胡学锋：天然气水合物动力学三轴模拟试验系统.doc

海洋天然气水合物动力学三轴模拟试验系统 海洋天然气水合物动力学三轴模拟试验系统，主要用于模拟天然气水合物成因，研究水合物动力学以及地下烃气水合物作为一种潜在的有用矿物及其在组成上的不稳定性。也可用于研究水合物成核机制、水合物生长条件和稳定存在的环境等与沉积成因、岩石成因、地下水和热场形成的某些特性。 主要用于对含水合物沉积物进行动静三轴试验，能对未分解的水合物地层试样施加不同的动静载荷，并测出应力、应变及孔压、围压，从而对含水合物沉积物的有关性能指标的变化规律做出定量的判断。也测定土在低温环境下的抗剪强度试验、土动力学试验，也用于测定细粒土和沙土的总、抗剪强度和有效抗剪强度参数。根据排水条件的不同应能完成以下试验： 1、等速率应力控制加载试验； 2、等速率应变控制加载试验； 3、应力循环加载试验； 4、环境低温试验； 5、动态性能试验。 本试验系统采用力创公司获得国家知识产权局保护的专利技术（专利号：0326278812）微机控制电液伺服动态（疲劳）试验控制技术为核心的多通道电液伺服控制器（DSP Trier 6202），系统稳定、性能卓越，与世界同步，操作简单。 试验软件在WINDOWS/XP中文环境下工作，强大的数据处理功能，试验条件和试验结果自动存盘，显示、打印符合相关国家标准的随机成组试验数据、试验曲线、试验报告，是广泛适用于科研院所、冶金建筑、国防人防、大专院校、机械制造、交通运输等行业理想的高性价比的试验设备。 主要技术指标与要求 1、轴向激振最大动态负荷：200kN 1.1 平均负荷波动度：优于1%； 1.2 负荷振幅波动度：优于2%。 2、 轴向激振静态最大负荷：0250kN 2.1 静态负荷精度：优于0.5%； 2.2 负荷分档：1、 2、5、10三档 。 3、轴向变形：轴向静应变速度可调（范围为 : 0.01mm/min5mm/min）；轴向静应力速度可调（范围为 :1 MPa/min3 MPa/min）。 3.1 变形精度：优于0.5%; 3.2 变形量程：050 mm; 3.3 应变测量可达：10-4. 4、轴向激振器位移： 4.1行程：75mm; 4.2位移传感器总量程：150 mm; 4.3 位移精度：优于0.5% 。 5、试样尺寸：50100mm；61.8120mm； 6、试验波形：正弦波、三角波、方波. 7、轴向激振频率：0-10Hz. 8、三轴压力室围压压力：35Mpa，准确度优于1%F.S. 9、孔压测量范围：30Mpa ,准确度优于1%F.S。 10、气体流入、流出水合沉淀物试样测量范围：010Mpa。11、油源系统总流量30L/min。系统压力为21MPa。 12、试验测量控制系统 多通道多参数全数字闭环控制，自动调节系统的PIDL值，采用高分辨率的反馈采样和信号调节技术，所有通道（1、3、1）均以5kHz速率进行同步反馈和数据采集。 可选择力（应力）、变形（应变）、位移等多种伺服闭环控制方式；在力（应力）、变形（轴向应变）、位移、围压多种控制方式之间的平稳圆滑切换。13、 计算机全数字显示1、3、1、T等多个工程量，多通道并行独立完成测量、显示、控制任务。 14、低温环境试验系统 14.1 试验环境温度：-50室温； 14.2 温度测量精度：0.5； 14.3 温度梯度：100mm标距内不大于1。 15、试验机控制系统能自动标定试验机准确度、能够自动调零。 16、试验条件、参数设置和试验结果系统会自动存盘。 17、试验控制软件，在Windows环境下运行，界面友好，操作简单，能完成试验条件、试样参数等的设置以及试验数据处理，试验数据能以多种文件格式保存，试验结束后数据可导入在Word、Excel等多种软件下，进行处理，试验完成后可对数据进行分析处理，并打印出试验报告。 18、系统具有过载、破坏保护、次数设定功能。 成果：本试验系统通过一系列模拟试验，研究了甲烷水合物生成过程、动力学影响因素及其二氧化碳水合物的成核过程。 甲烷水合物生成动力学实验表明,高频振动对缩短甲烷水合物生成诱导时间、加快水合物生成速率具有明显的促进作用。水合物生成反应中温度上升和瞬时流速增高与高频振动时间有非常好的对应。温度和压力是影响水合物生成的重要影响因素。在甲烷+天然海水体系和甲烷+天然海水+多孔介质两个体系内进行的等压变温和等温变压实验表明,甲烷水合物在低温高压的环境下生成速率快,水合物纯度高。基于粒径范围125-700m的四种多孔介质的甲烷水合物生成实验结果表明,较粗粒径的多孔介质引起的孔隙间毛细作用对甲烷水合物不会产生明显的阻碍作用,但计算结果表明,孔径粒径小于60nm的多孔介质会阻碍甲烷水合物的生成。对甲烷水合物在天然海水+多孔介质体系中生成时的排盐效应研究表明,排盐效应的强弱主要由反应的物质供给量决定,甲烷气体的供给量越多排盐效应越强。受排盐效应影响的六种主要离子(K+、Na+、Ca(2+)、Mg(2+)、SO_4(2-)、Cl-)中,Na+、Ca(2+)离子浓度变化较大,K+变化最小。使用电阻法对二氧化碳水合物的成核过程