[发明专利]考虑水合物降压开采诱发砂土井壁静态液化模型试验装置

说明书

本发明涉及一种岩土工程模型试验装置，具体为考虑水合物降压开采诱发砂土井壁静态液化模型试验装置。包括前侧为玻璃的密封箱、液压控制组件、充气控制组件、温度控制组件、体积损失控制组件和数据采集组件，模型箱内由上至下填充水、黏土、砂土，在靠近玻璃的一侧埋设开采井；液压控制组件控制密封箱内水的压力；充气控制组件用于为砂土补充气体模拟饱和砂土转变为含气砂土的过程，温度控制组件用于控制密封箱内砂土的温度；体积损失控制组件用于模拟发生静态液化时的体积损失。数据采集组件用于采集试验所需的数据。本发明能够模拟天然气水合物在降压开采过程中砂土井壁发生静态液化失稳的行为，具有操作方便、构造简单、控制精确等特点。

技术领域

本发明涉及一种岩土工程模型试验装置，尤其是涉及在降压开采天然气水合物过程中的砂土井壁静态液化失稳的模型箱。

背景技术

天然气水合物是在特定条件下由水分子和烃类分子组成的类冰状笼形化合物,标准状态下,单位体积天然气水合物可释放出160～180体积的甲烷气体，其在自然界的储量巨大,被认为是21世纪最重要的替代能源,如何高效安全地开采水合物已经成为当前面临的迫切问题。目前提出具有经济意义的开采方法以降压开采法为主。

目前对于降压开采法技术的研究主要集中于如何解决其开采过程中提高开采效率、运输和管路防腐等方面，较少关注岩土工程领域中可能出现的砂土井壁失稳性破坏。考虑到天然气水合物开采成本高、开采难度大，一旦发生砂土井壁静态液化破坏现象，将会造成人员伤亡和大量的财产损失，并且可能引发一系列不可逆的生态污染。这些后果应引起广泛关注，对于天然气水合物降压开采诱发砂土井壁静态液化失稳的研究迫在眉睫。

在以降压开采法开采深海处的天然气水合物，由于深海条件下，液体压力巨大、温度低加上可能存在的淤泥、腐殖质沉积层受扰动后产生大量气体，导致砂土井壁失稳机理十分复杂。近些年国内外学者对传统岩土工程中静态液化现象的研究有了长足的发展，多采用数值模拟、基于经典土力学理论中的解析方法和试验研究，对于天然气水合物降压开采方面缺乏相关的研究。模型试验通过适当的缩尺比例能够直观地模拟土体的工作状态，进而获得相关的数据。要考虑深海条件下的天然气水合物降压开采引发砂土井壁静态液化失稳就必须能够控制水压力、砂土含气量、砂土温度和由开采引起的体积损失，目前国内外还没有研制出有关的试验模型装置。

发明内容

为了克服背景技术中的不足，本发明的目的是提供一种考虑天然气水合物降压开采诱发砂土井壁静态液化失稳模型试验装置。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

考虑天然气水合物降压开采诱发砂土井壁静态液化失稳试验装置，

包括模型箱(0)、液压控制组件、充气控制组件、温度控制组件、体积损失控制组件和数据采集组件组成，其中

所述模型箱(0)前侧为开口玻璃窗，用于观察模型箱(0)内状况；模型箱(0)上设有开口和上盖，所述上盖用于打开或闭合开口，所述开口用于填充试验材料；所述试验材料包括砂土、水和砂土井，所述砂土和水依次铺设在模型箱(0)内，所述开采井壁(5)竖向布置在砂土中；

所述液压控制组件用于控制模型箱(0)内的水压以模拟深海压力；

所述充气控制组件用于控制模型箱(0)内砂土的含气量；

所述温度控制组件用于控制含气砂土的温度以模拟开采时的温度；

所述体积损失控制组件用于模拟天然气水合物开采引发的体积损失；

所述数据采集系统用于采集试验数据。