水合物沉积物物性参数实时测量集成系统的研制

天然气水合物是二十一世纪的战略能源，其力学性质是天然气水合物开发和勘探的基础。本项目的目标是研制一套集超声、TDR、电阻测量为一体的水合物沉积物物性参数实时测量集成系统，建立相应的分析方法和软件，并与现有的水合物合成分解及宏观力学性质实验一体化装置和CT测量系统有机结合，使整套实验设备在水合物沉积物的三轴力学实验过程中，除了能测量样品的应力应变、强度等宏观力学参数外，还能原位地（即不将样品移出力学性质实验环境）实时测量水合物含量、含水量、含气量及分布等基本物性参数，从而为水合物沉积物本构关系的深入研究和现场勘探分析方法的探索提供有效可行的实验手段。

本项目基于实验室原有的一台高压三轴仪，首先通过对三轴压力室的重新设计和加工，在土样样品两端巧妙设计了测量探头，并结合适于水合物沉积物样品的超声测量仪、TDR仪和电阻测量仪，最终形成了与水合物沉积物生成分解及力学性质高压三轴实验仪相配套，能对样品进行超声、TDR(时域反射)和电阻测量的集成系统。.此套水合物沉积物物性参数实时测量集成系统的研制，不仅与原有水合物合成分解及宏观力学性质实验一体化装置各加压加载和测量系统完成对接，还实现了在水合物沉积物的三轴实验过程中，在测量样品的应力应变、强度等宏观参数的同时，还能测量水合物沉积物样品的超声波、电磁波和电阻性质。这些测量参数可通过实验分析和经验公式转化为水合物含量、含水量或含气量等水合物的基本物性参数，为深入研究水合物沉积物宏观力学性质与各物性参数的关系，为水合物沉积物本构模型的建立和验证，提供了有效可行的实验技术手段，奠定了坚实的实验研究基础。.本项目在高压三轴压力室的设计方面难度较大，不仅要考虑与原有三轴仪上下进出气和进出水管路以及加压加载和测量系统的无缝对接，还要巧妙布置超声、TDR和电阻测试探头，并分别与压力室外的超声、TDR以及电阻测量设备相连接。这些机械加工对接点和对接口以及各传感器线的引入和引出设计，既要保证高压压力室的密封性，还要保证各测量信号的精准性。对此压力室的实验测试结果表明：此压力室不仅可承受现有高压三轴14MPa的最大压力条件，对各测量模块的机械拆装及对接也很方便。.本项目还完成了超声波、TDR和电阻测量模块的研制和调试,并对室内合成的水合物粘土沉积物样品进行了一系列的超声和TDR参数的测量实验,同时结合水合物沉积物样品的应力应变以及强度参数,对各参数的相关关系进行了初步的分析..本项目支持的工作培养了两名博士研究生和一名硕士生，分别在水合物沉积物力学性质实验研究、水合物饱和度和孔隙率与地层渗透关系，以及水合物电阻率实验工作等方面。