[实用新型]一种含四氢呋喃水合物土持水性参数测试装置

说明书

本实用新型公开了一种含四氢呋喃水合物土持水性参数测试装置，涉及一种含水合物土持水性参数的测试技术。本装置包括测试部分和水浴恒温部分；测试部分包括高压氮气瓶（1）、减压阀（2）、压力调节泵（3）、压力（4）、储水瓶（5）、集气管（6）、集液杯（7）、天平（8）、数据采集系统（9）和第1～3阀门（V1～V3）；水浴恒温部分包括恒温水浴箱（10）、循环泵（11）、温度传感器（12）、制冷系统（13）和第4～7阀门（V4～V7）。本实用新型能简单快速制得均匀稳定的含水合物土试样；能简便快速准确获得SWCC曲线；吸力范围较广，能减少传统轴平移法测试的人工误差。

技术领域

本实用新型涉及一种含水合物土持水性参数的测试技术，尤其涉及一种含四氢呋喃(THF)水合物土持水性参数测试装置。

具体地说，涉及不同水合物含量条件下含四氢呋喃水合物土的土水特征关系曲线(SWCC)测量，将试样控制在低温条件下形成四氢呋喃水合物并进行试验，利用轴平移技术进行吸力的控制和量测，根据数据自动采集系统对试样出水量进行采集记录，判断吸力平衡和计算试样在该吸力下的含水量，获得含四氢呋喃水合物土不同水合物含量条件下的土水特征关系曲线，为水合物开采提供重要数据支持。

背景技术

天然气水合物是一种新型洁净能源，然而开采不当会导致海底滑坡、地面塌陷等工程问题，也会释放出温室气体导致全球气候变暖。含水合物沉积物的持水特性参数是天然气水合物钻探和开采过程中非常重要的基础参数，沉积物的力学性质、气水迁移过程、赋存状态都与其持水性质有关。土水特征关系曲线(SWCC)是土体含水量与吸力之间的关系曲线，反映了土体的持水能力，是描述非饱和土行为的关键函数。SWCC曲线本质上是由孔隙尺度特征决定的，包括孔隙形状和大小分布、互连性和空间可变性、流体和界面张力等，沉积物中赋存的水合物在很大程度上会改变土体的孔隙尺度特征。

开展含水合物沉积物SWCC曲线的研究具有很大的难度，避免水合物的分解需要高流体压力和低温条件；同时在实验室中合成甲烷水合物需要较长的诱导时间，甲烷在水中溶解度低、渗流损失大、试验中保持试样稳定困难，且合成与试验设备成本昂贵，使得相关数据极为匮乏。研究表明，四氢呋喃(THF)水合物与甲烷水合物具有相似的热物理性质，可克服以上困难并替代甲烷水合物进行试验研究，合成只需要控制低温条件，且THF水合物的饱和度易于控制，因此我们使用THF水合物作为试验对象，研发了用于测试THF水合物沉积物SWCC曲线的室内试验装置。该装置能够克服常用的压力板法在土水特征关系曲线测试上耗时长、吸力范围小、试验数据需定期人工读取造成误差、无控温系统等缺点，既可用于THF水合物沉积物SWCC曲线的测试，也可用于常规试样的测试。

目前，经检索，研究与测试含水合物土持水性参数的装置和方法还未见报道。

实用新型内容

本实用新型的目的在于填补国内外在获取含水合物沉积物持水性参数室内试验装置上的空白，克服上述现有技术中的不足，提供一种含四氢呋喃水合物土持水性参数测试装置，其设计合理、简便易用，可使THF水合物的土水特征关系曲线的测定结果准确，测试耗时短，测定方法便利。

本实用新型为解决上述问题采用的技术方案是：

本装置是在低温条件下使用氮气对压力室中的试样施加气压，利用轴平移法控制和量测含THF水合物试样吸力，根据数据自动采集系统对试样出水量的采集，判断吸力平衡和计算试样在该吸力下的含水量，获得含四氢呋喃水合物土的土水特征曲线(SWCC)，在大大缩短了试验时间的同时实现了含水合物沉积土的持水性参数研究，其原理符合水合物形成模式和开采工况条件，结构简单，造价低廉，可以为大多数科研与设计单位装备。