系统、背压控制系统均与所述自压式三轴仪主机相连，分别控制试样承受的荷载、围压和孔隙压力；所述温度控制系统与所述围压控制系统相连，用于控制柱塞泵D内液压油的温度，进而控制试样的温度；

所述自压式三轴仪主机置于X射线CT成像系统的载物台上，包括顶置一体化轴向加载装置和高压三轴压力室；所述顶置一体化轴向加载装置包括小型液压油缸和活塞；通过小型液压油缸中的液压油驱动活塞向下运动产生轴向加载力；小型液压油缸与所述高压三轴压力室之间采用螺丝连接，上方设置有加压口和排气口A，方便加载过程中油缸进行排气；所述小型液压油缸下方设置两个排气口B，用于将加载过程中活塞下方的气体排出；所述高压三轴压力室包括压力室腔体和底盘，活塞与压力室腔体之间通过密封圈密封，并与试样端盖相对应，用于传递轴向加载力；所述压力室腔体的壁厚根据实验对压力和成像分辨率的要求，通过计算并经实验测试确定，压力室腔体的外壁通过抗拉强度大的材料加固；压力室腔体的上方设置有排气口C，用于加载围压时排出压力室腔体内的残余空气；压力室腔体与底盘之间采用螺丝连接，并使用密封圈进行密封；所述底盘的中心设置凸起圆柱，用作放置试样的底座；底盘的四周对称分布有四个通道：通道A、通道B、通道C和通道D，其中通道A、通道B和通道C与高压三轴压力室连通，通道D通过底盘的中心，并经由所述试样的底座、渗流垫与试样的下端连通；所述试样的端盖中心设置有通道，通道的一端通过柔性管道与所述底盘的通道A相连，另一端与所述渗流垫和试样的上端连通；所述试样采用橡皮膜密封包裹；

所述轴向加载系统包含油槽、循环泵A和柱塞泵A；所述油槽经循环泵A提供柱塞泵A所需的液压油；柱塞泵A通过柔性管道与小型液压油缸的加压口相连，提供轴向加载所需要的液压；试样承受的轴向荷载通过液压油压力和活塞的横截面积相乘获得，轴向位移通过所述活塞的位移获得；

所述围压控制系统包含柱塞泵D，通过柔性管道与底盘的通道C相连，提供试验过程中所需的液压油，并维持压力；

所述背压控制系统包含柱塞泵B和柱塞泵C、甲烷气瓶、水槽和循环泵B；所述甲烷气瓶经减压阀与所述柱塞泵B和柱塞泵C相连；所述水槽经循环泵B与所述柱塞泵B和柱塞泵C相连；所述柱塞泵B经针阀C与所述底盘的通道A通过柔性管道连接，所述柱塞泵C经针阀H与所述底盘的通道D通过柔性管道连接；所述背压控制系统用于控制试验过程中试样的孔隙压力，并提供天然气水合物沉积物反应所需要的天然气和水；

所述温度控制系统包含恒温槽和循环泵C，循环泵C通过针阀J与所述围压控制系统相连，将冷却至试验温度的液压油经由柱塞泵D注入至压力室腔体，并维持试验所需压力；

所述X射线CT成像系统用于试验过程中试样的在线CT成像扫描，获取天然气水合物沉积物试样内部结构图像，分析其演变规律；

所述计算机数据采集系统包含温度传感器、四个压力变送器、与CT扫描系统和水合物三轴仪系统采用电气连接的数据采集模块，并把采集的温度、压力、轴向应力、轴向应变以及试样扫描图像数据传给工控机处理，进而分析天然气水合物沉积物的宏观和微观力学特性。

2.根据权利要求1所述的所述天然气水合物沉积物力学特性可视化试验装置，其特征在于，所述的顶置一体化轴向加载装置采用航空高强度铝合金材料设计。

3.根据权利要求1或2所述的所述天然气水合物沉积物力学特性可视化试验装置，其特征在于，所述的高压三轴压力室采用高纯铝材料。

4.根据权利要求1或2所述的所述天然气水合物沉积物力学特性可视化试验装置，其特征在于，所述的压力室腔体的外壁通过玻璃纤维加固。

5.根据权利要求3所述的所述天然气水合物沉积物力学特性可视化试验装置，其特征在于，所述的压力室腔体的外壁通过玻璃纤维加固。

6.根据权利要求1、2或5所述的所述天然气水合物沉积物力学特性可视化试验装置，其特征在于，所述的自压式三轴仪主机与所述轴向加载系统、围压控制系统、背压控制系统之间采用柔性管道相连。