[发明专利]水合物声学特性测试装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种测试装置，尤其涉及一种水合物声学特性测试装置。

背景技术

含水合物沉积物的纵横波速度与水合物饱和度之间的关系是利用地震波数据对水合物储层进行资源评价的基础。对于含水合物固结沉积物的纵横波速度与水合物饱和度的同时测量技术，现有技术已发表了一些研究成果。但是，海洋水合物大多赋存于松散沉积物中，如何同时测量含水合物松散沉积物的纵横波速度以及水合物饱和度参数，目前还没有这方面的技术。

目前，国内外先进的实验室利用弯曲元技术研究松散沉积物声学特性已有一些，如美国乔治利亚理工学院的T S Yun等利用弯曲元技术研究了含四氢呋喃(THF)水合物沉积物的声学特性，但这些研究大多在常压下进行，未见在高压下利用弯曲元技术同时探测含水合物松散沉积物纵横波速度的研究。在水合物饱和度探测方面，时域反射技术(TDR)被有效地应用于淡水或低盐水沉积物的含水量及水合物饱和度的测量。但是，实验发现当沉积物孔隙水的盐度高于0.5％wt时，利用传统的TDR探针无法再探测水合物饱和度。可见，同时测量含水合物松散沉积物的纵横波速度以及水合物饱和度，还需要解决声学探测技术和高盐度下TDR饱和度测试技术问题。

发明内容

本发明的技术效果能够克服上述缺陷，提供一种水合物声学特性测试装置，其结构简单，测试效果好。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：其包括通过供液管道相互连通的饱和水制备釜、高压反应釜，饱和水制备釜、高压反应釜分别通过供气管道与供气装置连接，饱和水制备釜、高压反应釜分别通过压力传感器、温度传感器与计算机处理系统连接；高压反应釜内设有时域反射探针、弯曲元换能器，时域反射探针通过时域反射检测仪与计算机处理系统连接，弯曲元换能器通过超声波检测仪与计算机处理系统连接；高压反应釜设置在水浴槽内，水浴槽与温度控制系统连接。

本装置不仅将弯曲元技术引进到了天然气水合物的声学探测中，而且改进了传统的时域反射探针，使时域反射技术具有了测试海洋沉积物含水量及水合物饱和度的能力。并且，将这两项最先进的技术集成于同一系统中，同时探测水合物生成和分解过程中声学参数和水合物饱和度，可消除在不同系统中分别测量声学参数和水合物饱和度所引起的系统误差。该项技术的发明，将对实际海洋沉积物的水合物声学特性研究具有重要意义，对我国水合物地球物理勘探具有重要的指导意义。

弯曲元换能器设置两个，其中一个位于实验样品的上侧，另一个位于实验样品的下侧。在弯曲元技术上，研制了新型结构的弯曲元换能器，弯曲元换能器中纵波晶片、横波晶片(弯曲元)通过密封结构被密封于充满绝缘树脂的质量块中，具有很好的耐压、防水性能。两换能器插入被测圆柱体实验样品的两端，通过弯曲元晶片驱动5mm长的悬臂梁作切向振动产生横波、纵波晶片作伸缩振动产生纵波，从而获得样品中的纵横波一体化超声波形。由于含水合物沉积物样品的声干扰较大，幅度较小的纵波易被噪声所干扰，因此提出采用频谱分析(FFT)的方法分析纵波段的频率特征，然后根据小波分析(WT)方法所获取的频率随时间分布特征，确定纵波的到达时间和纵波速度。本项工作所提出的这种频谱分析与小波分析相结合的方法(FFT-WT法)在纵横波速度的获取上均具有很好的应用效果。

时域反射探针外侧设置一层绝缘套管。在时域反射技术测水合物饱和度方面，发现传统的时域反射探针无法测量盐度高于0.5％沉积物的含水量和水合物饱和度，通过改进时域反射探针，解决了这一问题。在时域反射探针上热敷一层绝缘套管，减少了电磁波在高盐沉积物中传播的衰减，使反射的时域反射波形具有分析介质介电常数和测量介质含水量与水合物饱和度的能力。

高压反应釜包括外筒体，外筒体内侧设有内筒体，内筒体内放置实验样品，时域反射探针设置在实验样品内。供液管道上设有阀门，供气管道上设有阀门。所述饱和水制备釜通过管路与高压反应釜连通，管路上设置阀门，而且饱和水制备釜的位置高于高压反应釜；饱和水制备釜的顶部设置进水管及阀门，饱和水制备釜的底部固定磁力搅拌仪；供气装置通过三通管分别连通饱和水制备釜和高压反应釜，三通管与饱和水制备釜、高压反应釜之间分别设置阀门。

内筒体的侧壁设置热电偶，热电偶的一端与实验样品连接，热电偶的另一端通过温度传感器与计算机处理系统连接。

采用本结构的水合物声学特性测试装置，能在同一装置内，同时探测实验样品中水合物的饱和度和声学特性参数，同时采用气体饱和水制备技术，整个实验耗用时间少，可大大缩短实验周期。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；