本发明专利技术提供了用于天然气水合物原位生成与分解的三轴试验装置。该装置包括由外罩筒和底座组成的密闭压力室；所述密闭压力室内设有内罩筒，所述内罩筒通过卡环固定在所述底座上；所述内罩筒底座上设有至少一个进出油孔、至少一个进气孔和至少一个进水孔，所述进出油孔、进气孔和进水孔均开口于所述内罩筒的内腔；所述外罩筒与内罩筒的顶部设有活塞；所述活塞上设有排气孔；所述内罩筒的内腔中设有相对应的下压垫和上压垫；所述上压垫与所述活塞的位置相应，所述下压垫固定在所述底座上。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于天然气水合物原位生成与分解的三轴试验装置，属天然气水合物机械特性及基础物性测量领域。
技术介绍
天然气水合物作为一种极具潜质的清洁能源，具有储量大、能量密度高、分布广、 埋藏浅等特点，其安全开采已成为石油天然气工业新的研究热点。从天然气水合物沉积层中采收天然气会使海底沉积层强度降低，增加海床的不稳定性，可能引起地质塌陷，海底滑坡等灾害。溢出的甲烷气体具有很强的温室效应，是全球气候变暖的潜在影响因素。此外， 在水合物的勘探与开采过程中，钻井作业扰动了含水合物沉积层的地质结构，这可能导致水合物的分解并削弱沉积层的地质力学强度，造成钻探设备、海底管道等基础设施的损坏及生命财产损失。如何以经济、安全的方式从海底含水合物沉积层中开采天然气，既符合环保要求，又不会引起海底滑坡与沉积层坍塌等地质灾害，需要深入研究含水合物沉积物的机械特性。三轴仪是研究土样机械特性较为理想的设备，且因其试验原理和操作方法相对简单而得到广泛应用。但由于天然气水合物受其生成条件(低温、高压)及稳定性的影响，因此要求必须对三轴仪做一些必要的改进，以适合本实验的需要。原状水合物沉积物岩芯获取难度较大、成本高，而实验室人工合成水合物沉积物试样具有参数可控性高、成本低等特点，因此目前有关水合物沉积物力学特性的实验主要是通过在室内人工合成天然气水合物沉积物试样来模拟海底水合物沉积层从而进行实验的。现有的沉积物试样制备方法是通过在高压反应釜内混合冰粉和纯甲烷气生成天然气水合物，然后在冷库内将粉碎后的天然气水合物与海洋土颗粒按比例均勻混合，并在压力成型装置中压缩成型，最后把压制成型的水合物沉积物试样放入三轴仪中进行力学试验。这种在三轴仪压力室外制备水合物沉积物试样的方法的缺点是1)制样过程会造成部分水合物的分解，导致试样水合物的饱和度较低；幻混合制样法不能很好的模拟海底水合物沉积物的胶结状态，不能还原海底水合物的生成过程；；3)此类三轴仪在试验过程中不能控制水合物的分解过程。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于天然气水合物原位生成与分解的三轴试验装置。本专利技术提供的用于天然气水合物原位生成与分解的三轴试验装置包括由外罩筒和底座组成的密闭压力室；所述密闭压力室内设有内罩筒，所述内罩筒固定在所述底座上； 所述内罩筒底座上设有至少一个进出油孔、至少一个进气孔和至少一个进水孔；所述外罩筒与内罩筒的顶部设有活塞口 ；所述活塞上设有排气孔；所述内罩筒的内腔中设有相对应的下压垫和上压垫；所述上压垫与所述活塞的位置相应，所述下压垫通过定位销固定在所述底座上。上述三轴试验装置中，所述外罩筒可通过卡环和卡环固定套与所述底座密封连接；所述内罩筒可通过卡环与所述底座密封连接。上述三轴试验装置中，所述活塞与所述外罩筒和内罩筒均可通过密封圈密封连接。上述三轴试验装置中，所述底座上设有一个进出油孔、一个进气孔和一个进水孔。 上述三轴试验装置中，所述上压垫的下表面上设有上渗流板，所述下压垫的上表面上设有下渗流板。上述三轴试验装置中，所述下压垫通过定位销固定在所述底座上。上述三轴试验装置中，所述活塞与所述上压垫相连接。上述三轴试验装置中，所述内罩筒的内腔中设有热交换器，所述热交换器与所述底座上的制冷剂循环液进孔和制冷剂循环液出孔相连，所述制冷剂循环液进孔和制冷剂循环液出孔均开口于所述密闭压力室外。上述三轴试验装置中，所述热交换器的位置与待测天然气水合物沉积物试样的位置相应，用于控制待测天然气水合物沉积物试样的温度。本专利技术提供的用于天然气水合物原位生成与分解的三轴试验装置具有以下优点。1)最大轴向试验力为600kN，轴向试验力的精度为士0.5%;最大围压为30MPa，围压的精度为士0. 5% ；温度控制范围为M;3K-298K，温度控制精度为士0. 1°C，可以模拟海底及冻土地域的压力和温度；2)能在土力学三轴仪内实现天然气水合物的原位生成与分解，模拟海底及冻土地域沉积物中天然气水合物的生成与分解，并能够得到三种不同尺寸的试样，满足不同的加载要求；3)冷库及低温控制系统能够实现温度的快速和准确控制，满足高精度实验要求；4)合成的天然气水合物沉积物试样能在轴向伺服加载系统内直接进行剪切蠕变等实验、进行数据分析或下一步研究；5)数据采集系统具备数据实时储存、实时分析及图像实时处理等功能；6)系统造价相对较低；7)对海底及冻土地域沉积物中天然气水合物的生成和分解均能进行模拟合成与分解，对海底及冻土地域天然气水合物沉积物的基础物性、力学特性、勘探开采及灾害防御起到了重要的指导作用。附图说明图1为本专利技术用于天然气水合物原位生成与分解的三轴试验装置的结构示意图。图2为本专利技术用于天然气水合物原位生成与分解的三轴试验装置的压力室底座的俯视图。图3为利用本专利技术实施例1中的用于天然气水合物原位生成与分解的三轴试验装置进行试验的流程图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明，但本专利技术并不局限于以下实施例。本专利技术提供的用于天然气水合物原位生成与分解的三轴试验装置的结构示意图如图1、图2所示，利用该装置进行试验的流程图如图3所示，图中各标记如下1外罩筒、2 内罩筒、3底座、4卡环、5卡环固定套、6活塞、7排气孔、8上压垫、9下压垫、10上渗流板、11 下渗流板、12天然气水合物沉积物试样、13热交换器、14密封圈、15液压油进出孔、16进水孔、17进气孔、18制冷剂循环液进孔、19制冷剂循环液出口、20甲烷气瓶、21a，21b，21c缓冲阀、22a，22b 流量计、23a，23b, 23c、，23d, 23e, 23f，23g, 23h, 23i 针阀、24a，24b 循环泵、25 蒸馏水罐J6恒温槽、27压力表AJ8压力表BJ9a，29b加压泵、30放水阀、31废水槽、32氮气瓶、33液压油槽、34压力表C、35接水容器、36真空泵、37数据采集模块、38工控机。本专利技术提供的用于天然气水合物原位生成与分解的三轴试验装置包括由外罩筒1 和底座3组成的密闭压力室，外罩筒1和底座3通过卡环4和卡环固定套5密封连接；该密闭压力室内设有内罩筒2，内罩筒2与外罩筒1形成环腔并与底座3密封固定连接；内罩筒 2和底座3通过卡环4密封连接；内罩筒2内底座3上设有一个液压油进出孔15、两个气水通孔16/17，液压油进出孔15用于向内罩筒2的内腔中注入液压油以对天然气水合物沉积物试样施加围压，进水孔16和进气孔17分别与下压垫9和上压垫8相连，向天然气水合物沉积物试样12内注入甲烷气体和水以提供反应需要的原料并控制其生成与分解；外罩筒1 和内罩筒2的顶部设有活塞6，用于对天然气水合物沉积物试样12施加轴向压力；活塞6与外罩筒1和内罩筒2通过密封圈14密封连接；活塞6上设有排气孔7，用于排出充液压油过程中内罩筒2内的空气；内罩筒2的内腔中设有下压垫9和上压垫8，下压垫9的上表面上设有下渗流板11，上压垫8的下表面上设有上渗流板10 ；下压垫9通过定位销(图中未示出)固定在底座3上；上压垫8与活塞6相接触并与活塞6的位置相应；下渗流板11和上渗流板10之间放置天然气水合物试样；内罩筒2的内腔中设有热交换器13，用于控制内罩筒2内液压油的温度进而控制天然气水合物沉积物试样12的温度，热交换器13与本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种用于天然气水合物原位生成与分解的三轴试验装置，其特征在于：它包括由外罩筒和底座组成的密闭压力室；所述密闭压力室内设有内罩筒，所述内罩筒固定在所述底座上；所述内罩筒底座上设有至少一个进出油孔、至少一个进气孔和至少一个进水孔，所述进出油孔、进气孔和进水孔均开口于所述内罩筒的内腔；所述外罩筒与内罩筒的顶部设有活塞；所述活塞上设有排气孔；所述内罩筒的内腔中设有相对应的下压垫和上压垫；所述上压垫与所述活塞的位置相应，所述下压垫固定在所述底座上。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李清平，宋永臣，刘卫国，李洋辉，于锋，王世圣，姚海元，
申请(专利权)人：中国海洋石油总公司，中海石油研究中心，大连理工大学，
类型：发明
国别省市：11
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