專利名稱：氣水合物地球物理探測模擬裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及地球物理探測模擬裝置，尤其涉及一種探測巖芯氣水合物的地球物理探測模擬裝置。
背景技術：
在地球物理探測技術中，估算水合物在沉積物孔隙中的飽和度以及其與聲學特性之間的關系是天然氣水合物地球物理探測的重要研究內(nèi)容。2004年9月1日公告的03268815實用新型專利，公開了一種巖屑聲波波速測量裝置，它包括超聲波檢測儀，其通過導線連接聲波的發(fā)射和接收探頭，發(fā)射和接收探頭分別連接在巖芯的上下表面。為了探測水合物在沉積物孔隙中的飽和度，近幾年有人提出了時域反射檢測技術，它包括時域反射檢測裝置，該裝置的TDR探頭通過金屬與巖芯連接?，F(xiàn)有的探測裝置要么只有超聲探測技術，要么只有時域反射檢測技術，單一的探測技術探測到的結果很可能產(chǎn)生偏差，無法精確了解天然氣水合物飽和度和其聲學特性參數(shù)之間的相關性，而且結果難以相互佐證。另外，在探測裝置中，采用氣體擴散的形式使巖芯孔隙水中的氣體逐漸飽和，所耗用的時間為數(shù)周，甚至一個月以上，存在實驗周期太長的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了克服上述缺陷而設計的，其目的之一是提供一種可以同時探測沉積物中水合物飽和度和聲學特性、降低實驗誤差的地球物理探測模擬裝置。
本發(fā)明的目的之二是同時提供一種縮短實驗周期的地球物理探測模擬裝置。
為了達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明包括用于放置巖芯的高壓反應釜、超聲波檢測儀和冷卻裝置，其中超聲波檢測儀包括導線連接的超聲波發(fā)射和接收探頭，該探頭位于高壓反應釜內(nèi)，高壓反應釜位于冷卻裝置的溫控浴槽內(nèi)，其中超聲波檢測儀連接計算機處理裝置；在高壓反應釜內(nèi)設置時域反射檢測裝置，該裝置連接計算機處理裝置，該時域反射檢測裝置包括時域反射檢測儀和TDR探頭，該TDR探頭有兩個，一個插入高壓反應釜的中央，另一個為金屬環(huán)。
高壓反應釜內(nèi)設置由非金屬材料制成的內(nèi)筒，該非金屬材料可以為聚四氟乙烯。在內(nèi)筒內(nèi)壁中部設置卡槽，所述金屬環(huán)式TDR探頭對應嵌入該卡槽內(nèi)。
本氣水合物地球物理探測模擬裝置所述的超聲波探頭為縱橫波一體化探頭，一個位于內(nèi)筒的上開口處，另一個嵌入內(nèi)筒底部的預留孔中。在高壓反應釜內(nèi)設置與計算機處理裝置相連的熱偶溫度傳感器和壓力傳感器；溫度傳感器的熱電偶設置在內(nèi)筒的側壁上。
為達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明還包括飽和水制備裝置和氣體加壓裝置，其中氣體加壓裝置與飽和水制備裝置和高壓反應釜之間、飽和水制備裝置與高壓反應釜之間分別通過管路連接。
所述飽和水制備裝置包括飽和水制備釜、磁力攪拌裝置、熱偶溫度傳感器和壓力傳感器，其中飽和水制備釜通過管路與高壓反應釜連通，管路上設置閥門，而且飽和水制備釜的位置高于高壓反應釜；飽和水制備釜的頂部設置進水管及閥門，飽和水制備釜的底部固定磁力攪拌裝置；熱偶溫度傳感器和壓力傳感器與計算機處理裝置相連。氣體加壓裝置通過三通管分別連通飽和水制備釜和高壓反應釜，三通管與飽和水制備釜和高壓反應釜之間分別設置閥門。
采用本結構的氣水合物地球物理探測模擬裝置，能在同一裝置中，同時探測巖芯中氣水合物飽和度和聲學特性參數(shù)，同時采用氣體飽和水制備技術，整個實驗耗用時間少，可大大縮短實驗周期。


圖1是本發(fā)明的結構示意圖；圖2是圖1的局部放大圖；1.氣體加壓裝置；2.冷卻裝置；3.計算機處理裝置；4.溫控浴槽；5.飽和水制備釜；6.高壓反應釜；7.內(nèi)筒；8.超聲波檢測儀；9.時域反射檢測儀；10.壓力傳感器；11.溫度傳感器；12.縱橫波一體化超聲波發(fā)射探頭；13.縱橫波一體化超聲波接收探頭；14.熱電偶；15.熱電偶；16.巖芯樣品；17.磁力攪拌裝置；18.金屬環(huán)式TDR探頭；19.TDR探頭；21.閥門；22.閥門；23.閥門；24.閥門；25.閥門；具體實施方式
見圖1、2，本發(fā)明包括用于放置巖芯的高壓反應釜6、超聲波檢測裝置、時域反射檢測裝置、壓力傳感器10、溫度傳感器11、計算機處理裝置3、冷卻裝置2、飽和水制備裝置和氣體加壓裝置1，其中時域反射檢測裝置包括時域反射檢測儀9和兩個TDR探頭18、19，超聲波檢測裝置包括超聲波檢測儀8和縱橫波一體化超聲波發(fā)射探頭12、接收探頭13。超聲波檢測儀8和時域反射檢測儀9均與計算機處理裝置3連接，高壓反應釜位于冷卻裝置的溫控浴槽4內(nèi)，飽和水制備裝置和氣體加壓裝置1通過管路與高壓反應釜連接。超聲波檢測儀8和時域反射檢測儀9兩者可以共用一套計算機處理裝置，也可以分別連接各自的計算機處理裝置。
在高壓反應釜內(nèi)設置由聚四氟乙烯制成的內(nèi)筒7，它可以實現(xiàn)與沉積物巖芯的緊密接觸，內(nèi)筒內(nèi)壁中部設置卡槽，所述金屬環(huán)式TDR探頭嵌入該卡槽內(nèi)，另一個探頭19插入內(nèi)筒的巖芯中央；所述縱橫波一體化超聲波發(fā)射探頭12位于內(nèi)筒的上開口處，縱橫波一體化超聲波接收探頭13嵌入內(nèi)筒底部的預留孔中。在高壓反應釜內(nèi)設置與計算機處理裝置相連的熱偶溫度傳感器11和壓力傳感器10；溫度傳感器的熱電偶14，15設置在內(nèi)筒的例壁上。
上述結構，可以實現(xiàn)在同一裝置中同時探測巖芯中氣水合物飽和度和聲學特性參數(shù)的目的，從而有效避免了在不同實驗環(huán)境下的實驗誤差。
本發(fā)明所述的飽和水制備裝置包括飽和水制備釜5、磁力攪拌裝置17、熱偶溫度傳感器11和壓力傳感器10，其中飽和水制備釜5通過管路與高壓反應釜6連通，管路上設置閥門24、25，而且飽和水制備釜的位置高于高壓反應釜；打開閥門25，飽和水溶液靠重力注入高壓反應釜內(nèi)。飽和水制備釜的頂部設置進水管及閥門21，磁力攪拌裝置17固定在飽和水制備釜的底部；熱偶溫度傳感器11和壓力傳感器10與計算機處理裝置3相連。氣體加壓裝置通過三通管分別連通飽和水制備釜5和高壓反應釜6，三通管與飽和水制備釜和高壓反應釜之間分別設置閥門22、23。采用該氣體飽和水制備技術，可大大縮短實驗周期。
本發(fā)明的工作過程是這樣的，首先開啟高壓反應釜6頂蓋，將所探測的巖芯樣品16置于高壓反應釜的內(nèi)筒7內(nèi)，使之與內(nèi)筒緊密配合，在巖芯樣品的中央鑿孔，然后把與時域反射檢測儀連接的TDR探頭之一19放入巖芯樣品16的中央孔中，將與時域反射檢測儀連接的另一條導線固定在金屬環(huán)式TDR探頭18上，然后緊閉高壓反應釜頂蓋。開啟閥門21，關閉閥門25，注入適量的水后關閉閥門21。開啟閥門22和24，將飽和水制備釜5和高壓反應釜6抽成真空。再開啟閥門23，通入氣體至一定的壓力，關閉閥門22、23、24，啟動磁力攪拌器17，使氣水充分接觸。由于氣體溶解于水溶液，致使壓力下降，反復上述過程直至壓力不再下降制成飽和水溶液。開啟閥門25，飽和水溶液靠重力注入內(nèi)筒7中，直至巖芯樣品16完全浸透，關閉閥門25。啟動冷卻裝置2使溫控浴槽4內(nèi)液體逐漸降溫，同時啟動超聲波檢測儀和時域反射檢測裝置，實時采集所測參數(shù)的數(shù)據(jù)并通過計算機處理單元處理。根據(jù)實驗要求，控制溫控浴槽4內(nèi)升溫和降溫的溫度及時間。
權利要求
1.一種氣水合物地球物理探測模擬裝置，它包括用于放置巖芯的高壓反應釜、超聲波檢測儀和冷卻裝置，其中超聲波檢測儀包括導線連接的聲波發(fā)射和接收探頭，該探頭位于高壓反應釜內(nèi)，高壓反應釜位于冷卻裝置的溫控浴槽內(nèi)，其特征在于，超聲波檢測儀連接計算機處理裝置，在高壓反應釜內(nèi)設置時域反射檢測裝置，該裝置連接計算機處理裝置。
2.根據(jù)權利要求1所述的氣水合物地球物理探測模擬裝置，其特征在于，時域反射檢測裝置包括時域反射檢測儀和TDR探頭，該TDR探頭位于高壓反應釜內(nèi)。
3.根據(jù)權利要求2所述的氣水合物地球物理探測模擬裝置，其特征在于，時域反射檢測裝置的TDR探頭有兩個，一個插入高壓反應釜的中央，另一個為金屬環(huán)。
4.根據(jù)權利要求3所述的氣水合物地球物理探測模擬裝置，其特征在于，高壓反應釜內(nèi)設置用于放置巖芯的內(nèi)筒，其由非金屬材料制成，TDR的金屬環(huán)式探頭位于內(nèi)筒內(nèi)壁上。
5.根據(jù)權利要求4所述的氣水合物地球物理探測模擬裝置，其特征在于內(nèi)筒由聚四氟乙烯制成，在內(nèi)筒的內(nèi)壁中部設置環(huán)形卡槽，金屬環(huán)嵌入該卡槽內(nèi)。
6.根據(jù)權利要求1所述的氣水合物地球物理探測模擬裝置，其特征在于，超聲波探頭為縱橫波一體化探頭，一個位于內(nèi)筒的上開口處，另一個嵌入內(nèi)筒底部的預留孔中。
7.根據(jù)權利要求1所述的氣水合物地球物理探測模擬裝置，其特征在于，在高壓反應釜內(nèi)設置與計算機處理裝置相連的熱偶溫度傳感器和壓力傳感器；溫度傳感器的熱電偶設置在內(nèi)筒的側壁上。
8.根據(jù)權利要求1所述的氣水合物地球物理探測模擬裝置，其特征在于，它還包括飽和水制備裝置和氣體加壓裝置，其中氣體加壓裝置與飽和水制備裝置和高壓反應釜之間、飽和水制備裝置與高壓反應釜之間分別通過管路連接。
9.根據(jù)權利要求8所述的氣水合物地球物理探測模擬裝置，其特征在于，飽和水制備裝置包括飽和水制備釜、磁力攪拌裝置、熱偶溫度傳感器和壓力傳感器，其中飽和水制備釜通過管路與高壓反應釜連通，管路上設置閥門，而且飽和水制備釜的位置高于高壓反應釜；飽和水制備釜的頂部設置進水管及閥門，飽和水制備釜的底部固定磁力攪拌裝置；熱偶溫度傳感器和壓力傳感器與計算機處理裝置相連。
10.根據(jù)權利要求8所述的氣水合物地球物理探測模擬裝置，其特征在于，氣體加壓裝置通過三通管分別連通飽和水制備釜和高壓反應釜，三通管與飽和水制備釜和高壓反應釜之間分別設置閥門。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氣水合物地球物理探測模擬裝置，它包括用于放置巖芯的高壓反應釜、超聲波檢測儀和冷卻裝置，在高壓反應釜內(nèi)設置時域反射檢測裝置，時域反射檢測裝置包括時域反射檢測儀和TDR探頭。采用本結構的氣水合物地球物理探測模擬裝置，能在同一裝置中，同時探測巖芯中氣水合物飽和度和聲學特性參數(shù)。
文檔編號G01N29/22GK1614409SQ20041003654
公開日2005年5月11日 申請日期2004年11月30日 優(yōu)先權日2004年11月30日
發(fā)明者業(yè)渝光, 張劍, 刁少波, 劉昌嶺, 林維正, 程軍, 潘紅良 申請人:青島海洋地質(zhì)研究所