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专利号: 2021101681448
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种天然气水合物的力学特性测试方法,其特征在于,步骤包括:步骤一.加工多个去芯橡胶柱试件并分为S1和S2两组,并分别编号S1i和S2i,其中i为正整数,去芯橡胶柱试件的内径为d;

步骤二.取用S1组进行含天然气水合物去芯橡胶柱试件力学特性的测试,测试包括三轴剪切试验,先在天然气水合物去芯橡胶柱试件的中部注水,水面与试件上端面齐平,密封固定后放入三轴围压室,记录试验过程中,天然气水合物生成后的温度T1,去芯橡胶柱试件的内部压力P1i,试验过程中的围压大小PC1i,加载轴压后轴压突降的时间t1i,在时间t1i处的轴向压力FN1i和轴向应变εti,以及在时间t1i/2处的轴向应力F1i和轴向应变εi;

步骤三.取用S2组进行含等压气体去芯橡胶柱试件力学特性的测试,测试包括三轴剪切试验,记录试验过程中,天然气水合物生成后的温度T2,去芯橡胶柱试件的内部压力P2i,试验过程中的围压大小PC2i,加载轴压并记录轴向应变值为εi和εti时的轴向应力F2i和FN2i;其中T1=T2,P2i=P1i,PC2i=PC1i;

步骤四.计算S1组去芯橡胶柱试件中天然气水合物的三向应力σi1、σi2、σi3:σi2=Pci=P1i=P2i

σi3=Pci=P1i=P2i

步骤五.根据胡克定律计算去芯橡胶柱试件中间位置处合成的天然气水合物的弹性模量E,其中分别计算弹性模量:

对计算结果取平均值得到天然气水合物的弹性模量步骤六.根据摩尔库伦定律,利用第一主应力σi1和第三主应力σi3在切应力‑正应力坐标系中绘制摩尔应力圆,并绘制天然气水合物的抗剪强度包络线,包络线方程为计算得到峰值剪切强度τmax、内摩擦角 和黏聚力c。

2.根据权利要求1所述一种天然气水合物的力学特性测试方法,其特征在于,所述去芯橡胶柱试件的尺寸为Φ50×d×100mm,其中内径d的取值范围为10mm≤d≤40mm。

3.根据权利要求1所述一种天然气水合物的力学特性测试方法,其特征在于,所述步骤二中三轴剪切试验的过程包括:

步骤A.利用承膜筒将去芯橡胶柱试件装入外径尺寸相同的乳胶膜中,其中乳胶膜的两端均超过去芯橡胶柱试件的上端面和下端面;

步骤B.将包裹的试件安放在天然气水合物沉积物力学特性试验测试装置上并将去芯橡胶柱试件的下端面密封;

步骤C.在天然气水合物去芯橡胶柱试件的中部注水,水面与试件上端面齐平,将去芯橡胶柱试件的上端面密封;

步骤D.将密封后的去芯橡胶柱试件放入三轴围压室中,并向去芯橡胶柱试件内部注入足量甲烷气;

步骤E.利用低温水浴降低三轴围压室内的温度,开始加载,并记录试验数据。

4.根据权利要求3所述一种天然气水合物的力学特性测试方法,其特征在于,所述三轴剪切试验中利用回压泵控制回压阀维持去芯橡胶柱时间内部压力稳定。

5.根据权利要求1所述一种天然气水合物的力学特性测试方法,其特征在于,所述步骤三中三轴剪切试验的过程包括:

步骤A.利用承膜筒将去芯橡胶柱试件装入外径尺寸相同的乳胶膜中,其中乳胶膜的两端均超过去芯橡胶柱试件的上端面和下端面;

步骤B.将包裹的试件安放在天然气水合物沉积物力学特性试验测试装置上并将去芯橡胶柱试件的下端面和下端面密封;

步骤C.将密封后的去芯橡胶柱试件放入三轴围压室中,并向去芯橡胶柱试件内部注入足量甲烷气;

步骤D.利用低温水浴降低三轴围压室内的温度,开始加载,并记录试验数据。

6.根据权利要求5所述一种天然气水合物的力学特性测试方法,其特征在于,所述去芯橡胶柱试件的内部压力P2i由注入的甲烷气体的气压控制。

7.根据权利要求1所述一种天然气水合物的力学特性测试方法,其特征在于,所述弹性模量、峰值剪切强度、黏聚力和摩擦角用于颗粒流程序中模拟含天然气水合物沉积物的力学特性。

8.根据权利要求1所述一种天然气水合物的力学特性测试方法,其特征在于,所述三轴剪切试验使用天然气水合物的力学特性测试装置,天然气水合物的力学特性测试装置包括反力框架、数据采集及控制系统、围压泵、压力传感器、温度传感器、围压传感器、轴压泵、回压泵、回压阀、烧杯、三轴围压室和液压千斤顶。

9.根据权利要求8所述一种天然气水合物的力学特性测试方法,其特征在于,所述围压泵和三轴围压室相连,液压千斤顶和轴压泵相连,围压室设置在反力框架内;回压阀分别连接回压泵和烧杯;压力传感器和温度传感器设置在试件内,围压传感器设置在三轴围压室内。