[发明专利]一种天然气水合物岩心试样保压转移式三轴装置及方法

摘要

一种天然气水合物岩心试样保压转移式三轴装置及方法，属天然气水合物基础物性测量技术领域。该装置包括岩心转移装置、三轴装置主机、围压及孔压控制系统、计算机数据采集与控制系统。使用该装置首先，岩心由储样器转移到岩心转移装置；第二，岩心转移装置与三轴装置主机对接并锁定；第三保压岩心由岩心转移装置移入三轴压力室，脱除岩心原有的塑料套筒，岩心套穿橡皮膜。水合物保压岩心转移过程全程需要压力控制与动作控制。该装置系统实现了水合物保压岩心的转移并实现了水合物原有胶结结构条件及固结条件下沉积物强度测量，从而可以获得实际储层的力学特性，对揭示水合物储层破坏机理以及评价天然气水合物开采地质风险具有极其重要意义。

主权项

1.一种天然气水合物岩心试样保压转移式三轴装置，其特征在于：包括岩心转移装置、三轴装置主机、围压及孔压控制系统、计算机数据采集与控制系统；所述岩心转移装置包括内腔(29)、螺纹丝杠、外围立柱、滑轮(21)；其中，内腔(29)内部为圆柱形结构，由连接口(12)、球阀(15)、密封装置(17)、管路接口D组成，内腔(29)与三轴装置主机的底座(31)通过连接口(12)相连；球阀(15)用于密封内腔(29)上端，密封装置(17)用于密封内腔(29)下端与丝杠(16)的连接口；管路接口D用于与柱塞泵相连，用于提供内腔(29)压力；螺纹丝杠由丝杠(16)、丝杠伺服驱动系统(19)、支撑装置(30)与下压头(22)组成，丝杠伺服驱动系统(19)提供丝杠(16)上下的动力实现岩心(10)的转移；支撑装置(30)实现丝杠(16)上下运动的平衡；下压头(22)上部设置下压头透水石凹槽用于放置透水石(7)，下压头(22)的下部与丝杠(16)连接，下压头(22)内部设置T型管路(9)，T型管路用于与底座(31)内部管路相连提供岩心底部孔隙压力；外围立柱与下部支架(24)相连；滑轮(21)用于整个岩心转移装置的移动；所述三轴装置主机包括主机框架、半封闭式压力室、轴压装置；主机框架由上部支架(3)和下部支架(24)组成，上、下部支架采用螺栓固定连接；所述上部支架(3)的上端中心设有通孔，直径与活塞(4)对应；下部支架(24)由长方体立柱与转移装置固定螺钉(18)组成，转移装置固定螺钉(18)与长方体支柱底部滑道(20)用来固定岩心转移装置；半封闭式压力室包括压力室提升装置(13)、压力室筒(5)、底座(31)；压力室筒(5)上端设置管路接口E，接口E与柱塞泵连接提供压力室筒(5)围压；压力室筒(5)上部与活塞(4)通过压力室密封圈(2)密封；压力室提升装置(13)提供压力室筒(5)运动所需动力；底座(31)分为三段：底座上段为环状且外侧面设有凹槽(23)，固定于上压头侧面凹槽与底座上段外侧面凹槽(23)上的橡皮膜(8)用于包裹岩心；底座中段设置圆柱形通道，通道下端内径与球阀(15)上端出口内径相同，底座中段脱套筒节点(11)处，通道内径为小于岩心外圈塑料套筒外径而大于岩心外径，用于脱除岩心外圈塑料套筒；底座中段侧部设置管路接口A连接管路接口B和柱塞泵，底座中段的底部设置相互连通的管路接口C和工艺孔；上压头底部透水石(7)与岩心(10)接触时，管路接口C与下压头的T型管路(9)对齐，通过工艺孔的管路密封螺钉(14)与下压头T型管路(9)对接连通并密封，用于维持岩心下部孔隙压力；底座下段与岩心转移装置的连接口(12)相连，将半封闭式压力室与岩心转移装置的内腔组成一个密封完整的压力室腔体；所述轴压装置包括小型液压油缸(1)、活塞(4)、上压头(6)，小型液压油缸(1)驱动活塞(4)向下运动产生轴向加载力；上压头(6)的上部与活塞(4)连接；上压头(6)内部设置管路接口B与管路接口A相连从而维持岩心上端孔隙压力；上压头(6)下部设置上压头透水石凹槽，用于放置透水石(7)；所述围压及孔压控制系统包括柱塞泵、柔性管道和针阀，柱塞泵通过柔性管道和针阀分别与管路接口A、B、C、D、E相连，提供整个试验过程中所需的液压水以维持围压与孔压；所述计算机数据采集与控制系统由计算机、信号线、温度传感器、压力变送器、位移传感器组成，所述计算机处理数据及信号，所述温度、压力、位移传感器将相应信号转换为电信号传送至计算机。