[發(fā)明專(zhuān)利]凍土地層融化沉降試驗(yàn)?zāi)M裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010630011.3
• 申請(qǐng)日: 2020-07-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111679061A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊進(jìn);王歡歡;李蒞臨;張東昱甫;汪文星;趙新;洪佳瑤
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)石油大學(xué)(北京)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N33/24
• 分類(lèi)號(hào): G01N33/24;G01N25/02;G09B25/06
• 代理公司: 北京三友知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11127
• 代理人: 陳偉;陳燁

本發(fā)明提供了一種凍土地層融化沉降試驗(yàn)?zāi)M裝置及方法，所述裝置包括：配置有反應(yīng)腔的反應(yīng)容器；與反應(yīng)容器連接的加壓組件和溫控組件；環(huán)繞反應(yīng)容器側(cè)壁的圍壓組件；模擬導(dǎo)管系統(tǒng)，包括設(shè)在反應(yīng)腔中的導(dǎo)管、穿設(shè)在導(dǎo)管中的鉆桿，鉆桿與導(dǎo)管之間形成環(huán)空；鉆井液循環(huán)系統(tǒng)，包括鉆井液儲(chǔ)罐、與導(dǎo)管連通的進(jìn)液管線、與環(huán)空連通的回液管線、設(shè)在進(jìn)液管線上的加熱裝置、增壓泵和開(kāi)關(guān)閥、設(shè)在回液管線上的過(guò)濾裝置；與反應(yīng)腔連通的采集測(cè)量裝置；與加壓組件、溫控組件、開(kāi)關(guān)閥和采集測(cè)量裝置連接的控制模塊。本發(fā)明能夠獲取不同加熱范圍、加熱溫度條件下，凍土層融出水量與地層沉降量的變化規(guī)律。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及凍土地層區(qū)域資源勘探開(kāi)發(fā)中地層融化沉降研究用裝備，尤其涉及一種應(yīng)用于鉆遇凍土層過(guò)程中地層融化沉降模擬試驗(yàn)的裝置，以及利用該裝置進(jìn)行凍土地層融化沉降試驗(yàn)?zāi)M的方法。

背景技術(shù)

北極、亞北極以及我國(guó)的青藏高原、新疆地區(qū)廣泛發(fā)育著大面積的多年凍土，這些區(qū)域除了常規(guī)油氣資源之外，還賦存著大量的天然氣水合物，存在著極大的開(kāi)發(fā)價(jià)值。然而，凍土層鉆井面臨著巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)。具體為，由于鉆井液與地層間的熱交換作用導(dǎo)致凍土層升溫融化，凍土的承載力大幅下降，井口和表層導(dǎo)管在井口載荷的作用下容易發(fā)生失穩(wěn)下沉，導(dǎo)致作業(yè)中斷，嚴(yán)重影響作業(yè)安全。

目前，已有學(xué)者對(duì)鉆遇凍土過(guò)程中地層沉降進(jìn)行有限元分析的數(shù)值模擬，但對(duì)于有關(guān)于凍土地層受熱融化沉降的模擬試驗(yàn)僅有少部分研究。同時(shí)對(duì)加熱范圍、加熱溫度、凍土融化排出水量與地層沉降量的相關(guān)關(guān)系研究較為欠缺，對(duì)于地層沉降的預(yù)測(cè)尚需加以重視，且未見(jiàn)有控制加熱溫度和加熱范圍的含凍土地層模擬沉降試驗(yàn)裝置，對(duì)不同條件下地層沉降量的預(yù)測(cè)精度不高。

發(fā)明內(nèi)容

基于前述的現(xiàn)有技術(shù)缺陷，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種凍土地層融化沉降試驗(yàn)?zāi)M裝置及方法，可較佳的解決上述問(wèn)題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下的技術(shù)方案。

一種凍土地層融化沉降試驗(yàn)?zāi)M裝置，包括：

反應(yīng)容器，具有用于生成凍土層和模擬凍土層沉降的反應(yīng)腔，設(shè)有用于供用戶觀察所述反應(yīng)腔內(nèi)部情況的可視化窗口；所述反應(yīng)容器包括：上端開(kāi)口的容器體、可拆卸蓋合在所述容器體上端的上蓋；所述反應(yīng)腔的底部設(shè)有濾網(wǎng)；

加壓組件，與所述反應(yīng)容器連接，用于調(diào)節(jié)所述反應(yīng)腔內(nèi)部的壓力；

溫控組件，與所述反應(yīng)容器連接，用于調(diào)節(jié)所述反應(yīng)腔內(nèi)部的溫度；

圍壓組件，環(huán)繞所述反應(yīng)容器的側(cè)壁，用于調(diào)節(jié)所述反應(yīng)腔內(nèi)部的圍壓；

模擬導(dǎo)管系統(tǒng)，包括：設(shè)在所述反應(yīng)腔中并插入凍土層中的多個(gè)導(dǎo)管、對(duì)應(yīng)穿設(shè)在多個(gè)所述導(dǎo)管中的多個(gè)鉆桿；所述導(dǎo)管的側(cè)壁上設(shè)有開(kāi)孔，對(duì)應(yīng)的所述鉆桿與所述導(dǎo)管之間形成環(huán)空；所述導(dǎo)管的底部與所述濾網(wǎng)間隔設(shè)置；

鉆井液循環(huán)系統(tǒng)，包括：鉆井液儲(chǔ)罐、連通所述鉆井液儲(chǔ)罐與多個(gè)所述鉆桿上端的進(jìn)液管線、連通所述鉆井液儲(chǔ)罐與多個(gè)所述環(huán)空的回液管線、設(shè)在所述進(jìn)液管線上的加熱裝置、增壓泵、開(kāi)關(guān)閥和注入流量計(jì)、設(shè)在所述回液管線上的過(guò)濾裝置和流出流量計(jì)；

采集測(cè)量裝置，與所述反應(yīng)腔的底部連通，用于收集和測(cè)量?jī)鐾翆尤诨蟮囊后w量；

控制模塊，與所述加壓組件、溫控組件、開(kāi)關(guān)閥、注入流量計(jì)、流出流量計(jì)和采集測(cè)量裝置連接，用于控制所述加壓組件、溫控組件和開(kāi)關(guān)閥的開(kāi)閉，以及獲取所述注入流量計(jì)、流出流量計(jì)、采集測(cè)量裝置的流量。

一種利用上述實(shí)施例所述的凍土地層融化沉降試驗(yàn)?zāi)M裝置的方法，包括：

步驟S1：將所述上蓋從所述容器體上端拆卸下來(lái)，將模擬砂土層均勻鋪設(shè)在所述反應(yīng)容器的底部，將所述導(dǎo)管插入模擬砂土層中，再在所述導(dǎo)管的四周敷設(shè)含水砂層，隨后將所述上蓋連接在所述容器體上端；