(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210937576.5 (22)申请日 2022.08.05 (71)申请人 青岛海洋地质研究所 地址 266237 山东省青岛市 即墨区观山路 596号 (72)发明人 李彦龙　张亚娟　广世雄　吴能友　 纪云开　 (74)专利代理 机构 青岛汇智海纳 知识产权代理 有限公司 373 35 专利代理师 万桂斌 (51)Int.Cl. G01N 24/08(2006.01) G01N 3/24(2006.01) G01N 3/12(2006.01) G01N 1/28(2006.01) (54)发明名称 一种分析水合物沉积物宏微观力学特性的 实验系统和方法 (57)摘要 本发明提出一种基于低场核磁系统测量水 合物沉积物宏微观力学特性的实验系统和方法， 所述系统包括反应釜、 核磁共振测试系统、 样品 存储系统、 围压控制模块、 轴压控制模块、 数据采 集模块及孔压控制模块， 所述反应釜内设有轴向 加载活塞， 还包括样品制备模块及样品转移模 块。 本发明通过将高效制样、 样品转移、 三轴剪切 和低场核磁测试一体化研究， 既能获取水合物储 层的力学数据和孔隙尺度行为特征， 剖析微观变 形破坏机理， 又能高效利用低场核磁测试平台的 工作空间， 提高实验效率， 为高效跨尺度表征水 合物储层的力学 行为提供基础依据。 权利要求书2页 说明书8页 附图4页 CN 115308249 A 2022.11.08 CN 115308249 A 1.一种分析水合物沉积物宏微观力学特性的实验系统， 包括反应釜、 核磁共振测试系 统、 样品存储系统、 围压控制模块、 轴压控制模块、 数据采集模块及孔压控制模块， 所述反应 釜内设有轴向加载活塞， 其特 征在于包括样品制备模块及样品转移模块： 所述样品转移模块包括径向转移模块及轴向转移模块， 所述径向转移模块包括位移驱 动电机， 高精密滚珠丝杠副、 径向推杆及弧形推头， 所述径向推杆穿过所述反应釜， 其外端 连接高精密滚珠丝杠副， 内端连接弧形推头； 所述轴向转移模块包括轴向伸缩杆、 自锁快插 接头、 轴向驱动电机， 轴向伸缩杆的上端固定在轴向加载 活塞下端， 其下端通过自锁快插接 头连接水合物沉积物样品， 所述轴向驱动电机控制所述轴向伸缩杆伸缩； 所述样品制备模块包括水合物底座， 该底座圆周方向上均匀布设有四个生成位点， 相 对的两位点之间为滑槽， 当水合物沉积物样品安装在底座上后， 可通过径向转移模块沿着 滑槽移动到底座中心 位置处， 并被样品轴向转移模块推至所述核磁共振测试系统和所述样 品存储系统； 所述样品存储系统包括样品储存筒， 所述样品储存筒通过球阀与所述核磁共 振测试系统相连。 2.根据权利要求1所述的实验系统， 其特征在于， 所述自锁快插接头包括自锁快插接头 顶盖、 自锁快插接头底盖和 安装在所述自锁快插接头底盖上 的轴向定位追踪器， 所述自锁 快插接头顶盖上端连接所述轴向伸缩杆， 底部设有凸起环， 所述自锁快插接头底盖固定在 所述水合物沉积物样品上， 所述自锁快插接头底盖的上端具有柱形内腔， 该内腔设有与所 述凸起环配合的凹槽 。 3.根据权利要求1所述的实验系统， 其特征在于， 还包括可滑动下压盖， 所述水合物底 座中心位置处为一圆孔， 可滑动下压盖位于一滑动 腔中， 且其上端部 分嵌入所述圆孔中， 整 体包括左下压 盖和右下压 盖。 4.一种测量水合物沉积物宏微观力学 特性的实验方法， 其特 征在于， 包括： 步骤A、 安装沉积物样品， 并对沉积物样品进行低 场核磁测量 步骤A1、 在四个橡胶膜套中分别填充水合物沉积物样品， 充分压实， 然后将其依次放入 反应釜的水合物沉积物样品生成位 点， 并按顺序组装整个实验系统， 完成调试； 步骤A2、 调节反应釜的围压和孔压， 使沉积物样品充分固结， 然后对样品降温并向其充 入气体饱和水， 制备 水合物沉积物样品。 步骤A、 选择任意水合物沉积物样品， 通过径向转移模块将水合物沉积物样品沿滑槽从 样品合成位点推送到三轴压缩位点， 然后通过轴向转移模块将水合物沉积物样品推入相应 位置进行核磁测量， 然后再通过轴向位移模块将 样品拉回反应釜本体； 步骤B、 对水合物沉积物样品施加单级轴向荷载， 并对其进行低 场核磁测量 步骤B1、 对水合物沉积物样品施加单级轴向荷载获取实时应力应变曲线， 且将水合物 沉积物样品推入低场核磁系统中以测量水合物沉积物样品的横向弛豫分布曲线， 测量完成 后将水合物沉积物样品推入样品储 存筒中； 步骤B2、 对其它生成位点水合物沉积物样品重复上述操作， 直到对所有样品都完成测 试， 对比不同水合物沉积物样品单级荷载的横向弛豫曲线， 识别水合物沉积物内部的微观 变形特征； 并根据应力应变曲线定量计算水合物沉积物的宏观力学参数， 跨尺度剖析水合 物沉积物的变形破坏机理。 5.根据权利要求4所述的方法， 其特征在于， 还包括步骤C、 对水合物沉积物样品施加多权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115308249 A 2级轴向荷载， 并对其进行低 场核磁测量； 步骤C1、 在第 一阶段按照需求对水合物沉积物样品施加一定的轴压获得该阶段的应力 应变曲线， 当应力应变曲线的轴向偏 应力达到峰值时， 停止施加轴压， 通过轴向转移模块将 水合物沉积物样品推入低场核磁系统中以测量样品的横向弛豫分布曲线， 测量完成后再将 该样品拉回反应釜中的样品压缩位 点， 并对样品进行充分的固结； 步骤C2、 进行第二阶段的轴向荷载实验， 当应力应变曲线的轴向偏应力达到峰值时停 止施加轴压， 将水合物沉积物样品推入低场核磁系统中以测量样品的横向弛豫分布曲线， 测量完成后再将该水合物沉积物样品拉回反应釜中的样品压缩位点， 并对样品进 行充分的 固结， 接下来的每级荷载重复以上操作， 直到最后一级三轴剪切实验时， 当样品的应力应变 曲线的轴向偏应力达到峰值时继续施加轴压直到样品完全破坏， 停止施加轴压对水合物沉 积物样品进行核磁测 量之后， 将其推入样品储存筒中； 然后对其它 水合物沉积物样品重复 上述操作， 直到对所有样品都完成测试。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115308249 A 3