海洋天然氣水合物動力學(xué)三軸模擬試驗(yàn)系統(tǒng)

    海洋天然氣水合物動力學(xué)三軸模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，主要用于模擬天然氣水合物成因，研究水合物動力學(xué)以及地下烴氣水合物作為一種潛在的有用礦物及其在組成上的不穩(wěn)定性。也可用于研究水合物成核機(jī)制、水合物生長條件和穩(wěn)定存在的環(huán)境等與沉積成因、巖石成因、地下水和熱場形成的某些特性。

    主要用于對含水合物沉積物進(jìn)行動靜三軸試驗(yàn)，能對未分解的水合物地層試樣施加不同的動靜載荷，并測出應(yīng)力、應(yīng)變及孔壓、圍壓，從而對含水合物沉積物的有關(guān)性能指標(biāo)的變化規(guī)律做出定量的判斷。也測定土在低溫環(huán)境下的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)、土動力學(xué)試驗(yàn)，也用于測定細(xì)粒土和沙土的總、抗剪強(qiáng)度和有效抗剪強(qiáng)度參數(shù)。根據(jù)排水條件的不同應(yīng)能完成以下試驗(yàn)：

   1、等速率應(yīng)力控制加載試驗(yàn)；

   2、等速率應(yīng)變控制加載試驗(yàn)；

   3、應(yīng)力循環(huán)加載試驗(yàn)；

   4、環(huán)境低溫試驗(yàn)；

   5、動態(tài)性能試驗(yàn)。

     本試驗(yàn)系統(tǒng)采用力創(chuàng)公司獲得*保護(hù)的技術(shù)（號：0326278812）——微機(jī)控制電液伺服動態(tài)（疲勞）試驗(yàn)控制技術(shù)為核心的多通道電液伺服控制器（DSP Trier 6202），系統(tǒng)穩(wěn)定、性能，與世界同步，操作簡單。

     試驗(yàn)軟件在WINDOWS/XP中文環(huán)境下工作，強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，試驗(yàn)條件和試驗(yàn)結(jié)果自動存盤，顯示、打印符合相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)的隨機(jī)成組試驗(yàn)數(shù)據(jù)、試驗(yàn)曲線、試驗(yàn)報告，是廣泛適用于科研院所、冶金建筑、國防人防、大專院校、機(jī)械制造、交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)理想的高性價比的試驗(yàn)設(shè)備。

     主要技術(shù)指標(biāo)與要求

     1、軸向激振zui大動態(tài)負(fù)荷：±200kN

       1.1  平均負(fù)荷波動度：優(yōu)于±1%；

       1.2  負(fù)荷振幅波動度：優(yōu)于±2%。

      2、 軸向激振靜態(tài)zui大負(fù)荷：0—250kN

       2.1 靜態(tài)負(fù)荷精度：優(yōu)于±0.5%；

       2.2 負(fù)荷分檔：1、 2、5、10三檔 。

      3、軸向變形：軸向靜應(yīng)變速度可調(diào)（范圍為 : 0.01mm/min—5mm/min）；軸向靜應(yīng)力速度可調(diào)（范圍為 :1 MPa/min—3 MPa/min）。

       3.1 變形精度：優(yōu)于±0.5%;

       3.2 變形量程：0—50 mm;

       3.3 應(yīng)變測量可達(dá)：10^-4.

      4、軸向激振器位移：

       4.1行程：±75mm;

       4.2位移傳感器總量程：150 mm;

       4.3 位移精度：優(yōu)于±0.5% 。

      5、試樣尺寸：φ50×100mm；φ61.8×120mm；

      6、試驗(yàn)波形：正弦波、三角波、方波.

      7、軸向激振頻率：0-10Hz.

      8、三軸壓力室圍壓壓力：35Mpa，準(zhǔn)確度優(yōu)于1%F.S.

      9、孔壓測量范圍：30Mpa ,準(zhǔn)確度優(yōu)于1%F.S。

      10、氣體流入、流出水合沉淀物試樣測量范圍：0—10Mpa。

      11、油源系統(tǒng)總流量30L/min。系統(tǒng)壓力為21MPa。

      12、試驗(yàn)測量控制系統(tǒng)

         多通道多參數(shù)全數(shù)字閉環(huán)控制，自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的PIDL值，采用高分辨率的反饋采樣和信號調(diào)節(jié)技術(shù)，所有通道（σ₁、σ₃、ε₁）均以5kHz速率進(jìn)行同步反饋和數(shù)據(jù)采集。

         可選擇力（應(yīng)力）、變形（應(yīng)變）、位移等多種伺服閉環(huán)控制方式；在力（應(yīng)力）、變形（軸向應(yīng)變）、位移、圍壓多種控制方式之間的平穩(wěn)圓滑切換。

      13、 計算機(jī)全數(shù)字顯示σ₁、σ₃、ε₁、T等多個工程量，多通道并行獨(dú)立完成測量、顯示、控制任務(wù)。

      14、低溫環(huán)境試驗(yàn)系統(tǒng)

        14.1 試驗(yàn)環(huán)境溫度：-50℃——室溫；

        14.2 溫度測量精度：±0.5℃；

        14.3 溫度梯度：100mm標(biāo)距內(nèi)不大于1℃。

      15、試驗(yàn)機(jī)控制系統(tǒng)能自動標(biāo)定試驗(yàn)機(jī)準(zhǔn)確度、能夠自動調(diào)零。

      16、試驗(yàn)條件、參數(shù)設(shè)置和試驗(yàn)結(jié)果系統(tǒng)會自動存盤。

      17、試驗(yàn)控制軟件，在Windows環(huán)境下運(yùn)行，界面友好，操作簡單，能完成試驗(yàn)條件、試樣參數(shù)等的設(shè)置以及試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，試驗(yàn)數(shù)據(jù)能以多種文件格式保存，試驗(yàn)結(jié)束后數(shù)據(jù)可導(dǎo)入在Word、Excel等多種軟件下，進(jìn)行處理，試驗(yàn)完成后可對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并打印出試驗(yàn)報告。

      18、系統(tǒng)具有過載、破壞保護(hù)、次數(shù)設(shè)定功能。

   成果：本試驗(yàn)系統(tǒng)通過一系列模擬試驗(yàn)，研究了甲烷水合物生成過程、動力學(xué)影響因素及其二氧化碳水合物的成核過程。 甲烷水合物生成動力學(xué)實(shí)驗(yàn)表明,高頻振動對縮短甲烷水合物生成誘導(dǎo)時間、加快水合物生成速率具有明顯的促進(jìn)作用。水合物生成反應(yīng)中溫度上升和瞬時流速增高與高頻振動時間有非常好的對應(yīng)。溫度和壓力是影響水合物生成的重要影響因素。在甲烷+天然海水體系和甲烷+天然海水+多孔介質(zhì)兩個體系內(nèi)進(jìn)行的等壓變溫和等溫變壓實(shí)驗(yàn)表明,甲烷水合物在低溫高壓的環(huán)境下生成速率快,水合物純度高。基于粒徑范圍125-700μm的四種多孔介質(zhì)的甲烷水合物生成實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,較粗粒徑的多孔介質(zhì)引起的孔隙間毛細(xì)作用對甲烷水合物不會產(chǎn)生明顯的阻礙作用,但計算結(jié)果表明,孔徑粒徑小于60nm的多孔介質(zhì)會阻礙甲烷水合物的生成。對甲烷水合物在天然海水+多孔介質(zhì)體系中生成時的排鹽效應(yīng)研究表明,排鹽效應(yīng)的強(qiáng)弱主要由反應(yīng)的物質(zhì)供給量決定,甲烷氣體的供給量越多排鹽效應(yīng)越強(qiáng)。受排鹽效應(yīng)影響的六種主要離子(K~+、Na~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)、SO_4~(2-)、Cl~-)中,Na~+、Ca~(2+)離子濃度變化較大,K~+變化zui小。使用電阻法對二氧化碳水合物的成核過程分析發(fā)現(xiàn),水合物成核過程會引起體系內(nèi)電阻增大。阻抗與溫度、成核速率有如下關(guān)系: 此外,在二氧化碳水合物成核過程研究中發(fā)現(xiàn)形成水合物的水分子具有記憶效應(yīng),在相同實(shí)驗(yàn)條件下使用同一分水樣反復(fù)生成水合物時反應(yīng)的誘導(dǎo)時間越來越短。