[發明專利]天然氣水合物分解誘發海底滑坡的模擬實驗裝置及方法

在審

• 申請號: 202110168149.0
• 申請日: 2021-02-07
• 公開（公告）號: CN113009109A
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 蔣宇靜;李萌;欒恒杰;顏鵬;梁偉;馬先壯;王長盛
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;E21B43/295;E21B43/01
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 張凱

1.一種天然氣水合物分解誘發海底滑坡的模擬實驗裝置，其特征在于，包括模型箱體、注氣系統、滑坡系統、觀測系統和數據采集分析系統；

所述模型箱體底部設置有支腿，各個側面均設置有可視窗口，模型箱體的上表面設置有氣體通道，氣體通道與第一空壓機相連，氣體通道上設置有流量調節閥和壓力表；所述注氣系統與模型箱體、滑坡系統相連，注氣系統包括第二空壓機、氣體流量計、氣體管路和流量調節閥，空壓機通過氣體管路和多個滲透盒相連，氣體管路上設置有氣體流量計和流量調節閥；所述滑坡系統在模型箱體內配置，滑坡系統包括滲透盒、黏土層、沉積物層和水合物層，模型箱體內依次傾斜布置第一沉積物層、第一黏土層、滲透盒、水合物層、第二黏土層和第二沉積物層；所述觀測系統包括高速攝像機和多個壓力傳感器，水合物層和第二沉積物層布置有多個壓力傳感器；所述數據采集分析系統收集壓力傳感器和高速攝像機的監測信息并計算滑坡過程中的應力和應變。

2.根據權利要求1所述的一種天然氣水合物分解誘發海底滑坡的模擬實驗裝置，其特征在于，所述模型箱體的可視窗口利用亞克力玻璃板制作而成，可視窗口上設置有坐標刻度。

3.根據權利要求1所述的一種天然氣水合物分解誘發海底滑坡的模擬實驗裝置，其特征在于，所述第一空壓機模擬海水的靜水壓力，第二空壓機模擬天然氣水合物分解產生的甲烷氣體，模擬各個位置超孔隙壓力產生與滑坡的關系。

4.根據權利要求3所述的一種天然氣水合物分解誘發海底滑坡的模擬實驗裝置，其特征在于，所述氣體管路和模型箱體之間通過法蘭連接，所述滲透盒具有三種規格，三種滲透盒的滲透能力分別為0.30m³/(h·盒)、0.25m³/(h·盒)和0.20m³/(h·盒)。

5.根據權利要求4所述的一種天然氣水合物分解誘發海底滑坡的模擬實驗裝置，其特征在于，所述滲透盒使用鋼板制作而成，滲透盒內布置有支架，支架上固定有透氣材料；滲透盒的底部設置有氣孔，氣孔和氣體管路的支管相連。

6.根據權利要求4所述的一種天然氣水合物分解誘發海底滑坡的模擬實驗裝置，其特征在于，所述水合物層包括石英砂和水，所述第二沉積物層上方由水覆蓋。

7.一種天然氣水合物分解誘發海底滑坡的模擬實驗方法，其特征在于，利用權利要求1至6任一項所述的一種天然氣水合物分解誘發海底滑坡的模擬實驗裝置，步驟包括：

S1.確定模擬天然氣水合物的坡度，在模型箱體內按照坡度依次布置第一沉積物層和第一黏土層；

S2.在第一黏土層的上方布置滲透盒，滲透盒按照由中間向兩側滲透能力依次減小的順序布置；

S3.滲透盒上方按照坡度布置天然氣水合物層，天然氣水合物層上方布置第二黏土層，并布置壓力傳感器，在第二黏土層上方布置第二沉積物層，并在第二沉積物層噴涂散斑；

S4.在第二沉積物層上方充水，水面沒過第二沉積物層，打開第一空壓機，調節氣體通道上的流量調節閥，保持模型箱體內的靜水壓力穩定；

S5.觀測系統和數據采集分析系統監測第二沉積物層的應變位移和壓力變化；

S6.開啟第二空壓機，并根據監測數據調整氣體管路上的流量調節閥；

S7.重復步驟S1-S6，其中調整模擬天然氣水合物的坡度和氣體管路通入的氣體流量，進行多組試驗，數據采集分析系統記錄監測數據。

8.根據權利要求7所述的一種天然氣水合物分解誘發海底滑坡的模擬實驗方法，其特征在于，所述監測數據包括壓力傳感器的監測數據，根據壓力傳感器的監測數據調整氣體管路上的流量調節閥，保持滲透盒層位中間位置的孔隙壓力最大，并且孔隙壓力由中間向兩側依次減小。