本发明专利技术公开了一种保压岩心十字板剪切装置及及剪切强度测试方法，装置包括样品保压系统、测试系统、控制系统、数据采集系统；样品保压系统通过球阀保证保压状态，达到测试前后保压稳定的目的，测试系统通过十字板开展剪切试验测试样品剪切强度，控制系统实现伸缩杆的伸缩与扭矩施加器工作，保证十字板进入样品和开展工作，数据采集系统实时通过扭矩传感器、HX711模块、单片机、RS485通信串口采集、输送和处理数据，并保存在PC端。本发明专利技术可以在船上开展测试的保压岩心剪切测试装置。对研究海底滑坡产生机理、实现可燃冰的安全开采和确保海底工程施工安全有很强的指导作用。工程施工安全有很强的指导作用。工程施工安全有很强的指导作用。
【技术实现步骤摘要】
一种保压岩心十字板剪切装置及剪切强度测试方法
[0001]本专利技术属于天然气水合物保压岩心剪切强度测试的
，尤其是涉及一种保压岩心十字板剪切装置及其方法。
技术介绍
[0002]天然气水合物是由天然气和水在较高压力和较低温度条件下形成的似冰雪笼型化合物，广泛分布于近海大陆坡环境中。天然气水合物勘探和开发可能会引起海底滑坡、井壁坍塌、工程结构物破坏等工程灾害。研究指出天然气水合物资源开发、灾害防控与环境评价都依赖于岩土工程的一个基本科学问题：即如何准确地确定水合物存储的力学特征参数来保证水合物储层的长期稳定。其中，抗剪强度测试是不可缺少的一个环节。
[0003]目前，受技术和成本的双重限制，储层力学特性基础研究仍然以室内人工制备的天然气水合物岩心样品为主，基于此获得的数据、结论、认识与现场储层情况存在多大的差别，难以把握。同时，现有海底沉积物保压取样转移技术已经比较成熟，但后续的保压测试分析技术才刚刚起步，国内保压测试技术严重不足。保压测试技术是指在原位压力的条件下，以将低扰动的沉积物样品转移到实验室做进一步的分析测试。因此，亟需一种保压岩心十字板剪切装置及其方法，量化两者的差别。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于提供一种保压岩心十字板剪切装置及其方法，适用于天然气水合物保压岩心剪切强度测试。
[0005]本专利技术提供了一种保压岩心十字板剪切装置，其包括样品保压系统、测试系统、控制系统、数据采集系统；
[0006]所述的样品保压系统包括保压筒、测试孔、测试管、球阀、第一连接器、推送装置、第一压强维持器、第二压强维持器，所述测试管垂直布置在保压筒的侧面，测试管通过测试孔与保压筒相连；所述的球阀布置在测试管中部，所述的第一连接器布置在测试管远离保压筒的一端，所述的推送装置布置在保压筒的一端，用以控制样品在保压筒内部向前运动，所述的第一压强维持器布置在保压筒的另一端，用以调节保压筒内部压强，所述的第二压强维持器布置在测试管内靠近第一连接器的一端，用以保证球阀两端压强一致；
[0007]所述的测试系统包括仪器管、十字板，所述的仪器管通过第一连接器与测试管相连接，所述的十字板布置在仪器管内部连接第一连接器的一端，所述的十字板通过第二连接器与数据采集系统的扭矩传感器的一端相连接；
[0008]所述的控制系统包括伸缩杆、扭矩施加器、电机、PC端，所述的伸缩杆的一端通过第三连接器与扭矩传感器的另一端相连接，所述的电机通过电线与PC端相连接，伸缩杆布置在仪器管内部，扭矩施加器布置在伸缩杆与电机之间，扭矩施加器能够控制伸缩杆旋转以施加扭矩，电机能够控制伸缩杆的伸长与缩短；
[0009]所述的数据采集系统包括扭矩传感器、HX711模块、单片机、RS485通信串口，扭矩
传感器的信号经电线穿过第三连接器上开设的通线孔传输给HX711模块，所述的HX711模块通过电线与单片机相连接，所述的单片机通过电线与RS485通信串口相连接，所述的RS485通信串口通过电线与PC端相连接。
[0010]根据本专利技术的优选实施方案，所述十字板发生位移之前，球阀关闭，保证样品处于保压状态，在十字板开始位移之后，球阀打开，保证十字板顺利穿过进入样品。
[0011]根据本专利技术的优选实施方案，通线孔为密封设计，保证试验过程中样品始终处于保压状态。
[0012]根据本专利技术的优选实施方案，所述的仪器管与测试管通过第一连接器可拆卸连接，第一连接器为法兰结构，第一连接器的内径与仪器管内径一致，密封面选用榫槽面，以保证高压环境下正常发挥连接和密封作用。
[0013]根据本专利技术的优选实施方案，所述的十字板与扭矩传感器通过第二连接器可拆卸连接，第二连接器为法兰结构，第二连接器位于仪器管内部，其外径仪器管内径的0.8倍，密封面选用榫槽面，以保证高压环境下正常发挥连接和密封作用。
[0014]根据本专利技术的优选实施方案，所述的扭矩传感器通过第三连接器与伸缩杆可拆卸连接，第三连接器为法兰结构，第三连接器位于仪器管内部，其外径仪器管内径的0.8倍，密封面选用榫槽面，以保证高压环境下正常发挥连接和密封作用。
[0015]根据本专利技术的优选实施方案，所述的电机仅控制伸缩杆的伸缩，伸缩杆的旋转由扭矩施加器单独控制。
[0016]根据本专利技术的优选实施方案，所述的扭矩传感器与HX711模块相连将扭矩大小转化为电信号输送给单片机，所述的单片机接收电信号之后运行预设代码计算出电压值、扭矩大小以及抗剪强度值，所述的RS485通信串口将计算结果输送给PC端保存。
[0017]本专利技术还提供了一种基于上述实验装置的天然气水合物保压岩心剪切强度测试方法，其包括如下步骤：
[0018]a、将数据采集系统、测试系统、控制系统进行连接；
[0019]b、将保压筒平置于水平平台上；
[0020]c、关闭球阀，开启第一压强维持器和第二压强维持器，将保压筒内压强调至预设值，并保持球阀两端压强一致；
[0021]d、打开球阀，开启数据采集系统与控制系统，准备开展十字板剪切测试；
[0022]e、启动电机，控制伸缩杆将十字板依次穿过第一连接器和球阀，并推入保压筒内直至插入样品内预设深度；
[0023]f、控制扭矩施加器，以一定速度均匀施加扭矩至十字板扭转90
°
或180
°
，此时剪切完成；
[0024]g、通过数据采集系统实时记录十字板剪切过程和剪切完成之后的数据；
[0025]h、启动电机，控制伸缩杆将十字板拉出保压筒，此时即完成了样品一处位置的剪切测试；
[0026]i、启动推送装置，将样品往前推送预设距离，重复e、f、g、h步骤，直至完成天然气水合物保压岩心剪切强度测试任务。
[0027]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0028]本专利技术涉及一种天然气水合物储层的保压岩心十字板剪切装置，其中，保压系统
用于保持天然气水合物储层位于海底的高压状态，保证十字板剪切强度测试结果应用于天然气水合物资源开采的可靠性；十字板剪切测试系统通过测试孔与保压保温筒相连即可开展测试，该设计保证样品测试能够在船上进行，极大减少运输至陆上实验室的成本。此外，该装置使用传递法测量扭矩，通过扭矩传感器将扭矩产生的应变转化为电压变化信号传输至单片机，经过单片机运行预设代码进行一系列计算，得到电压值、扭矩大小以及抗剪强度值，最后传输至PC端保存测试数据。
[0029]本专利技术提供了一种可以在船上开展测试的保压岩心剪切测试装置。从而克服了现有技术需要将样品输送到岸才能进行测试的问题，本专利技术即免去了现有技术保压运输的成本，也避免了运输过程中可能受到的较大扰动，保证测试的精度，对研究海底滑坡产生机理、实现可燃冰的安全开采和确保海底工程施工安全有很强的指导作用
附图说明
[0030]图1是本专利技术整体结构图；
[0031]图2是本专利技术仪器管内部详图；
[0032]图3是本专利技术测试系本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种保压岩心十字板剪切装置，其特征在于包括样品保压系统、测试系统、控制系统、数据采集系统；所述的样品保压系统包括保压筒(1)、测试孔(2)、测试管(3)、球阀(4)、第一连接器、推送装置(18)、第一压强维持器(19)、第二压强维持器(20)，所述测试管(3)垂直布置在保压筒(1)的侧面，测试管(3)通过测试孔(2)与保压筒(1)相连；所述的球阀(4)布置在测试管(3)中部，所述的第一连接器布置在测试管(3)远离保压筒的一端，所述的推送装置(18)布置在保压筒(1)的一端，用以控制样品在保压筒(1)内部向前运动，所述的第一压强维持器(19)布置在保压筒(1)的另一端，用以调节保压筒内部压强，所述的第二压强维持器(20)布置在测试管(3)内靠近第一连接器的一端，用以保证球阀两端压强一致；所述的测试系统包括仪器管(6)、十字板(7)，所述的仪器管(6)通过第一连接器与测试管(3)相连接，所述的十字板(7)布置在仪器管(6)内部连接第一连接器的一端，所述的十字板(7)通过第二连接器与数据采集系统的扭矩传感器(8)的一端相连接；所述的控制系统包括伸缩杆(9)、扭矩施加器(10)、电机(11)、PC端(17)，所述的伸缩杆(9)的一端通过第三连接器与扭矩传感器(8)的另一端相连接，所述的电机(11)通过电线(12)与PC端(17)相连接，伸缩杆(9)布置在仪器管(6)内部，扭矩施加器(10)布置在伸缩杆(9)与电机(11)之间，扭矩施加器(10)能够控制伸缩杆旋转以施加扭矩，电机(11)能够控制伸缩杆的伸长与缩短；所述的数据采集系统包括扭矩传感器(8)、HX711模块(14)、单片机(15)、RS485通信串口(16)，扭矩传感器(8)的信号经电线(12)穿过第三连接器上开设的通线孔(13)传输给HX711模块(14)，所述的HX711模块(14)通过电线(12)与单片机(15)相连接，所述的单片机(15)通过电线(12)与RS485通信串口(16)相连接，所述的RS485通信串口(16)通过电线(12)与PC端(17)相连接。2.如权利要求1所述的保压岩心十字板剪切装置，其特征在于：所述十字板发生位移之前，球阀关闭，保证样品处于保压状态，在十字板开始位移之后，球阀打开，保证十字板顺利穿过进入样品。3.如权利要求1所述的保压岩心十字板剪切装置，其特征在于：通线孔...
【专利技术属性】
技术研发人员：沈佳轶，梁英杰，陈家旺，高巧玲，王欣怡，陈前，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。