[发明专利]一种沉积物中水合物原位合成及其声特性测量的装置

说明书

技术领域

本发明涉及到一种沉积物中水合物原位合成及其声特性测试的装置，尤其是一种在高压下低温下原位测量液体、固体或固液混合物的声速的装置。 

背景技术

天然气水合物是一种由气体（或易挥发的液体）与水在一定温度压力条件下形成的冰状固体，俗称可燃冰，广泛分布于冻土带地表以下200-2100米和大陆边缘海底之下0-1100米的沉积物中。天然气水合物具有巨大的天然气储藏能力，理想结构I型的甲烷水合物含有164倍标准状态下的甲烷气，II型结构的天然气水合物含有184倍标准状态下的天然气。全世界天然气水合物储量非常巨大，估计水合物中天然气资源量为2×10¹⁶m3，相当于2×10⁵亿吨油当量，是全球常规燃料总碳量的2倍。 

在天然气水合物的勘探开发过程中，地球物理方法被证明是一种非常有效的方法，国内外研究者利用这些信息开展了许多相关性研究，发现BSR（Bottom Simulating Reflector，似海底反射）、BZ（Blanking Zones，振幅空白）等标志与水合物存在着一定的关系，并对BSR反射系数、波形特征和BZ的反射强度及地震速度结构进行了深入分析。尤其是近年来，人们借助油气储层预测的思路，利用振幅随炮检距变化（AVO）信息技术和地震的非线性全波形走时反演方法，对BSR反射系数、反射波形模拟来约束BSR上下地层的地震纵波速度变化，达到综合预测含水合物沉积层的目的，这些技术方法对于特定条件下天然气水合物矿藏的发现取得了一定效果。但是，经钻探后发现目前公认的许多识别标志与天然气水合物矿藏之间并非完全对应，两者之间的内在联系及其响应机理尚不清楚，许多解释的合理性尚存质疑。声波在岩石中的传播速度是一种能较好反映岩石综合物性的信息载体,从物探资料分析中可以看出,声波速度与地层岩性、岩石内部结构、埋深和地质年代都有密切的关系。因此，天然气水合物及储层的声学响应特性研究以及天然气水合物的声学勘探方法的开发，对天然气水合物的勘探、资源评价以及开发具有重要意义 

发明内容

本发明的目的在于提供一种沉积物中水合物原位合成及其声特性测量的装置，尤其是一种在高压下低温下原位测量液体、固体或固液混合物的声速的装置，扩展了目前所存在装置的使用范围，提高测量精度。 

为实现以上目的，本发明采取了以下的技术方案：一种沉积物中水合物原位合成及其声特性测量的装置，包括内置有被测样品的反应釜、为反应釜提供气源的供气系统、维持反应釜内反应温度的温控系统、与反应釜连接的液压传动系统、与反应釜连接并用于测试样品声学性质的测控系统以及数据采集系统；所述反应釜内设有支持样品并能够保证气体与样品充分接触的环形内衬套；所述声学性质的测控系统包括有超声发生器、超声发射换能器、超声接收换能器和示波器，所述超声发生器、示波器、计算机、数据采集系统和反应釜依次连接。样品测量采用的是一发一收接触式超声脉冲测量方法。 

在通常的测试系统中要求样品为柱状样，例如海底沉积物柱状样、湖泊沉积物柱状样、岩石岩芯等，但含水合物样品需要在高压低温状态下测量，因此很多时候都无法难保真样品来测试，因此本发明选取目标区沉积物后，通过加入相同组分的天然气在目标区的温度压力条件原位合成天然气水合物，再测试其声学性质。 

本发明所述的沉积物可以为各种沉积物，例如柱状样、表层样、筛分过的沉积物等。沉积物样品装在一个圆柱形的环形内衬套里。所述的内衬套由不锈钢或聚四氟乙烯制成，周围密布小孔，保证气体通过，但可使沉积物样品保持柱状形态。 

所述温控系统包括恒温浴及相应的连接管道，恒温浴中的液体分别通过恒温浴、连接管道和反应釜的夹套，再通过连接管道流回恒温浴完成循环，维持反应釜的温度恒定。 

所述反应釜包括有连接恒温浴的换热夹套、推进活塞、端盖，所述反应釜内部被推进活塞分为两部分，一部分装被测样品，另一部分装推进液；所述超声发射换能器安置在推进活塞内部，且推进活塞与一长柄相连，长柄的另一端与定位杆相连，定位杆的另一端与位移传感器的活动杆相连,位移传感器主体固定在反应釜外壁上，活动的传感探头顶端与推进活塞的长柄相连，用来记录活塞的位移。位移传感器的引线与所述数据采集系统电连接，长柄中空，超声 发射换能器的引线从中间穿过。 

所述超声接收换能器安装在反应釜靠近样品侧的端盖内部,端盖为中轴线对称并设置有开孔，超声接收换能器从开孔引出。