含水合物沉積物速度剖面結構特性研究的實驗裝置

1.一種含水合物沉積物速度剖面結構特性研究的實驗裝置，其特征在于，包括壓力控制系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、探測系統(tǒng)、高壓反應釜、計算機采集系統(tǒng)，壓力控制系統(tǒng)與高壓反應釜連通，高壓反應釜設置在制冷系統(tǒng)中，探測系統(tǒng)設置在高壓反應釜內并與計算機采集系統(tǒng)連接,高壓反應釜包括釜體(12)，探測系統(tǒng)包括彎曲元換能器(11)、時域反射探針(10)、壓力傳感器(4)，時域反射探針(10)設置四對，每對時域反射探針(10)設置在釜體不同的高度，每對時域反射探針(10)對應一對彎曲元換能器(11)，彎曲元換能器(11)、時域反射探針(10)分別通過數字采集卡(5)與計算機采集系統(tǒng)(6)連接，壓力傳感器(4)的一端與釜體(12)連通，另一端與計算機采集系統(tǒng)(6)連接。
2.根據權利要求1所述的含水合物沉積物速度剖面結構特性研究的實驗裝置，其特征在于，壓力控制系統(tǒng)包括氣瓶(1)，氣瓶(1)通過增壓設備(3)、閥門(2)與高壓反應釜連通。
3.根據權利要求1所述的含水合物沉積物速度剖面結構特性研究的實驗裝置，其特征在于，探測系統(tǒng)還包括溫度傳感器(9)，溫度傳感器(9)與計算機采集系統(tǒng)(6)連接。
4.根據權利要求1所述的含水合物沉積物速度剖面結構特性研究的實驗裝置，其特征在于，制冷系統(tǒng)包括水浴箱(8)、制冷裝置(7)，水浴箱(8)與制冷裝置(7)連通，釜體(12)設置在水浴箱(8)內。

含水合物沉積物速度剖面結構特性研究的實驗裝置\n技術領域\n[0001] 本發(fā)明涉及一種實驗裝置，尤其涉及一種含水合物沉積物速度剖面的實驗裝置。\n背景技術\n[0002] 天然氣水合物與孔隙流體相比，具有較高的彈性模量，因此，含水合物沉積層在地震和聲波測井剖面上表現(xiàn)為高速度異常。水合物的生成和分解是如何影響沉積層速度變化的？沉積物的分層速度與水合物的含量和分布之間有怎樣的聯(lián)系？是地球物理探測技術在水合物勘探和資源評價中應用的基礎。層速度（interval?velocity）指層狀地層中地震波傳播的速度，一般由地震勘探或聲波測井獲得，多采集的是縱波層速度，沒有與之對應的水合物含量和分布的數據。如何在實驗室內通過模擬實驗獲取水合物生成/分解過程中含水合物沉積層的縱橫波層速度特征和與之對應的水合物飽和度數據，主要取決于實驗裝置的設計和制造。\n[0003] 目前，國內外關于含水合物沉積物聲學特性的實驗研究大多集中于一維模型中單一層內水合物含量和聲速的研究，如英國南安普頓大學的共振柱裝置和青島海洋地質研究所的地球物理模擬實驗裝置，可以獲取一維的水合物飽和度與縱橫波速度關系的實驗數據，取得了很好的效果。但由于水合物在沉積物中形成具有隨機分布特征，單一層位研究的疊加難以闡明水合物對沉積物速度剖面結構的影響。\n發(fā)明內容\n[0004] 本發(fā)明的技術效果能夠克服上述缺陷，提供一種含水合物沉積物速度剖面結構特性研究的實驗裝置，其可準確獲取水合物生成/分解過程中含水合物沉積物的速度剖面結構和其對應層位的水合物飽和度。\n[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：其包括壓力控制系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、探測系統(tǒng)、高壓反應釜、計算機采集系統(tǒng)，壓力控制系統(tǒng)與高壓反應釜連通，高壓反應釜設置在制冷系統(tǒng)中，探測系統(tǒng)設置在高壓反應釜內并與計算機采集系統(tǒng)連接。\n[0006] 壓力控制系統(tǒng)包括氣瓶，氣瓶通過增壓設備、閥門與高壓反應釜連通，主要控制和監(jiān)測高壓反應釜內的氣體壓力。\n[0007] 高壓反應釜包括釜體，釜體內主要裝有沉積物樣品，可在其中進行水合物生成和分解實驗并探測實驗過程中各參數。\n[0008] 探測系統(tǒng)包括彎曲元換能器、時域反射探針、壓力傳感器，彎曲元換能器、時域反射探針分別通過數字采集卡與計算機采集系統(tǒng)連接，壓力傳感器的一端與釜體連通，另一端與計算機采集系統(tǒng)連接。時域反射探針設置四對，每對時域反射探針設置在釜體不同的高度；每對時域反射探針對應一個彎曲元換能器。采用切換發(fā)射方式進行彎曲元探測一發(fā)多收的采集，獲取每一層位的層速度。與每對彎曲元換能器對應，布置了四對雙棒型時域反射探針，每對時域反射探針探測每層的水合物飽和度，時域反射探測由Campbell公司的TDR100儀完成。\n[0009] 探測系統(tǒng)還包括溫度傳感器，溫度傳感器與計算機采集系統(tǒng)連接。在樣品內部的四個層位中共安裝了8支溫度傳感器（Pt100探針），監(jiān)測溫度。\n[0010] 制冷系統(tǒng)包括水浴箱、制冷裝置，水浴箱與制冷裝置連通，釜體設置在水浴箱內，用于控制高壓反應釜的溫度。\n[0011] 其中高壓反應釜是最核心的部件，在其內自上而下四個層位上布置了新型彎曲元換能器、時域反射探針和溫度探針，經過特別的設計與加工，使各參數可同時進行測量。\n[0012] 本工作將彎曲元技術和時域反射技術（TDR）進行拓展，一方面發(fā)展了含水合物沉積物縱橫波速度剖面結構的探測技術，另一方面利用TDR技術探測了含水合物沉積物不同層位的含水量和水合物飽和度，在此基礎上將兩者結合，可準確獲取水合物生成/分解過程中含水合物沉積物的速度剖面結構和其對應層位的水合物飽和度。不僅具有重要的學術意義，更具有為我國天然氣水合物勘探和資源評價服務的實際意義。\n附圖說明\n[0013] 圖1為本發(fā)明的內部結構示意圖。\n[0014] 圖中：1.氣瓶；2.閥門；3.增壓設備；4.壓力傳感器；5.數字采集卡；6.計算機采集系統(tǒng)；7.制冷裝置；8.水浴箱；9.溫度傳感器；10.時域反射探針；11.彎曲元換能器；12.釜體。\n具體實施方式\n[0015] 如圖1所示，本發(fā)明的含水合物沉積物速度剖面結構研究的實驗裝置包括壓力控制系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、探測系統(tǒng)、高壓反應釜、計算機采集系統(tǒng)，壓力控制系統(tǒng)與高壓反應釜連通，高壓反應釜設置在制冷系統(tǒng)中，探測系統(tǒng)設置在高壓反應釜內并與計算機采集系統(tǒng)連接。\n[0016] 壓力控制系統(tǒng)包括氣瓶1，氣瓶1通過增壓設備3、閥門2與高壓反應釜連通。高壓反應釜包括釜體12。探測系統(tǒng)包括彎曲元換能器11、時域反射探針10、壓力傳感器4，彎曲元換能器11、時域反射探針10分別通過數字采集卡5與計算機采集系統(tǒng)6連接，壓力傳感器4的一端與釜體12連通，另一端與計算機采集系統(tǒng)6連接。時域反射探針10設置四對，每對時域反射探針10設置在釜體不同的高度；每對時域反射探針10對應一個彎曲元換能器12。探測系統(tǒng)還包括溫度傳感器9，溫度傳感器9與計算機采集系統(tǒng)6連接。制冷系統(tǒng)包括水浴箱8、制冷裝置7，水浴箱8與制冷裝置7連通，釜體12設置在水浴箱8內。\n[0017] 高壓反應釜壁與彎曲元換能器12、時域反射探針10之間經過特別的設計，使兩種探測裝置與釜壁之間絕緣、高壓密封。沉積物放入釜內與彎曲元換能器12緊密接觸，方便獲取縱橫波首波；雙棒型時域反射探針10與每對彎曲元換能器12的中心處于同一水平面，每對TDR探針可分別探測每一層位的含水量和水合物飽和度。為了避免彎曲元換能器12之間的干擾，采用切換采集的方式以一定的時間間隔（如10秒）分別采集每個層位的聲波；同理，時域反射探針10也采用切換采集的方式進行。高壓反應釜的上蓋連接氣體管道，通過三通連接壓力傳感器4，實時監(jiān)測釜內壓力變化情況。高壓反應釜的下蓋固定著八支溫度傳感器\n9（Pt100溫度探針），監(jiān)測沉積物內部每個層位的溫度變化情況。聲波信號、TDR探測信號經數字采集卡5直接進入計算機采集系統(tǒng)6進行數據處理。把盛沉積物樣品的反應釜放入水浴箱8中，冷卻液為乙醇溶液，采用風冷系統(tǒng)制冷。本發(fā)明裝置實現(xiàn)了聲學剖面結構與分層水合物飽和度兩種先進技術的同時探測，大大拓展了聲學技術在水合物地球物理勘探和資源評價的應用。\n[0018] 當使用時，其具體步驟為（：1）把沉積物放入高壓反應釜內。（2）安裝好各種探測裝置。（3）整個系統(tǒng)抽真空后，加入一定壓力的氣體，放置約24小時使氣體溶入水中。（4）啟動降溫系統(tǒng)，使水合物生成。（5）探測、記錄各種參數。\n[0019] 本實驗裝置操作方便、安全。在實際工作中根據需要可同時進行聲學探測、時域反射(TDR)探測和溫度、壓力探測，也可分別選擇其中一種技術進行探測。