[实用新型]深水天然气水合物沉积物动力特性分析用的动三轴试验仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种天然气水合物沉积物机械特性测量领域中的试验仪，特别是关于一种深水天然气水合物沉积物动力特性分析用的动三轴试验仪。

背景技术

天然气水合物资源量丰富、能量密度高，是一种极具开发前景的新型洁净能源，其安全开采已成为21世纪石油天然气工业新的研究热点。然而，天然气水合物不同于常规的石油、天然气等资源，它以胶结或者骨架支撑的形式存在于储层中。同时它也是一种亚稳态物质，温度升高或者压力降低都有可能造成水合物分解。水合物沉积物在分解后，固态水合物转变成液态水和甲烷气，土颗粒之间胶结作用消失，孔隙压力增大，导致有效应力降低，当受到地震、波浪等动荷载的影响时，可能产生软化、气化甚至振动液化现象，导致水合物沉积层的失稳，引起海底生产设施及结构物基础的破坏。因此，研究天然气水合物沉积物在动荷载作用下的力学响应特性对天然气水合物的安全开采具有重要意义。

近年来，国内外许多研究机构进行了一系列天然气水合物沉积物的力学特性研究工作，并设计、开发了多套水合物沉积物力学特性实验装置。然而，当前使用的实验装置都只能用于静荷载作用下水合物沉积物的力学特性分析，不能获得水合物沉积物在波浪、地震等动荷载条件下的力学响应特性。常规的动三轴实验装置不能提供天然气水合物赋存稳定存在的温度和压力条件，经改造后能初步满足天然气水合物动力特性分析要求，但仍不能实现深水天然气水合物沉积物的动力特性分析，且因操作不方便(试样安装、压力室安装、水合物生成等)未能得到广泛应用。

发明内容

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种深水天然气水合物沉积物动力特性分析用的动三轴试验仪，该动三轴试验仪操作简捷，能有效模拟水合物沉积物的动力学特性，对我国海域天然气水合物矿藏的勘探与开采起重要的指导作用。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种深水天然气水合物沉积物动力特性分析用的动三轴试验仪，其特征在于：它包括加载框架、提升油缸、负荷传感器、加载油缸、伺服阀、动态伺服油源系统、底座、压力室进出油孔、冷却循环液进出孔、密封环、卡环、卡环固定套、压力室筒罩、压力室、下压垫、下渗流垫、试样、上渗流垫、上压垫、活塞和换热器；所述加载框架采用门式结构，所述加载框架上端外侧设置有用于提升所述压力室筒罩的所述提升油缸，内侧设置有所述负荷传感器；所述加载框架下端设置有所述加载油缸，所述加载油缸通过所述伺服阀连接所述动态伺服油源系统；位于所述加载油缸上部设置有所述底座，所述底座内一侧设置有所述压力室进出油孔、另一侧设置有所述冷却循环液进出孔；所述底座上通过所述密封环、卡环和卡环固定套密封连接所述压力室筒罩，所述压力室筒罩内形成所述压力室；位于所述压力室内，在所述底座中间位置处设置有所述下压垫，所述下压垫顶部通过所述下渗流垫与所述试样一端连接；所述试样另一端通过所述上渗流垫与所述上压垫一端连接，所述上压垫另一端与所述活塞端面连接，所述活塞顶部与所述负荷传感器对应设置；所述试样中部设置有所述换热器，所述换热器通过所述底座内的所述冷却循环液进出孔与设置在动三轴试验仪外部的恒温槽连接。

上述技术方案中，所述动态伺服油源系统包括所述加载油缸、所述伺服阀、油箱、冷却器、过滤器、溢流阀、液压泵、压力表、电机、A/D模块和上位机；所述油箱一侧设置有所述冷却器，另一侧依次通过所述过滤器、溢流阀连接所述液压泵入口，所述液压泵出口连接所述伺服阀；位于所述液压泵出口处还设置有所述压力表，且所述液压泵由所述电机带动工作，所述电机和伺服阀经所述A/D模块连接所述上位机。

所述下压垫和上压垫上还分别设置有下气水通孔和上气水通孔；所述活塞上设置活塞排气孔。

所述底座下部设置有小车，并在所述加载框架下端上部设置有与所述小车配合的导轨。

上述技术方案中，所述加载油缸的活塞端面安装有测试精度为10^-6应变的轴向位移传感器。

上述技术方案中，所述压力室进出油孔、下气水通孔和上气水通孔的进口处都设置有压力传感器；所述压力室内还设置有温度传感器。