[发明专利]天然气水合物岩石力学三轴试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种岩石力学室内试验装置，具体涉及天然气水合物岩石力学三轴试验装置。

背景技术

天然气水合物是一种储量丰富的、高能量密度的绿色清洁能源。随着世界经济的快速发展，油气资源大量消耗。世界天然气水合物的总能量约为煤、油、气总和的2～3倍，对于缓解油气资源紧张具有重大意义。

天然气水合物是在一定的温度和压力条件下，由天然气和水组成的类冰的、笼型结晶化合物。它广泛分布于大陆、岛屿的斜坡地带、活动和被动大陆边缘的隆起处、极地大陆架以及海洋和一些内陆湖的深水环境。20世纪60年代，苏联科学家在陆地冻土带首先发现第一个具有商业开采价值的天然气水合物气田——麦索雅哈气田之后，引起了世界各国的普遍关注，其中美、俄、日、法等国的研究较为广泛和深入。1999年以来，中国地质调查局在我国南海北部陆坡开展了针对天然气水合物的高分辨率多道地震和深海地质取样、海底照相等调查工作。调查结果表明，我国海域存在丰富的天然气水合物资源。我国在2007年5月通过钻探取得实际水合物样品，预计于2016年实现对水合物的试开采。

在天然气水合物地层的钻探过程中，钻井液使水合物不同程度的分解，天然气水合物沉积物的强度和模量等力学性质会发生明显的变化，水合物沉积物强度降低，使井壁出现垮塌、天然气溶解到钻井液中。这一过程使井涌、井塌等工程风险增大。天然气水合物沉积物的强度参数是井眼稳定性分析和水合物开发评价的重要参数。以前的注意力主要集中在对实验室合成的纯水合物物理特性的研究方面，针对海洋水合物开发的研究才刚开始。由于天然气水合物稳定需要特定的温度压力环境，目前尚未开发出针对天然气水合物沉积物力学性质实验的设备，常规岩石力学三轴实验技术和设备很难取得和保持原状水合物样来进行三轴强度和声波测量。

发明内容

本发明的目的是提供一种天然气水合物岩石力学三轴试验装置；所述实验装置可以用于原位合成水合物后(或直接对水合物沉积试样)进行天然气水合物三轴实验，测得水合物沉积物的应力-应变曲线、弹性模量、泊松比、内聚力、内摩擦角，同时可以测得天然气水合物试样的声学特性参数；这些基础数据为以后研究天然气水合物地层井壁稳定、开采分解提供基础数据。

本发明提供的天然气水合物岩石力学三轴试验装置包括由筒体、底座和上盖组成的密闭压力室；所述底座上设有至少一个进油孔、至少一个进气孔和至少两个声波线接孔；所述筒体的上部设有至少一个出气孔；所述上盖上设有活塞；该活塞与所述密闭压力室外的移动横梁相连；所述密闭压力室腔内设有相对应的试样下压座和试样上压座；所述试样上压座与所述活塞的位置相应，所述试样下压座固定在所述底座上；所述试样上压座和试样下压座中均设有声波探头。

上述的三轴试验装置中，所述底座和上盖均通过锁紧块与所述筒体密封连接。

上述的三轴试验装置中，所述底座和上盖与所述筒体的内侧均通过密封圈a密封连接。

上述的三轴试验装置中，所述底座上设有一个进油孔、两个进气孔和两个声波线接孔；所述筒体的上部设有一个出气孔。

上述的三轴试验装置中，所述试样下压座通过定位销固定在所述底座上。

上述的三轴试验装置中，所述试样上压座上设有试样上压垫；所述试样下压座上设有试样下压垫。

上述的三轴试验装置中，所述活塞与所述上盖通过密封圈b密封连接。

上述的三轴试验装置中，所述移动横梁和所述活塞之间设有隔热板。

上述的三轴试验装置中，所述底座的下表面上设有滑轨，如直线导轨，便于所述三轴试验装置的移动。

上述的三轴试验装置中，所述活塞和所述试样上压座相连接。

本发明提供的天然气水合物岩石力学三轴试验装置具有以下有益效果：将天然气水合物合成与分解以及其力学性质、声学性质有效地衔接起来，将三轴压力室与天然气水合物反应釜进行了有效结合，避开了模具制样、装样等操作过程中的水合物分解问题，实现了对天然气水合物沉积物样品的物性及力学性质参数的同步测量，填补了国内水合物沉积物力学性质实验和测量设备的空白。

附图说明

图1为本发明的天然气水合物岩石力学三轴试验装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。