[发明专利]模拟水合物热力开采引起地质变形的试验系统与方法

权利要求书

1.一种模拟水合物热力开采引起地质变形的试验系统，其特征在于，该系统包括试验舱体、应力调控装置、温控系统、地质变形监测系统和水合物开采系统，所述试验舱体内部设置有试验样品，所述试验样品包括水合物层和上覆盖层，所述上覆盖层设置于所述水合物层的上部，用于模拟水合物上方的土体盖层；所述试验舱体包括上开口式箱体，用于容纳所述试验样品；所述上开口式箱体的顶部设置有盖板，所述盖板设置有第一通孔；

所述应力调控装置用于对所述试验样品施加应力，以模拟深海地应力环境；所述应力调控装置包括作动器和容纳舱，所述容纳舱设置于所述盖板的顶部，所述容纳舱的底部开设有第二通孔；所述作动器设置于所述容纳舱内部，且所述作动器的动力输出端贯穿所述第二通孔、所述第一通孔向下形成悬臂作用端；所述试验舱体的内部还设置有压板，所述压板设置于所述上覆盖层的顶部，所述悬臂作用端与所述压板的顶部抵触设置；

所述温控系统包括温度调节装置和保温装置，所述温度调节装置用于调控所述试验舱体所处温度环境，以模拟深海海底的温度；所述保温装置用于保持所述试验 舱体所处温度；

所述地质变形监测系统包括光纤组件和光纤变形采集装置，所述光纤组件埋设于所述上覆盖层中；所述光纤变形采集装置设置于所述光纤组件远离所述上覆盖层的一端，用于实时采集所述光纤组件的变形信息；所述光纤组件包括水平光纤组，所述水平光纤组包括多条第一光纤，多条所述第一光纤水平交错设置于所述上覆盖层的同一水平面；所述水平光纤组有多组，多组所述水平光纤组依次设置于所述上覆盖层的不同水平高；

所述水合物开采系统包括开采管路和水合物高温采集装置，所述开采管路穿过所述上覆盖层埋设于所述水合物层内部；所述开采管路设置有作用部，所述作用部开设有多个射孔，多个所述射孔沿着所述开采管路的周向均匀设置；所述开采管路的末端封闭设置；所述开采管路包括第一段管路和第二段管路，所述第一段管路贯穿所述上覆盖层设置，所述第二段管路在所述水合物层中水平设置，且所述第二段管路设置于所述水合物层的中间高度位置；多个所述射孔形成的开采区域设置于所述水合物层的水平中间位置；所述水合物高温采集装置与所述开采管路远离所述水合物层的一端连接，用于为所述水合物层加热并采集分解后的气态水合物。

2.根据权利要求1所述的模拟水合物热力开采引起地质变形的试验系统，其特征在于，所述盖板包括第一板状结构和第二板状结构，所述第一板状结构设置于所述第二板状结构上方且所述第一板状结构与所述第二板状结构构成T型结构；所述第一板状结构的面积大于所述上开口式箱体的顶部面积。

3.根据权利要求1所述的模拟水合物热力开采引起地质变形的试验系统，其特征在于，所述上覆盖层的顶部与所述压板平行设置；所述压板的水平面与所述作动器的运动方向垂直设置。

4.根据权利要求1所述的模拟水合物热力开采引起地质变形的试验系统，其特征在于，所述保温装置包覆设置于所述试验舱体的外侧；

所述温度调节装置包括低温控制器和循环管路，所述循环管路贯穿所述保温装置设置；所述低温控制器设置于所述试验舱体的外侧，用于调控所述循环管路内部的液体温度。

5.根据权利要求4所述的模拟水合物热力开采引起地质变形的试验系统，其特征在于，所述温度调节装置为一个或多个；当所述温度调节装置为多个时，多个所述温度调节装置阵列设置于所述试验舱体的周侧。

6.一种模拟水合物热力开采引起地质变形的试验方法，其特征在于，该方法基于权利要求1-5中任一项所述的模拟水合物热力开采引起地质变形的试验系统，包括以下步骤：

步骤100，温度调节装置将试验舱体内部环境降温至零下15℃；

步骤200，在试验舱体中放置水合物层和上覆盖层；在水合物层和上覆盖层中预埋开采管路；在上覆盖层中光纤组件；

步骤300，将上覆盖层上部分磨平，并放置压板；安装盖板密封试验舱体；安装应力调控装置，为水合物储层和上覆盖层施加地应力到目标值；

步骤400，利用水合物开采系统为水合物层加热，并采出气态水合物，在储层形成腔体；

步骤500，地质变形监测系统实时监测上覆盖层的变形以及储层腔体形成过程中上覆盖层的变形状态，获取地应力、开采时的温度、开采效率与上覆盖层不同变形状态的映射关系。