專利名稱：水合物聲學(xué)特性測(cè)試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)試裝置，尤其涉及一種水合物聲學(xué)特性測(cè)試裝置。
背景技術(shù)：
含水合物沉積物的縱橫波速度與水合物飽和度之間的關(guān)系是利用地震波數(shù)據(jù)對(duì) 水合物儲(chǔ)層進(jìn)行資源評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。對(duì)于含水合物固結(jié)沉積物的縱橫波速度與水合物飽和度 的同時(shí)測(cè)量技術(shù)，現(xiàn)有技術(shù)已發(fā)表了一些研究成果。但是，海洋水合物大多賦存于松散沉積 物中，如何同時(shí)測(cè)量含水合物松散沉積物的縱橫波速度以及水合物飽和度參數(shù)，目前還沒 有這方面的技術(shù)。目前，國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)室利用彎曲元技術(shù)研究松散沉積物聲學(xué)特性已有一些， 如美國(guó)喬治利亞理工學(xué)院的T S仇11等利用彎曲元技術(shù)研究了含四氫呋喃(THF)水合物沉 積物的聲學(xué)特性，但這些研究大多在常壓下進(jìn)行，未見在高壓下利用彎曲元技術(shù)同時(shí)探測(cè) 含水合物松散沉積物縱橫波速度的研究。在水合物飽和度探測(cè)方面，時(shí)域反射技術(shù)(TDR) 被有效地應(yīng)用于淡水或低鹽水沉積物的含水量及水合物飽和度的測(cè)量。但是，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng) 沉積物孔隙水的鹽度高于0. 5% wt時(shí)，利用傳統(tǒng)的TDR探針無(wú)法再探測(cè)水合物飽和度?？?見，同時(shí)測(cè)量含水合物松散沉積物的縱橫波速度以及水合物飽和度，還需要解決聲學(xué)探測(cè) 技術(shù)和高鹽度下TDR飽和度測(cè)試技術(shù)問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)效果能夠克服上述缺陷，提供一種水合物聲學(xué)特性測(cè)試裝置，其結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)試效果好。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案其包括通過供液管道相互連通的飽 和水制備釜、高壓反應(yīng)釜，飽和水制備釜、高壓反應(yīng)釜分別通過供氣管道與供氣裝置連接， 飽和水制備釜、高壓反應(yīng)釜分別通過壓力傳感器、溫度傳感器與計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)連接；高壓 反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)有時(shí)域反射探針、彎曲元換能器，時(shí)域反射探針通過時(shí)域反射檢測(cè)儀與計(jì)算機(jī) 處理系統(tǒng)連接，彎曲元換能器通過超聲波檢測(cè)儀與計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)連接；高壓反應(yīng)釜設(shè)置 在水浴槽內(nèi)，水浴槽與溫度控制系統(tǒng)連接。本裝置不僅將彎曲元技術(shù)引進(jìn)到了天然氣水合物的聲學(xué)探測(cè)中，而且改進(jìn)了傳統(tǒng) 的時(shí)域反射探針，使時(shí)域反射技術(shù)具有了測(cè)試海洋沉積物含水量及水合物飽和度的能力。 并且，將這兩項(xiàng)最先進(jìn)的技術(shù)集成于同一系統(tǒng)中，同時(shí)探測(cè)水合物生成和分解過程中聲學(xué) 參數(shù)和水合物飽和度，可消除在不同系統(tǒng)中分別測(cè)量聲學(xué)參數(shù)和水合物飽和度所引起的系 統(tǒng)誤差。該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)明，將對(duì)實(shí)際海洋沉積物的水合物聲學(xué)特性研究具有重要意義，對(duì)我 國(guó)水合物地球物理勘探具有重要的指導(dǎo)意義。彎曲元換能器設(shè)置兩個(gè)，其中一個(gè)位于實(shí)驗(yàn)樣品的上側(cè)，另一個(gè)位于實(shí)驗(yàn)樣品的 下側(cè)。在彎曲元技術(shù)上，研制了新型結(jié)構(gòu)的彎曲元換能器，彎曲元換能器中縱波晶片、橫波 晶片(彎曲元)通過密封結(jié)構(gòu)被密封于充滿絕緣樹脂的質(zhì)量塊中，具有很好的耐壓、防水性能。兩換能器插入被測(cè)圓柱體實(shí)驗(yàn)樣品的兩端，通過彎曲元晶片驅(qū)動(dòng)5mm長(zhǎng)的懸臂梁作切 向振動(dòng)產(chǎn)生橫波、縱波晶片作伸縮振動(dòng)產(chǎn)生縱波，從而獲得樣品中的縱橫波一體化超聲波 形。由于含水合物沉積物樣品的聲干擾較大，幅度較小的縱波易被噪聲所干擾，因此提出采 用頻譜分析(FFT)的方法分析縱波段的頻率特征，然后根據(jù)小波分析(WT)方法所獲取的頻 率隨時(shí)間分布特征，確定縱波的到達(dá)時(shí)間和縱波速度。本項(xiàng)工作所提出的這種頻譜分析與 小波分析相結(jié)合的方法(FFT-WT法)在縱橫波速度的獲取上均具有很好的應(yīng)用效果。時(shí)域反射探針外側(cè)設(shè)置一層絕緣套管。在時(shí)域反射技術(shù)測(cè)水合物飽和度方面，發(fā) 現(xiàn)傳統(tǒng)的時(shí)域反射探針無(wú)法測(cè)量鹽度高于0. 5%沉積物的含水量和水合物飽和度，通過改 進(jìn)時(shí)域反射探針，解決了這一問題。在時(shí)域反射探針上熱敷一層絕緣套管，減少了電磁波在 高鹽沉積物中傳播的衰減，使反射的時(shí)域反射波形具有分析介質(zhì)介電常數(shù)和測(cè)量介質(zhì)含水 量與水合物飽和度的能力。高壓反應(yīng)釜包括外筒體，外筒體內(nèi)側(cè)設(shè)有內(nèi)筒體，內(nèi)筒體內(nèi)放置實(shí)驗(yàn)樣品，時(shí)域反 射探針設(shè)置在實(shí)驗(yàn)樣品內(nèi)。供液管道上設(shè)有閥門，供氣管道上設(shè)有閥門。所述飽和水制備釜 通過管路與高壓反應(yīng)釜連通，管路上設(shè)置閥門，而且飽和水制備釜的位置高于高壓反應(yīng)釜； 飽和水制備釜的頂部設(shè)置進(jìn)水管及閥門，飽和水制備釜的底部固定磁力攪拌儀；供氣裝置 通過三通管分別連通飽和水制備釜和高壓反應(yīng)釜，三通管與飽和水制備釜、高壓反應(yīng)釜之 間分別設(shè)置閥門。內(nèi)筒體的側(cè)壁設(shè)置熱電偶，熱電偶的一端與實(shí)驗(yàn)樣品連接，熱電偶的另一端通過 溫度傳感器與計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)連接。采用本結(jié)構(gòu)的水合物聲學(xué)特性測(cè)試裝置，能在同一裝置內(nèi)，同時(shí)探測(cè)實(shí)驗(yàn)樣品中 水合物的飽和度和聲學(xué)特性參數(shù)，同時(shí)采用氣體飽和水制備技術(shù)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)耗用時(shí)間少，可 大大縮短實(shí)驗(yàn)周期。
圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的反應(yīng)釜內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本裝置包括通過供液管道3相互連通的飽和水制備釜1、高壓反應(yīng)釜2，飽和水制 備釜1、高壓反應(yīng)釜2分別通過供氣管道4與供氣裝置16連接，飽和水制備釜1、高壓反應(yīng) 釜2分別通過壓力傳感器5、溫度傳感器6與計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)7連接；高壓反應(yīng)釜2內(nèi)設(shè)有 時(shí)域反射探針9、彎曲元換能器8，時(shí)域反射探針9通過時(shí)域反射檢測(cè)儀10與計(jì)算機(jī)處理系 統(tǒng)7連接，彎曲元換能器8通過超聲波檢測(cè)儀11與計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)7連接；高壓反應(yīng)釜2 設(shè)置在水浴槽12內(nèi)，水浴槽12與溫度控制系統(tǒng)13連接。高壓反應(yīng)釜2包括外筒體14，外筒體14內(nèi)側(cè)設(shè)有內(nèi)筒體15，內(nèi)筒體15內(nèi)放置實(shí) 驗(yàn)樣品20，時(shí)域反射探針9設(shè)置在實(shí)驗(yàn)樣品20內(nèi)。時(shí)域反射探針9外側(cè)設(shè)置一層絕緣套 管。彎曲元換能器8設(shè)置兩個(gè)，其中一個(gè)位于實(shí)驗(yàn)樣品22的上側(cè)，另一個(gè)位于實(shí)驗(yàn)樣品20 的下側(cè)。內(nèi)筒體15的側(cè)壁設(shè)置熱電偶17，熱電偶17的一端與實(shí)驗(yàn)樣品20連接，熱電偶17 的另一端通過溫度傳感器6與計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)7連接。飽和水制備釜1的底部固定磁力攪拌儀18。供液管道3上設(shè)有閥門19，供氣管道4上設(shè)有閥門19。飽和水制備釜1的位置高于高壓反應(yīng)釜2。打開閥門19，飽和水溶液靠重力注入 高壓反應(yīng)釜2內(nèi)。其中，高壓反應(yīng)釜2的設(shè)計(jì)壓力為30MPa，主要用于在其中進(jìn)行水合物的合成、參 數(shù)測(cè)量等工作。在高壓反應(yīng)釜2內(nèi)有兩支熱電偶17，分別測(cè)量沉積物實(shí)驗(yàn)樣品20內(nèi)部和 表面的溫度，測(cè)量精度為士0. 1°C。高壓反應(yīng)釜2的壓力由壓力控制系統(tǒng)控制，并由連接在 高壓反應(yīng)釜上的一壓力傳感器測(cè)量高壓反應(yīng)釜2內(nèi)的壓力，壓力測(cè)量精度為士0. IMpa0溫 度控制系統(tǒng)13和水浴槽12用來(lái)調(diào)節(jié)高壓反應(yīng)釜2內(nèi)的溫度，實(shí)驗(yàn)中通過降低溫度使水合 物生成，隨后升高溫度使水合物分解。實(shí)驗(yàn)過程中所有的數(shù)據(jù)(包括溫度、壓力、超聲波形、 TDR波形)均由計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)7實(shí)時(shí)采集和記錄。海洋沉積物的水合物聲學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)步驟如下(1)將接收彎曲元換能器8裝入高壓反應(yīng)釜2的底部；(2)將套管型同軸時(shí)域反射探針9固定在內(nèi)筒體15上，并將探針和圓柱形不銹鋼 圈分別與時(shí)域反射同軸電纜的正負(fù)極焊接，然后把內(nèi)筒體15放入高壓反應(yīng)釜2中；(3)將海洋沉積物的實(shí)驗(yàn)樣品20裝入高壓反應(yīng)釜的內(nèi)筒體15中；(4)蓋好反應(yīng)釜，通過金屬頂桿控制發(fā)射彎曲元換能器8的位置，以確保發(fā)射彎曲 元換能器8懸臂梁插入到沉積物中，同時(shí)確定發(fā)射、接收彎曲元換能器端對(duì)端的距離；(5)用高壓甲烷氣沖洗高壓反應(yīng)釜3-5次，以排凈里面的空氣；(6)通入高壓甲烷氣，使高壓反應(yīng)釜2內(nèi)壓力達(dá)到實(shí)驗(yàn)預(yù)計(jì)的壓力，并放置24h左 右使甲烷氣溶解在孔隙水中；(7)降低水浴槽12的溫度至2V以形成甲烷水合物；(8)待水合物生成并保持一段時(shí)間后停止控溫，使水浴溫度上升，水合物分解；(9)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，溫度、壓力、超聲波形和TDR波形等數(shù)據(jù)都由計(jì)算機(jī)處理系 統(tǒng)7實(shí)時(shí)記錄。根據(jù)獲取的超聲波形，利用上述FFT-WT法獲取縱橫波速度；利用TDR波形 獲取沉積物中水合物的飽和度。
權(quán)利要求
1.一種水合物聲學(xué)特性測(cè)試裝置，其特征在于，包括通過供液管道相互連通的飽和水 制備釜、高壓反應(yīng)釜，飽和水制備釜、高壓反應(yīng)釜分別通過供氣管道與供氣裝置連接，飽和 水制備釜、高壓反應(yīng)釜分別通過壓力傳感器、溫度傳感器與計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)連接；高壓反應(yīng) 釜內(nèi)設(shè)有時(shí)域反射探針、彎曲元換能器，時(shí)域反射探針通過時(shí)域反射檢測(cè)儀與計(jì)算機(jī)處理 系統(tǒng)連接，彎曲元換能器通過超聲波檢測(cè)儀與計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)連接；高壓反應(yīng)釜設(shè)置在水 浴槽內(nèi)，水浴槽與溫度控制系統(tǒng)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水合物聲學(xué)特性測(cè)試裝置，其特征在于，高壓反應(yīng)釜包括外 筒體，外筒體內(nèi)側(cè)設(shè)有內(nèi)筒體，內(nèi)筒體內(nèi)放置實(shí)驗(yàn)樣品，時(shí)域反射探針設(shè)置在實(shí)驗(yàn)樣品內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水合物聲學(xué)特性測(cè)試裝置，其特征在于，時(shí)域反射探針外側(cè) 設(shè)置一層絕緣套管。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水合物聲學(xué)特性測(cè)試裝置，其特征在于，彎曲元換能器設(shè)置 兩個(gè)，其中一個(gè)位于實(shí)驗(yàn)樣品的上側(cè)，另一個(gè)位于實(shí)驗(yàn)樣品的下側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水合物聲學(xué)特性測(cè)試裝置，其特征在于，內(nèi)筒體的側(cè)壁設(shè)置 熱電偶，熱電偶的一端與實(shí)驗(yàn)樣品連接，熱電偶的另一端通過溫度傳感器與計(jì)算機(jī)處理系 統(tǒng)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水合物聲學(xué)特性測(cè)試裝置，其特征在于，飽和水制備釜的底 部固定磁力攪拌儀。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水合物聲學(xué)特性測(cè)試裝置，其特征在于，供液管道上設(shè)有閥門。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水合物聲學(xué)特性測(cè)試裝置，其特征在于，供氣管道上設(shè)有閥門。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種水合物聲學(xué)特性測(cè)試裝置。本發(fā)明的水合物聲學(xué)特性測(cè)試裝置，包括通過供液管道相互連通的飽和水制備釜、高壓反應(yīng)釜，飽和水制備釜、高壓反應(yīng)釜分別通過供氣管道與供氣裝置連接，飽和水制備釜、高壓反應(yīng)釜分別通過壓力傳感器、溫度傳感器與計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)連接；高壓反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)有時(shí)域反射探針、彎曲元換能器，時(shí)域反射探針通過時(shí)域反射檢測(cè)儀與計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)連接，彎曲元換能器通過超聲波檢測(cè)儀與計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)連接；高壓反應(yīng)釜設(shè)置在水浴槽內(nèi)，水浴槽與溫度控制系統(tǒng)連接。采用本結(jié)構(gòu)的水合物聲學(xué)特性測(cè)試裝置，能在同一裝置內(nèi)，同時(shí)探測(cè)實(shí)驗(yàn)樣品中水合物的飽和度和聲學(xué)特性參數(shù)。
文檔編號(hào)G01N15/08GK102042948SQ20101022210
公開日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2010年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月1日
發(fā)明者業(yè)渝光, 刁少波, 劉昌嶺, 張劍, 程軍, 胡高偉 申請(qǐng)人:青島海洋地質(zhì)研究所