[发明专利]含天然气水合物沉积物三轴试验装置及其试验方法

摘要

本发明公开了一种含天然气水合物沉积物三轴试验装置及其试验方法，涉及含天然气水合物沉积物测试技术。本装置利用含气饱和水在试样中循环饱和后降温制得不同水合物含量且分布均匀的试样，形成试样后可以在一定的围压下对试样进行三轴剪切确定其力学参数。在装置的基础上，形成了一套测试含天然气水合物沉积物的三轴力学参数的方法，该方法测得力学参数较为贴近自然状态。本发明在实验室内对海底天然气水合物形成过程进行准确的模拟测试，为深入研究海底含天然气水合物土物理力学性质提供了技术保证与支持，将有力地推动该项研究的深入发展。

主权项

一种含天然气水合物沉积物三轴试验装置，其特征在于：试验机（11）置于三轴受力框架（12）的下部通过螺栓连接，高压围压室（13）置于试验机（11）之上，试验机（11）的主轴（11‑1）和高压围压室（13）的底面连接，使其向上运动；顶杆（17）下端穿过活塞（16）后与压帽（15）相接触，顶杆（17）上端与量力环（86）底端接触，量力环（86）上部固定于受力框架（12）的顶部，量力环（86）用于测量施加于试样的轴向压力；位移传感器（87）固定于三轴受力框架（12）的顶部，位移传感器（87）的底端与高压围压室（13）接触，位移传感器（87）用来测量试样的轴向应变位移；热交换盘管（42）置于高压围压室（13）内部，两头焊接于围压室（13）的顶部，通过两根乳胶软管（43）与恒温槽（41）相连接，恒温槽（41）中通过热交换剂在热交换盘管（42）中循环控制围压室（13）温度；围压伺服系统（21）通过高压管路（22）与高压围压室（13）底部相连接，控制围压室（13）的围压；气水混合容器（31）底部通过恒流泵（33）、第5阀门（V5）与高压围压室（13）中的底座（14）相连，气水混合容器（31）上部通过第3阀门（V3）与高压围压室（13）中的压帽（15）相连，合成水合物时，在恒流泵（33）的动力驱使下，含气水在试样（00）和气水混合容器中（13）循环形成水合物；气体回收装置（71）通过第4阀门（V4）与高压围压室（13）中的压帽（15）相连，测试完成后，利用气体回收装置（71）回收升温分解水合物产生的气体；真空泵（72）通过第6阀门（V6）与气水混合容器（31）相连，试验初期用其来抽除实验装置管线中的空气；气瓶（61）通过增压泵（62）、气体缓冲罐（63）和气体流量控制器（64）与气水混合容器（31）顶部相连，为实验装置提供气源；第三压力传感器（83）安装于气水混合容器（31）顶部，测量气水混合容器（31）内部气体压力，第一压力传感器（81）安装于围压伺服系统（21）和高压围压室（13）连接的高压管路（22）上测量气水混合容器（31）的围压压力，第二压力传感器（82）连接于高压围压室（13）的底座（14）测量试样内部孔压；第二温度传感器（85）测量气水混合容器（31）内部的温度，第一温度传感器（84）测量高压围压室（13）内部温度，功能共同反映试样温度；位移传感器（87）、应力传感器（86）、第一、二温度传感器（84、85）、第一、二、三压力传感器（81、82、83）、恒流泵（33）和气体流量控制器（64）均通过普通信号线与信息处理器（52）相连，信息处理器（52）与微机（51）通过信号线相连，总体实现数据的实时控制和采集。