海洋天然氣水合物動力學三軸模擬試驗系統

    海洋天然氣水合物動力學三軸模擬試驗系統，主要用于模擬天然氣水合物成因，研究水合物動力學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定性。也可用于研究水合物成核機制、水合物生長條件和穩定存在的環境等與沉積成因、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行動靜三軸試驗，能對未分解的水合物地層試樣施加不同的動靜載荷，并測出應力、應變及孔壓、圍壓，從而對含水合物沉積物的有關性能指標的變化規律做出定量的判斷。也測定土在低溫環境下的抗剪強度試驗、土動力學試驗，也用于測定細粒土和沙土的總、抗剪強度和有效抗剪強度參數。根據排水條件的不同應能完成以下試驗：

   1、等速率應力控制加載試驗；

   2、等速率應變控制加載試驗；

   3、應力循環加載試驗；

   4、環境低溫試驗；

   5、動態性能試驗。

     本試驗系統采用力創公司獲得*保護的技術（號：0326278812）——微機控制電液伺服動態（疲勞）試驗控制技術為核心的多通道電液伺服控制器（DSP Trier 6202），系統穩定、性能，與世界同步，操作簡單。

     試驗軟件在WINDOWS/XP中文環境下工作，強大的數據處理功能，試驗條件和試驗結果自動存盤，顯示、打印符合相關國家標準的隨機成組試驗數據、試驗曲線、試驗報告，是廣泛適用于科研院所、冶金建筑、國防人防、大專院校、機械制造、交通運輸等行業理想的高性價比的試驗設備。

     主要技術指標與要求

     1、軸向激振zui大動態負荷：±200kN

       1.1  平均負荷波動度：優于±1%；

       1.2  負荷振幅波動度：優于±2%。

      2、 軸向激振靜態zui大負荷：0—250kN

       2.1 靜態負荷精度：優于±0.5%；

       2.2 負荷分檔：1、 2、5、10三檔 。

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

       3.1 變形精度：優于±0.5%;

       3.2 變形量程：0—50 mm;

       3.3 應變測量可達：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：優于±0.5% 。

      5、試樣尺寸：φ50×100mm；φ61.8×120mm；

      6、試驗波形：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，準確度優于1%F.S.

      9、孔壓測量范圍：30Mpa ,準確度優于1%F.S。

      10、氣體流入、流出水合沉淀物試樣測量范圍：0—10Mpa。

      11、油源系統總流量30L/min。系統壓力為21MPa。

      12、試驗測量控制系統

         多通道多參數全數字閉環控制，自動調節系統的PIDL值，采用高分辨率的反饋采樣和信號調節技術，所有通道（σ₁、σ₃、ε₁）均以5kHz速率進行同步反饋和數據采集。

         可選擇力（應力）、變形（應變）、位移等多種伺服閉環控制方式；在力（應力）、變形（軸向應變）、位移、圍壓多種控制方式之間的平穩圓滑切換。

      13、 計算機全數字顯示σ₁、σ₃、ε₁、T等多個工程量，多通道并行獨立完成測量、顯示、控制任務。

      14、低溫環境試驗系統

        14.1 試驗環境溫度：-50℃——室溫；

        14.2 溫度測量精度：±0.5℃；

        14.3 溫度梯度：100mm標距內不大于1℃。

      15、試驗機控制系統能自動標定試驗機準確度、能夠自動調零。

      16、試驗條件、參數設置和試驗結果系統會自動存盤。

      17、試驗控制軟件，在Windows環境下運行，界面友好，操作簡單，能完成試驗條件、試樣參數等的設置以及試驗數據處理，試驗數據能以多種文件格式保存，試驗結束后數據可導入在Word、Excel等多種軟件下，進行處理，試驗完成后可對數據進行分析處理，并打印出試驗報告。

      18、系統具有過載、破壞保護、次數設定功能。

   成果：本試驗系統通過一系列模擬試驗，研究了甲烷水合物生成過程、動力學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實驗表明,高頻振動對縮短甲烷水合物生成誘導時間、加快水合物生成速率具有明顯的促進作用。水合物生成反應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。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+多孔介質兩個體系內進行的等壓變溫和等溫變壓實驗表明,甲烷水合物在低溫高壓的環境下生成速率快,水合物純度高。基于粒徑范圍125-700μm的四種多孔介質的甲烷水合物生成實驗結果表明,較粗粒徑的多孔介質引起的孔隙間毛細作用對甲烷水合物不會產生明顯的阻礙作用,但計算結果表明,孔徑粒徑小于60nm的多孔介質會阻礙甲烷水合物的生成。對甲烷水合物在天然海水+多孔介質體系中生成時的排鹽效應研究表明,排鹽效應的強弱主要由反應的物質供給量決定,甲烷氣體的供給量越多排鹽效應越強。受排鹽效應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現,水合物成核過程會引起體系內電阻增大。阻抗與溫度、成核速率有如下關系: 此外,在二氧化碳水合物成核過程研究中發現形成水合物的水分子具有記憶效應,在相同實驗條件下使用同一分水樣反復生成水合物時反應的誘導時間越來越短。