测量天然气水合物沉积物动应变的动三轴实验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种测量天然气水合物沉积物应变的动三轴实验装置及方法，装置包括：筒体、上端盖和下端盖、试样台、上压头和下压头；下压头支撑试样，上压头连接液压泵站，通过振动上压头对试样进行动态加载；上压头和下压头上还分别设有声波接收装置和声波发射装置，下压头还设有电极；下端盖上设有下端盖转接公头，下端盖转接公头的两端分别连接应变片转接母头和下端盖转接母头；套在试样周围的橡皮套上安装有应变片，应变片测量的应变数据依次传输至应变片转接母头、下端盖转接公头和下端盖转接母头，并通过下端盖转接母头传输出去。本发明专利技术结构简单、操作简便、可靠性好，可精准测量天然气水合物沉积物的轴向应变和环向应变。

【技术实现步骤摘要】
测量天然气水合物沉积物动应变的动三轴实验装置及方法
本专利技术涉及动三轴实验装置
，尤其涉及一种测量天然气水合物沉积物动应变的动三轴实验装置及方法，其主要功能是在进行天然气水合物动态三轴压缩实验过程中对天然气水合物沉积物产生的微小应变进行测量。
技术介绍
天然气水合物又称“可燃冰”，是一种极为清洁的能源，在开采过程中会遇到诸多问题，必须先了解水合物的力学性质。研究天然气水合物力学性质一般有原位测试和室内试样方法，由于原位取样存在一定的难度，所以实验室合成天然气水合物对其进行室内测试是一种较好的选择。测量力学性质一般采用常规三轴压缩仪，但是常规的三轴压缩实验只能模拟试样在静荷载作用下的受力情况，由于实际自然界中的水合物储层都处在一个动态作用的环境中，比如地震、海平面升降甚至人为扰动(钻井和开采)等。因而含水合物地层力学性质尤其是动态载荷作用下的水合物地层力学性质对突破天然气水合物钻井技术和安全开采技术非常重要。通过天然气水合物沉积物动三轴压缩实验可以做到以上要求。在动态三轴压缩实验中采集天然气水合物的应变，一般是采用位移传感器和LVDT采集应变，但是LVDT和位移传感器的精度极为有限，有时并不能真实准确反映出天然气水合物沉积物的应变。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的实施例提供了一种测量天然气水合物沉积物应变的动三轴实验装置及方法，结构简单、操作简便、可靠性好，可精准测量天然气水合物沉积物的轴向应变和环向应变。为实现上述目的，本专利技术采用了一种技术方案：测量天然气水合物沉积物应变的动三轴实验装置，包括：筒体、分别连接于所述筒体上下两端的上端盖和下端盖、设于所述筒体内的试样台、分别连接所述试样台上下两端的上压头和下压头；由位于试样下方的所述下压头支撑试样，所述上压头连接液压泵站，通过振动所述上压头对试样进行动态加载；所述上压头和下压头上还分别设有声波接收装置和声波发射装置，以对试样进行纵横波测试；所述下压头上还设有电极，以对试样进行电阻率测试；所述下端盖上设有下端盖转接公头，所述下端盖转接公头的两端分别连接应变片转接母头和下端盖转接母头；套在试样周围的橡皮套上安装有应变片，以对试样进行应变测量；所述应变片通过应变片导线连接应变片转接母头，所述应变片测量的应变数据依次传输至应变片转接母头、下端盖转接公头和下端盖转接母头，并通过所述下端盖转接母头传输出去。进一步地，所述上压头下部设有第一温度传感器、第一压力传感器，所述下压头上部设有第二温度传感器、第二压力传感器，所述第一压力传感器、第二压力传感器分别用于测量试样的上、下两端的孔隙压力，所述第一温度传感器、第二温度传感器分别用于测量试样上、下两端的温度。进一步地，所述下端盖的一端还设有第三温度传感器和第四温度传感器，所述第三温度传感器和第四温度传感器分别用于测量试样之外的温度。进一步地，所述应变片包括轴向应变片和环向应变片，分别用于检测天然气水合物沉积物试样的轴向应变和环向应变，所述轴向应变片和环向应变片关于筒体对称布置。进一步地，所述应变片包括敏感栅，所述敏感栅感应试样的伸缩，并通过所述应变片导线传输数据。进一步地，外接的数据采集仪通过连接所述下端盖转接母头，得到应变数据。、进一步地，所述上压头和下压头分别通过液压管路与液压泵站连接，其中与上压头连接的液压管路上还设有控制阀，以控制液压油的流量和方向。为实现上述目的，本专利技术采用了一种技术方案：利用上述所述的测量天然气水合物沉积物应变的动三轴实验装置进行实验的方法，包括如下步骤：步骤S1：粘贴应变片；步骤S2：合成天然气水合物沉积物的试样；步骤S3：对天然气水合物沉积物的试样进行动态加载，并同时进行波速和电阻率测试及应变测量。进一步地，步骤S1具体还包括：S11：除橡皮套浮尘：去除所述橡皮套的表面浮沉，保持其表面清洁；S12：用酒精擦拭：在所述橡皮套预贴应变片的位置用酒精擦拭若干次；S13：干燥：将擦拭好酒精的所述橡皮套干燥若干分钟；S14：涂粘贴剂：在所述应变片的一侧涂上粘贴剂；S15：贴应变片：将所述应变片置于预贴位置后不再移动，并在所述应变片的另一侧盖上塑料薄片，均匀按压塑料薄膜，然后静置；S16：封胶：待所述应变片与橡皮套粘贴固定好后，将塑料薄膜揭开，再用硅胶将所述应变片与橡皮套密封并保留一定的厚度；S17：静置：将密封好硅胶的所述橡胶套放入试验台上并静置若干时间，以保证硅胶完全；S16：焊线：将上述密封好的所述应变片、应变片导线与应变片转接母头进行连接。进一步地，步骤S3具体还包括：S31：装试样：把合成好的天然气水合物沉积物试样放入所述试样台中，并保证试样平稳；S32：纵横波测试、电阻率测试及应变测量：利用所述上压头对试样进行动态加载，通过所述下压头的电极对试样进行电阻率测试，通过所述上压头的声波接收装置和下压头的声波发射装置对试样进行纵横波测试实验，同步地，利用所述应变片对试样进行实时的应变测量。本专利技术的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：(1)本试验装置不同于常规天然气水合物沉积物三轴压缩装置，可以进行动态加载，真实有效的模拟海底动态受力环境等；(2)本专利技术结构简单、操作简单，仅需对现有天然气水合物沉积物动三轴实验装置进行简单改造，加入应变片测量应变，精确快速地对天然气水合物沉积物应变进行实时测量；(3)本专利技术关于应变片粘贴方法操作简单，适用性强，不仅适合天然气水合物的应变测试，还适用于其他岩土工程材料的应变测试。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术的轴向应变片和环向应变片的分布图；图3为本专利技术的应变片的结构示意图；图4为本专利技术的实验方法流程图。其中，1-顶盖、2-轴向活塞、3-上端盖、4-上压头、5-试样台、6-橡皮套、7-应变片导线、8-下压头、9-第四温度传感器、10-下端盖、11-第三温度传感器、12-第一温度传感器、13-第一压力传感器、14-声波接收装置、15-应变片、16-应变片转接母头、17-下端盖转接公头、18-下端盖转接母头、19-下立轴、20-底座、21-声波发射装置、22-第二压力传感器、23-第二温度传感器、24-应变片、25-电极、26-液压泵站、27-液压管路、28-控制阀。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地描述。如图1所示，本专利技术的实施例提供了一种测量天然气水合物沉积物应变的动三轴实验装置，包括：筒体24、分别连接于所述筒体24上下两端的上端盖3和下端盖10、设于所述筒体24内的试样台5、分别连接所述试样台5上下两端的上压头4和下压头8、贴于试样上的应变片15。所述上压头4的下部设有第一温度传感器12、第一压力传感器13和声波接收装置14，所述下压头8的上部设有第二温度传感器23、第二压力传感器22、声波发射装置21和电极25，所述下端盖10的一端(图1中以右端为例)分别设有第三温度传感器11和第四温度传感器9。所述第一压力传感器13、第二压力传感器22分别用于测量试样的上、下两端的孔隙压力；所述第一温度传感器12、第二温度传感器23分别用于测量试样上、下两端的温度。所述声波接收装置14和声波发射装置21用于对试样进行纵横波测试，所述电极25用于对试样进行电阻率测试；所述第三温度传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.测量天然气水合物沉积物应变的动三轴实验装置，其特征在于：包括：筒体、分别连接于所述筒体上下两端的上端盖和下端盖、设于所述筒体内用于装试样的试样台、分别连接所述试样台上下两端的上压头和下压头；由位于试样下方的所述下压头支撑试样，所述上压头连接液压泵站，通过振动所述上压头对试样进行动态加载；所述上压头和下压头上还分别设有声波接收装置和声波发射装置，以对试样进行纵横波测试；所述下压头上还设有电极，以对试样进行电阻率测试；所述下端盖上设有下端盖转接公头，所述下端盖转接公头的两端分别连接应变片转接母头和下端盖转接母头；套在试样周围的橡皮套上安装有应变片，以对试样进行应变测量；所述应变片通过应变片导线连接应变片转接母头，所述应变片测量的应变数据依次传输至应变片转接母头、下端盖转接公头和下端盖转接母头，并通过所述下端盖转接母头传输出去。

【技术特征摘要】
1.测量天然气水合物沉积物应变的动三轴实验装置，其特征在于：包括：筒体、分别连接于所述筒体上下两端的上端盖和下端盖、设于所述筒体内用于装试样的试样台、分别连接所述试样台上下两端的上压头和下压头；由位于试样下方的所述下压头支撑试样，所述上压头连接液压泵站，通过振动所述上压头对试样进行动态加载；所述上压头和下压头上还分别设有声波接收装置和声波发射装置，以对试样进行纵横波测试；所述下压头上还设有电极，以对试样进行电阻率测试；所述下端盖上设有下端盖转接公头，所述下端盖转接公头的两端分别连接应变片转接母头和下端盖转接母头；套在试样周围的橡皮套上安装有应变片，以对试样进行应变测量；所述应变片通过应变片导线连接应变片转接母头，所述应变片测量的应变数据依次传输至应变片转接母头、下端盖转接公头和下端盖转接母头，并通过所述下端盖转接母头传输出去。2.根据权利要求1所述的测量天然气水合物沉积物应变的动三轴实验装置，其特征在于：所述上压头下部设有第一温度传感器、第一压力传感器，所述下压头上部设有第二温度传感器、第二压力传感器，所述第一压力传感器、第二压力传感器分别用于测量试样的上、下两端的孔隙压力，所述第一温度传感器、第二温度传感器分别用于测量试样上、下两端的温度。3.根据权利要求1所述的测量天然气水合物沉积物应变的动三轴实验装置，其特征在于：所述下端盖的一端还设有第三温度传感器和第四温度传感器，所述第三温度传感器和第四温度传感器分别用于测量试样之外的温度。4.根据权利要求1所述的测量天然气水合物沉积物应变的动三轴实验装置，其特征在于：所述应变片包括轴向应变片和环向应变片，分别用于检测天然气水合物沉积物试样的轴向应变和环向应变，所述轴向应变片和环向应变片关于筒体对称布置。5.根据权利要求1所述的测量天然气水合物沉积物应变的动三轴实验装置，其特征在于：所述应变片包括敏感栅，所述敏感栅感应试样的伸缩，并通过所述应变片导线传输数据。6.根据权利要求1所述的测量天然气水合物沉积物应变的动三轴实验装置，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡维，宁伏龙，刘志超，彭力，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：湖北,42