水合物沉積物物性參數實時測量集成系統的研製

《水合物沉積物物性參數實時測量集成系統的研製》是依託中國科學院力學研究所，由王淑雲擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：水合物沉積物物性參數實時測量集成系統的研製
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王淑雲
• 依託單位：中國科學院力學研究所

項目摘要

天然氣水合物是二十一世紀的戰略能源，其力學性質是天然氣水合物開發和勘探的基礎。本項目的目標是研製一套集超聲、TDR、電阻測量為一體的水合物沉積物物性參數實時測量集成系統，建立相應的分析方法和軟體，並與現有的水合物合成分解及巨觀力學性質實驗一體化裝置和CT測量系統有機結合，使整套實驗設備在水合物沉積物的三軸力學實驗過程中，除了能測量樣品的應力應變、強度等巨觀力學參數外，還能原位地（即不將樣品移出力學性質實驗環境）實時測量水合物含量、含水量、含氣量及分布等基本物性參數，從而為水合物沉積物本構關係的深入研究和現場勘探分析方法的探索提供有效可行的實驗手段。

結題摘要

本項目基於實驗室原有的一台高壓三軸儀，首先通過對三軸壓力室的重新設計和加工，在土樣樣品兩端巧妙設計了測量探頭，並結合適於水合物沉積物樣品的超聲測量儀、TDR儀和電阻測量儀，最終形成了與水合物沉積物生成分解及力學性質高壓三軸實驗儀相配套，能對樣品進行超聲、TDR(時域反射)和電阻測量的集成系統。 此套水合物沉積物物性參數實時測量集成系統的研製，不僅與原有水合物合成分解及巨觀力學性質實驗一體化裝置各加壓載入和測量系統完成對接，還實現了在水合物沉積物的三軸實驗過程中，在測量樣品的應力應變、強度等巨觀參數的同時，還能測量水合物沉積物樣品的超音波、電磁波和電阻性質。這些測量參數可通過實驗分析和經驗公式轉化為水合物含量、含水量或含氣量等水合物的基本物性參數，為深入研究水合物沉積物巨觀力學性質與各物性參數的關係，為水合物沉積物本構模型的建立和驗證，提供了有效可行的實驗技術手段，奠定了堅實的實驗研究基礎。 本項目在高壓三軸壓力室的設計方面難度較大，不僅要考慮與原有三軸儀上下進出氣和進出水管路以及加壓載入和測量系統的無縫對接，還要巧妙布置超聲、TDR和電阻測試探頭，並分別與壓力室外的超聲、TDR以及電阻測量設備相連線。這些機械加工對接點和對接口以及各感測器線的引入和引出設計，既要保證高壓壓力室的密封性，還要保證各測量信號的精準性。對此壓力室的實驗測試結果表明：此壓力室不僅可承受現有高壓三軸14MPa的最大壓力條件，對各測量模組的機械拆裝及對接也很方便。 本項目還完成了超音波、TDR和電阻測量模組的研製和調試,並對室內合成的水合物粘土沉積物樣品進行了一系列的超聲和TDR參數的測量實驗,同時結合水合物沉積物樣品的應力應變以及強度參數,對各參數的相關關係進行了初步的分析. 本項目支持的工作培養了兩名博士研究生和一名碩士生，分別在水合物沉積物力學性質實驗研究、水合物飽和度和孔隙率與地層滲透關係，以及水合物電阻率實驗工作等方面。