[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

说明书

本发明属于水合物开采试验模拟技术领域，具体涉及一种模拟水合物热力开采引起地质变形的试验系统与方法，为了研究热力开采过程中地质灾害的发生过程；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，试验舱体内部设置有水合物层和上覆盖层，上覆盖层用于模拟水合物上方的土体盖层；应力调控装置用于施加应力；温控系统用于模拟深海海底的温度；地质变形监测系统用于实时采集光纤组件的变形信息；水合物开采系统包用于为水合物层加热并采集分解后的气态水合物；通过本发明可获取地应力、开采时的温度、开采效率引起地质变形的映射数据，为水合物的开采提供可靠参数指导。

技术领域

本发明属于水合物开采试验模拟技术领域，具体涉及一种模拟水合物热力开采引起地质变形的试验系统与方法。

背景技术

热力开采法又称热激法，是研究最多、最深入的天然气水合物开采技术；利用钻探技术在天然气水合物稳定层中安装管道，对含天然气水合物的地层进行加热，提高储层温度，破坏水合物氢链，从而促成天然气水合物的分解；但水合物分解后区域会形成空腔，空腔上层的水合物储层和盖层具有坍塌风险，从而导致海底地质灾害的发生，对开采过程产生重大影响，甚至导致停产。

发明内容

为了解决上述问题，即为了研究热力开采法开采过程中地质灾害的发生过程，本发明提供了一种模拟水合物热力开采引起地质变形的试验系统与方法。

本发明第一方面公开了一种模拟水合物热力开采引起地质变形的试验系统，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样舱体所处温度环境，以模拟深海海底的温度；所述保温装置用于保持所述试样舱体所处温度。

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。

在一些优选实施例中，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。

在一些优选实施例中，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。

在一些优选实施例中，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。

在一些优选实施例中，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。

在一些优选实施例中，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。