[发明专利]一种含水合物沉积物低频声学探测装置及测试方法

权利要求书

1.一种含水合物沉积物低频声学探测装置，包括高压反应釜(1)、温度控制模块(2)、压力控制模块(3)、声波测量模块(4)和数据测量与处理模块(5)，高压反应釜(1)底部设有放空口(13)和流体进出口(14)，其特征在于：还包括起吊架(61)和电机(62)，电机(62)安装在起吊架(61)上；

所述高压反应釜(1)位于起吊架(61)的下方，其高度不低于1000mm，高压反应釜(1)采用内外筒设计，包括外筒(11)和生成内筒(12)，高压反应釜(1)釜体上设有与数据测量与处理模块(5)相连的温度传感器(24)、压力传感器(34)和低频声波探头(42)；

所述声波测量模块(4)包括声波参数测试仪(41)和低频声波探头(42)，低频声波探头(42)位于生成内筒(12)的上下两端，低频声波探头(42)上还设有声波探头顶杆(16)，用于压紧生成内筒(12)里的水合物样品。

2.根据权利要求1所述的含水合物沉积物低频声学探测装置，其特征在于：所述生成内筒(12)用来放置沉积物样品，其侧壁布设有多层筛孔(17)，生成内筒(12)的内壁铺设有防水透气膜。

3.根据权利要求1所述的含水合物沉积物低频声学探测装置，其特征在于：所述低频声波探头(42)发出声波频率为500Hz-5kHz的低频信号。

4.根据权利要求1所述的含水合物沉积物低频声学探测装置，其特征在于：所述温度传感器(24)沿高压反应釜(1)纵向均匀设置有多组。

5.根据权利要求1所述的含水合物沉积物低频声学探测装置，其特征在于：所述高压反应釜(1)外侧壁上设置有用于温度控制的水夹套层(23)，且在水夹套层(23)的外侧设置保温层。

6.根据权利要求5所述的含水合物沉积物低频声学探测装置，其特征在于：所述温度控制模块(2)包括恒温水浴控制箱(21)、制冷液循环导管(22)和反应釜外侧水夹套层(23)；所述恒温水浴控制箱(21)通过制冷液循环导管(22)与水夹套层(23)相连。

7.根据权利要求5所述的含水合物沉积物低频声学探测装置，其特征在于：所述水夹套层(23)内采用环道螺旋设计。

8.根据权利要求1所述的含水合物沉积物低频声学探测装置，其特征在于：所述压力控制模块(3)包括高压气瓶(31)、增压泵(32)、缓冲罐(33)和压力传感器(34)，所述增压泵(32)一端与高压反应釜(1)相连，另一端连接高压气瓶(31)；缓冲罐(33)连接在增压泵(32)与高压反应釜(1)之间。

9.根据权利要求1所述的含水合物沉积物低频声学探测装置，其特征在于：所述高压反应釜(1)的外筒(11)为耐高压快开反应釜，采用螺母式快开结构设计。

10.一种含水合物沉积物低频声学探测装置的测试方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、连接安装低频声学探测装置各组成模块：准备实验所需物品，所需物品包括实验介质、低频声波探头(42)、声波探头顶杆(16)和起吊架(61)；

所述声学探测装置包括包括高压反应釜(1)、温度控制模块(2)、压力控制模块(3)、声波测量模块(4)和数据测量与处理模块(5)；

所述高压反应釜(1)的高度不低于1000mm，高压反应釜(1)包括外筒(11)和生成内筒(12)，高压反应釜(1)釜体上设有与数据测量与处理模块(5)相连的温度传感器(24)、压力传感器(34)和低频声波探头(42)；所述声波测量模块(4)包括声波参数测试仪(41)和低频声波探头(42)，低频声波探头(42)位于生成内筒(12)的上下两端，低频声波探头(42)上还设有声波探头顶杆(16)；

步骤2、密封性检查：

通过起吊架(61)和电机(62)取出高压反应釜内部的生成内筒(12)，将底部低频声波探头(42)安装到生成内筒(12)底部，并检查密封状况；

步骤3：样品制备：

(1)将实验介质注入生成内筒中；

(2)制备分散状水合物样品：将砂质沉积物与饱和水或非饱和水混合，装入反应釜生成内筒中，向反应釜中注入甲烷气体后，并设定水合物生成所需的温度压力条件，形成分散状水合物样品；

(3)制备块状水合物样品：先将反应釜内温度降为0℃以下，将泥质沉积物中放入团块状冰粉，将混合状沉积物放入反应釜内筒，通入甲烷气体，水浴控温设置为0℃以下，随后再逐渐升温至水合物生成的相平衡点温度以内，合成块状水合物样品；

步骤4、测试实验：

(1)将高压反应釜上部低频声波探头(42)放在实验介质上端，并压实，将声波探头顶杆(16)放置于低频声波探头(42)之上，确保探头接触沉积介质；

(2)连接数据测量与处理模块，开始测试，记录测试过程中的温度与压力数据；

(3)向高压反应釜(1)注入预期压力的甲烷气体，启动温度控制模块，设定实验所需温度；

(4)打开声波参数测试仪(41)，通过声波震源发射低频信号，开始测量记录声波数据；

(5)记录测试过程中的温度、压力数据变化，完成数据采集与存储。