[发明专利]一种水合物试样水饱和装置及方法

说明书

本发明公开了一种水合物试样水饱和装置及方法，其属于海底沉积物勘探领域，水合物试样水饱和装置包括具有内腔的壳体、滑动设置于内腔中的活塞和与活塞连接的活塞杆，活塞的两侧形成气腔和无气水腔，气腔的进口与试样的出口相连，无气水腔的出口与试样的入口相连；活塞杆的另一端于无气水腔中延伸并伸出壳体之外，气腔的进口还与气压源相连。水合物试样水饱和方法采用如上的水合物试样水饱和装置，气压源向气腔内通入气体，推动活塞移动，活塞两侧的有效面积不同，使得无气水腔内的压力高于气腔；当打开试样的两端的开关，在压差的作用下无气水腔内的水向试样内流动，推动试样内的气体流入气腔，在均匀渗流的情况下逐渐达到饱和，饱和效果好。

技术领域

本发明涉及海底沉积物勘探领域，尤其涉及一种水合物试样水饱和装置及方法。

背景技术

在对海底沉积物的力学性质研究中，含水合物沉积物的力学参数是天然气水合物钻探和开采过程中非常重要的基础参数，因此，含水合物沉积物的力学性质研究是目前国内外土力学研究热点。

室内试验是掌握含水合物沉积物力学性质的主要手段，为了更好的模拟海底水合物沉积层的水饱和状态，在制备具有一定水合物含量的试样时，需要对试验样品进行水饱和。在饱和过程中，需要使得试验样品的上下两个端面维持相对较小的压力差(10-50kPa)，目前的水饱和方法，无法获得恒定的微压差，过大的不稳定压差易导致试验样品被破坏，影响试验结果的准确性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水合物试样水饱和装置及方法，以解决现有技术中存在的对水合物试样进行饱和时压差不稳定导致试验样品被破坏的技术问题。

如上构思，本发明所采用的技术方案是：

一种水合物试样水饱和装置，包括：

壳体，具有内腔；

活塞，滑动设置于所述内腔中，所述活塞的两侧形成气腔和无气水腔，所述气腔的进口与试样的出口相连，所述无气水腔的出口与试样的入口相连；

活塞杆，其一端与所述活塞连接，另一端于所述无气水腔中延伸并伸出所述壳体之外；

气压源，与所述气腔相连。

其中，所述活塞的两侧的有效面积之比为N，N大于1。

其中，所述活塞的直径与所述活塞杆的直径之比为5:1。

其中，所述壳体上设置有开口，所述活塞杆穿过所述开口伸出所述壳体之外，所述活塞杆与所述开口之间设置有密封圈。

其中，所述气腔的进口处和所述无气水腔的出口处均设置有阀门。

其中，还包括动力机构，所述动力机构与所述活塞杆相连，用于带动所述活塞杆直线移动。

其中，所述动力机构包括：

电机；

丝杠，与所述电机的输出端相连；

滑块，与所述丝杠螺接且与所述活塞杆相连。

其中，所述动力机构还包括底座和固定设置于所述底座上的滑轨，所述滑块与所述滑轨滑动连接，所述丝杠与所述底座转动连接。

一种水合物试样水饱和方法，采用如上所述的水合物试样水饱和装置，包括：

向无气水腔内充满水；

开启气压源，使得气腔内的压力达到设定值，推动活塞移动，使得无气水腔内的压力逐渐增大；

打开试样的两端的开关，在压差的作用下无气水腔内的水向试样内流动，推动试样内的气体流入气腔，使得试样逐渐达到饱和。

其中，在向无气水腔内充水之前，将水进行无气化处理或者充氮处理。