[发明专利]一种天然气水合物沉积物三轴试验装置

摘要

一种天然气水合物沉积物三轴试验装置，属天然气水合物沉积物力学特性测试领域。该装置包含三轴试验装置主机、温度控制系统、孔隙压力控制系统、围压控制系统和计算机数据采集与控制系统。三轴试验装置主机采用双压力室结构，能准确测量天然气水合物分解过程中沉积物体变；负荷传感器安装在压力室内部，提高强度数据的精度；在底座内部设置预冷的空腔，对进入试样的孔隙气和孔隙水进行预降温，减少饱和水过程天然气水合物的分解，也提高了控温的精度；试样安装过程均采用快速接头连接，方便快捷。该装置能模拟开采条件下天然气水合物分解过程，实现高精度控温、强度和体变精确测量，认识天然气水合物沉积物力学特性和评估储层稳定性具有重要意义。

主权项

一种天然气水合物沉积物三轴试验装置，包括三轴试验装置主机、温度控制系统、孔隙压力控制系统、围压控制系统以及计算机数据采集与控制系统，其特征在于：所述三轴试验装置主机，包含主机框架、密闭压力室、内压力室和压力室筒提升装置；主机框架由上梁、立柱和下梁组成，密闭压力室由活塞、承压柱、压力室筒和底座组成，内压力室由快速接头A、上压块、内压力室筒、下压块和快速接头B组成，压力室筒提升装置由减速机、螺杆和筒盖组成；上梁为长方体结构，中心设有通孔，通孔的直径与活塞对应；立柱分别与上梁、下梁采用螺栓固定连接；下梁的中心设有圆柱形的凸起，与底座对应；活塞中心设有管道，活塞上端与管道接口A对应；承压柱通过螺栓固定在所述上梁，承压柱中心设有通孔，直径与活塞直径、上梁通孔直径对应；承压柱侧面设有两个管道，分别对应管道接口B和管道接口N；管道接口B与管道接口C连通；管道接口N与密闭压力室连通；承压柱通孔下端与活塞之间采用密封圈密封；压力室筒位置与所述承压柱对应，与承压柱之间采用密封圈连接；压力室筒外围设有环形的凹槽，与保温罩筒形成环腔；环腔设有管道接口E和管道接口M；压力室筒下端与底座采用密封圈密封；底座安装在下梁上，并与下梁之间采用密封圈密封连接，位置与下梁的圆柱形凸起对应；底座设有圆柱形的空腔、管道接口F、管道接口G、管道接口H、管道接口I、管道接口J和管道接口K；管道接口F与密闭压力室连通；管道接口G与管道接口I对应，分别为冷却液的出口和进口；管道接口H与底座中心的管道对应，通过螺旋形的管道连接；管道接口J与管道接口K对应；活塞下端安装有负荷传感器；负荷传感器中心设有管道，位置与活塞的管道对应；负荷传感器的管道与活塞的管道之间采用密封圈密封连接；负荷传感器下端安装有快速接头B；快速接头B中心设有管道，与负荷传感器的管道之间采用密封圈连接；快速接头B、负荷传感器与活塞之间通过螺栓固定；上压块为圆柱体，上部设有环形凹槽，与快速接头B对应，安装时卡住进行固定连接；上压块下部设有圆柱形的凸起，直径与天然气水合物沉积物试样直径相当；上压块中心设有管道，与快速接头B中心的管道采用密封圈密封连接；上压块的侧面与内压力室之间设有管道，与管道接口D对应；内压力室筒通过螺栓固定在上压块的侧面，采用密封圈密封；内压力室筒的中部设有管道接口L；下压块为圆柱体，上部设有圆柱形的凸起，直径与天然气水合物沉积物试样直径相当；下压块与内压力室筒之间采用密封圈密封连接，试验过程中内压力室筒随着上压块一起运动；下压块下部设有环形的凹槽，与快速接头A对应，安装时卡住进行固定连接；下压块中心设有管道，与快速接头A中心的管道之间采用密封圈密封连接；快速接头A通过螺栓固定在底座上；快速接头A中心的管道与底座中心的管道采用密封圈密封连接；天然气水合物沉积物试样上下两端分别设有渗流垫B和渗流垫A，表面套上橡皮膜置于上压块和下压块之间；压力室筒上端安装有筒盖，二者之间采用螺栓固定连接；减速机安装在上梁的下表面，并通过螺杆与筒盖连接，用于提升和下降压力室筒；承压柱的下端面安装有热电偶；所述温度控制系统包含恒温槽和循环泵，冷却液经循环泵、管道接口I、底座的空腔、管道接口F、管道接口E、压力室筒与保温罩筒形成的环腔以及管道接口M返回到恒温槽，实现控制密闭压力室和试样温度；所述孔隙压力控制系统，包含水槽、转子泵、两个柱塞泵以及甲烷气瓶，水槽经转子泵、然后分别经针阀B和针阀E与柱塞泵A和柱塞泵C连接；所述甲烷气瓶经针阀C、然后分别经针阀B和针阀E分别与柱塞泵A和柱塞泵C连接；柱塞泵A经针阀A与管道接口A连接；柱塞泵C经针阀H与所述管道接口H连接；所述围压控制系统，包含水槽、转子泵以及两个柱塞泵，水槽经转子泵、然后分别经针阀D和针阀F与柱塞泵B和柱塞泵D连接；柱塞泵B经针阀G与管道接口F连接；柱塞泵D经针阀I与管道接口J连接；所述计算机数据采集与控制系统，包含工控机、温度传感器、负荷传感器以及四个压力传感器，工控机分别与温度传感器、负荷传感器、压力传感器A、压力传感器B、压力传感器C、压力传感器D、恒温槽、柱塞泵A、柱塞泵B、柱塞泵C以及柱塞泵D连接，采集到相应的温度、压力数据进行处理和控制。