[发明专利]一种沉积物中水合物介电性质测试装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种原位测量绝缘固体材料介质损耗的测试装置，包含绝缘材料的介质损耗因数和介电常数，具体涉及一种在高压下低温下多孔介质中水合物原位合成及其介质损耗和介电常数测试装置。

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和大陆边缘海底之下的沉积物中。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。

在油气的勘探开发过程中，地球物理方法被证明是一种非常有效的方法。电磁波传播测井(亦称介电测井)是80年代发展起来的新测井方法,主要用于测量地层的介电常数(ε_r)，较常用的有多频介电扫描成像测井。其原理基于水(ε_r＝50-80)、岩石(ε_r＝5-10)和原油(ε_r＝2-3)的介电常数明显的差别,因此测定岩石中的介电常数,是判断含油层或含水层的一种重要依据，并且此技术广泛运用于孔隙流体分析、骨架分析以及地质构造分析，对地层评价和储量估计。介电常数在岩石中的大小是一种能较好反映地层物性的信息载体,从测井资料分析中可以看出,介电常数与地层岩性、岩石内部结构，尤其是油气鉴别都有密切的关系。但是目前含天然气水合物地层的介电常数测定处于现场打井验证反推阶段，打井测量成本高，且数据采集干扰大。因此，天然气水合物及储层的介电常数特性研究以及天然气水合物的介电测井方法的开发，对天然气水合物的勘探、资源评价以及开发具有重要意义，有很大的市场前景。然而目前现有的介质损耗和介电常数装置主要是在常温常压下设计的，无法满足天然气水合物在低温高压的条件下进行原位测量。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种在高压低温下极端条件下原位测量固体绝缘材料的介质损耗因数和介电常数装置，扩展了目前所存在装置温度压强的使用范围，提高测量精度。

为达到上述发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：

本发明的一种沉积物中水合物介电性质测试装置,包括内置有被测样品的反应釜、同反应釜的进出气口并接连通的供气系统与抽真空系统、同反应釜上的温度传感器与压强传感器电连接的数据采集系统、维持反应釜内反应温度的温控系统和测试样品介电常数的测控系统，所述测控系统包括有Q表和连接反应釜与Q表的抗干扰屏蔽线，本发明的测试装置还包括有设于反应釜内的可取式电容测试室、第一柱形电极、第二柱形电极和锡膜，可取式电容测控室中间设置有样品装载片，第一柱形电极和第二柱形电极的一端面上粘附锡膜后分别接触样品两端，第一柱形电极和第二柱形电极的另一端面分别嵌入可取式电容测试室的两侧，并在相对的壁面上弹性固定，测控系统的Q表电性连接上述可取式电容测试室的第一柱形电极和第二柱形电极，且Q表与可取式电容测试室之间并联有电感组件。

所述测控系统的Q表包括有电容Cx测试回路和电感Lx测试回路,所述电感Lx测试回路串接电感器组件后，再与电容Cx测试回路并联后电连接第一柱形电极或第二柱形电极，另一个电极则通过抗干扰屏蔽线接入Q表。通过电感组件可实现谐振法解决元器件固有电容的干扰，能够准确测量样品的介质损耗。

所述锡膜的两面均匀涂有凡士林，它起粘附作用，又能排除接触面之间残余空气。

所述第一柱形电极和第二柱形电极在另一端面分别通过弹簧固定在可取式电容测试室相对的壁面上，以此方式实现电极的可伸缩，从而保证电极与不同厚度样品都能充分接触。

所述第一柱形电极和第二柱形电极为圆柱形铜块，其端面为镜面结构。镜面结构可保证电极端面与样品均匀接触。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1.本发明通过谐振法解决了元器件固有电容的干扰，能够准确测量样品的介质损耗；

2.温度和压力的可调节，可测量不同温度和压力下固体样品的介质损耗参数，保证高压低温测量的可行性；

3.反应釜可测量化学反应过程中介质损耗参数的变化，检测反应进度，可对样本在原位条件下不同反应状态进行测量；