气水合物地球物理探测模拟装置

摘要

本发明涉及一种气水合物地球物理探测模拟装置，它包括用于放置岩芯的高压反应釜、超声波检测仪和冷却装置，在高压反应釜内设置时域反射检测装置，时域反射检测装置包括时域反射检测仪和TDR探头。采用本结构的气水合物地球物理探测模拟装置，能在同一装置中，同时探测岩芯中气水合物饱和度和声学特性参数。

说明书

                        技术领域

本发明涉及地球物理探测模拟装置，尤其涉及一种探测岩芯气水合物的地球物理探测模拟装置。

                        背景技术

在地球物理探测技术中，估算水合物在沉积物孔隙中的饱和度以及其与声学特性之间的关系是天然气水合物地球物理探测的重要研究内容。2004年9月1日公告的03268815实用新型专利，公开了一种岩屑声波波速测量装置，它包括超声波检测仪，其通过导线连接声波的发射和接收探头，发射和接收探头分别连接在岩芯的上下表面。为了探测水合物在沉积物孔隙中的饱和度，近几年有人提出了时域反射检测技术，它包括时域反射检测装置，该装置的TDR探头通过金属与岩芯连接。现有的探测装置要么只有超声探测技术，要么只有时域反射检测技术，单一的探测技术探测到的结果很可能产生偏差，无法精确了解天然气水合物饱和度和其声学特性参数之间的相关性，而且结果难以相互佐证。另外，在探测装置中，采用气体扩散的形式使岩芯孔隙水中的气体逐渐饱和，所耗用的时间为数周，甚至一个月以上，存在实验周期太长的问题。

                        发明内容

本发明是为了克服上述缺陷而设计的，其目的之一是提供一种可以同时探测沉积物中水合物饱和度和声学特性、降低实验误差的地球物理探测模拟装置。

本发明的目的之二是同时提供一种缩短实验周期的地球物理探测模拟装置。

为了达到上述发明目的，本发明包括用于放置岩芯的高压反应釜、超声波检测仪和冷却装置，其中超声波检测仪包括导线连接的超声波发射和接收探头，该探头位于高压反应釜内，高压反应釜位于冷却装置的温控浴槽内，其中超声波检测仪连接计算机处理装置；在高压反应釜内设置时域反射检测装置，该装置连接计算机处理装置，该时域反射检测装置包括时域反射检测仪和TDR探头，该TDR探头有两个，一个插入高压反应釜的中央，另一个为金属环。

高压反应釜内设置由非金属材料制成的内筒，该非金属材料可以为聚四氟乙烯。在内筒内壁中部设置卡槽，所述金属环式TDR探头对应嵌入该卡槽内。

本气水合物地球物理探测模拟装置所述的超声波探头为纵横波一体化探头，一个位于内筒的上开口处，另一个嵌入内筒底部的预留孔中。在高压反应釜内设置与计算机处理装置相连的热偶温度传感器和压力传感器；温度传感器的热电偶设置在内筒的侧壁上。

为达到上述发明目的，本发明还包括饱和水制备装置和气体加压装置，其中气体加压装置与饱和水制备装置和高压反应釜之间、饱和水制备装置与高压反应釜之间分别通过管路连接。

所述饱和水制备装置包括饱和水制备釜、磁力搅拌装置、热偶温度传感器和压力传感器，其中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装置；热偶温度传感器和压力传感器与计算机处理装置相连。气体加压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和高压反应釜之间分别设置阀门。

采用本结构的气水合物地球物理探测模拟装置，能在同一装置中，同时探测岩芯中气水合物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是本发明的结构示意图；

图2是图1的局部放大图；

1.气体加压装置；2.冷却装置；3.计算机处理装置；4.温控浴槽；5.饱和水制备釜；6.高压反应釜；7.内筒；8.超声波检测仪；9.时域反射检测仪；10.压力传感器；11.温度传感器；12.纵横波一体化超声波发射探头；13.纵横波一体化超声波接收探头；14.热电偶；15.热电偶；16.岩芯样品；17.磁力搅拌装置；18.金属环式TDR探头；19.TDR探头；21.阀门；22.阀门；23.阀门；24.阀门；25.阀门；

                     具体实施方式

见图1、2，本发明包括用于放置岩芯的高压反应釜6、超声波检测装置、时域反射检测装置、压力传感器10、温度传感器11、计算机处理装置3、冷却装置2、饱和水制备装置和气体加压装置1，其中时域反射检测装置包括时域反射检测仪9和两个TDR探头18、19，超声波检测装置包括超声波检测仪8和纵横波一体化超声波发射探头12、接收探头13。超声波检测仪8和时域反射检测仪9均与计算机处理装置3连接，高压反应釜位于冷却装置的温控浴槽4内，饱和水制备装置和气体加压装置1通过管路与高压反应釜连接。超声波检测仪8和时域反射检测仪9两者可以共用一套计算机处理装置，也可以分别连接各自的计算机处理装置。

在高压反应釜内设置由聚四氟乙烯制成的内筒7，它可以实现与沉积物岩芯的紧密接触，内筒内壁中部设置卡槽，所述金属环式TDR探头嵌入该卡槽内，另一个探头19插入内筒的岩芯中央；所述纵横波一体化超声波发射探头12位于内筒的上开口处，纵横波一体化超声波接收探头13嵌入内筒底部的预留孔中。在高压反应釜内设置与计算机处理装置相连的热偶温度传感器11和压力传感器10；温度传感器的热电偶14，15设置在内筒的例壁上。

上述结构，可以实现在同一装置中同时探测岩芯中气水合物饱和度和声学特性参数的目的，从而有效避免了在不同实验环境下的实验误差。

本发明所述的饱和水制备装置包括饱和水制备釜5、磁力搅拌装置17、热偶温度传感器11和压力传感器10，其中饱和水制备釜5通过管路与高压反应釜6连通，管路上设置阀门24、25，而且饱和水制备釜的位置高于高压反应釜；打开阀门25，饱和水溶液靠重力注入高压反应釜内。饱和水制备釜的顶部设置进水管及阀门21，磁力搅拌装置17固定在饱和水制备釜的底部；热偶温度传感器11和压力传感器10与计算机处理装置3相连。气体加压装置通过三通管分别连通饱和水制备釜5和高压反应釜6，三通管与饱和水制备釜和高压反应釜之间分别设置阀门22、23。采用该气体饱和水制备技术，可大大缩短实验周期。

本发明的工作过程是这样的，首先开启高压反应釜6顶盖，将所探测的岩芯样品16置于高压反应釜的内筒7内，使之与内筒紧密配合，在岩芯样品的中央凿孔，然后把与时域反射检测仪连接的TDR探头之一19放入岩芯样品16的中央孔中，将与时域反射检测仪连接的另一条导线固定在金属环式TDR探头18上，然后紧闭高压反应釜顶盖。开启阀门21，关闭阀门25，注入适量的水后关闭阀门21。开启阀门22和24，将饱和水制备釜5和高压反应釜6抽成真空。再开启阀门23，通入气体至一定的压力，关闭阀门22、23、24，启动磁力搅拌器17，使气水充分接触。由于气体溶解于水溶液，致使压力下降，反复上述过程直至压力不再下降制成饱和水溶液。开启阀门25，饱和水溶液靠重力注入内筒7中，直至岩芯样品16完全浸透，关闭阀门25。启动冷却装置2使温控浴槽4内液体逐渐降温，同时启动超声波检测仪和时域反射检测装置，实时采集所测参数的数据并通过计算机处理单元处理。根据实验要求，控制温控浴槽4内升温和降温的温度及时间。