[发明专利]一种基于X-CT探测含水合物沉积物力学参数的装置及方法

权利要求书

1.一种基于X-CT探测含水合物沉积物力学参数的装置，包括：微型反应釜、剪切加载单元、背压控制单元、卸载压力加载单元、应变量测单元，以及X-CT扫描装置，所述反应釜包括反应釜本体及与之配合的上、下端盖，其特征在于：

所述反应釜本体为铍或碳纤维耐压管，其内部自上而下为：上部样品调节垫块、沉积物样品、下部样品调节垫块及轴压加载活塞，轴压加载活塞底和下部样品调节垫块中央贯通设计孔压入口，轴压加载活塞中央设计孔压流体通道；

所述上部样品调节垫块下端和下部样品调节垫块上端均安装等直径的透水石，透水石边缘各安装有示踪棒；

所述下端盖底部连接轴压加载反力机构，轴压加载反力机构侧壁设有用以连接所述剪切加载单元的加载流体入口及用以连接所述卸载压力加载单元的通气孔，所述上端盖中心位置设置孔压出口，偏心位置设置围压出口；反应釜下端盖偏心位置设置围压入口；

所述轴压加载活塞与反应釜下端盖、轴压加载反力机构内腔体、轴压加载反力机构出口之间采用滑动密封圈动密封；其中轴压加载活塞与轴压加载反力机构内腔体之间的滑动密封圈将轴压加载反力机构内腔体分割成上下两个不连通的腔体。

2.根据权利要求1所述的基于X-CT探测含水合物沉积物力学参数的装置，其特征在于，所述反应釜外侧上、下位置分别安装珀耳帖降温护套，珀尔帖安装位置避开沉积物样品所处的位置。

3.根据权利要求1所述的基于X-CT探测含水合物沉积物力学参数的装置，其特征在于，所述上、下部样品调节垫块与反应釜本体内壁之间安装压载扶正环，所述的压载扶正环为带孔的塑料环形圈，环形圈的内径与样品调节垫块相等，外径与反应釜本体内径相同。

4.根据权利要求1所述的基于X-CT探测含水合物沉积物力学参数的装置，其特征在于，所述应变量测单元包括：拉线编码器及拉线编码器挂钩，所述拉线编码器挂钩固定在所述轴压加载活塞底部。

5.一种利用权利要求1-4任一权利要求所述装置的探测方法，其特征在于包括：

步骤(1)、安装试样

将水合物沉积物样品放入橡胶套中并充分压实；然后将样品调节垫块套入橡胶套，安装反应釜上端盖和下端盖，安装轴压加载活塞及轴压加载反力机构，将岩心夹持器置于CT扫描仪载物台上并固定；

步骤(2)调整围压与孔压，使得样品固结24h以上；

步骤(3)制备水合物样品

对样品降温，当样品温度达到预设温度后，维持该温度72h以上，72h后样品制备完成；

步骤(4)获得水合物饱和度和饱和度分布特征

采用X-CT三维低分辨扫描和高分辨扫描模式，对样品进行三维扫描；基于CT扫描结果的阈值分割，识别含水合物样品中的砂、甲烷水合物、甲烷气体、水，获得沉积物中的水合物饱和度和饱和度分布特征；

步骤(5)三轴加载

通过与加载流体入口相连的剪切加载单元和孔压背压单元的联合操作实现静态力学参数的测试和蠕变参数的测试；

轴压加载流体从位于轴压加载反力机构侧壁的加载流体入口泵入下部腔体，推动轴压加载活塞上行，实现对内部沉积物的轴向压载；

步骤(6)水合物沉积物变形分析

与步骤(5)同步地，通过X-CT二维扫描实施监测沉积物变形过程中的横向、轴向变形特征及其内部可能的破坏带变化情况，分析沉积物微观变形过程，通过X-CT三维低分辨扫描和高分辨扫描模式，对试样剪切前进行三维扫描的位置重新进行三维扫描，对比加载前后试样内部结构和水合物状态的变化。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤(5)中，蠕变参数测试时，包括：

打开通气孔阀门，调整轴向加载输送泵为恒压模式，设定泵出口压力，输送泵将自动将出口压力调整为设置值，轴向加载活塞在轴向加载流体的作用下向上推进，推进过程中调整背压控制单元，保证孔隙压力维持恒定，当沉积物所承受的轴向力达到预设条件后，维持该压力条件长期稳定，通过步骤(6)观察沉积物损伤演化特征。