[发明专利]一种海底有上覆致密盖层水合物开采诱发灾害实验模拟研究装置与实验方法

说明书

本发明涉及一种海底有上覆致密盖层水合物开采诱发灾害实验模拟研究装置与实验方法，包括大气‑深水‑地层自然环境可视化模拟系统、天然气水合物注采模拟系统、温度控制系统、压力控制系统、数据采集系统和影像采集系统；本发明设计合理、功能完善且操作简便，借助本发明提供的实验方法，可以对海底有上覆致密盖层水合物开采诱发灾害进行有效的模拟操作，通过相应温度、压力以及气体浓度传感器对模拟过程中的相关数据进行实时监控，利用摄影装置对模拟过程进行全程图像采集。对海底天然气水合物安全高效的开发具有一定的指导价值，对由此造成的地质环境灾害的触发机制的认识与研究具有重要意义，具有广泛的推广应用前景。

技术领域

本发明涉及一种海底有上覆致密盖层水合物开采诱发灾害实验模拟研究装置与实验方法，属于天然气水合物开采诱发灾害实验模拟技术领域。

背景技术

天然气水合物是天然气和水在一定的温度和压力条件下形成的笼型结晶化合物，广泛分布于大陆外边缘和永冻土带。其具有分布范围广、资源储量大，能量密度高等特点，本世纪中叶天然气水合物有望成为一种最为普及的能源燃料。

然而，普遍认为天然气水合物的开发也会带来一系列负面环境影响，如加剧温室效应，引发地壳变动等地质灾害，破坏海洋生物群种。在自然界中压力和温度微小的变化都会引起天然气水合物分解，并向大气释放甲烷气体。在开发天然气水合物过程中甲烷气体泄漏进入大气势必加剧温室效应，造成温度升高，这将引起永冻土带之下的天然气水合物自动分解，温室效应进一步加剧；开采造成水合物分解，释放气体而留下水，即固态水合物变成液态水，这可能导致沉积物物理性质、地球物理性质以及地球化学性质发生变化，引发地壳变动及海底滑塌；海底沉积物中的天然气水合物分解的甲烷进入水体，与溶解氧发生反应，使得海水中溶解氧浓度降低，同时全球气候变暖又会使水体温度升高，进一步降低溶解氧浓度，影响陆地和海洋中生物种群的生存演化.

现有的天然气水合物开发引发灾害的模拟系统局限于对水合物分布及微观力学特性的研究，或者利用岩心管对单独密闭水合物储层的模拟开发，而对于有上覆致密盖层地层整体的形变、海水的扰动以及大气中甲烷浓度的变化研究不足，缺乏大气-海洋-地层全方位的宏观模拟系统。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种结构简单、安装布设方便、工作性能可靠且能够全方位模拟的海底有上覆致密盖层水合物开采诱发灾害实验模拟研究装置。

本发明还提供一种利用上述实验模拟研究装置的实验方法。

本发明的技术方案如下：

一种海底有上覆致密盖层水合物开采诱发灾害实验模拟研究装置，包括大气-深水-地层自然环境可视化模拟系统、天然气水合物注采模拟系统、温度控制系统、压力控制系统、数据采集系统和影像采集系统；

天然气水合物注采模拟系统与大气-深水-地层自然环境可视化模拟系统内部连接，用于向大气-深水-地层自然环境可视化模拟系统注入热流体并收集排出气体，实现模拟水合物储层的注热流体开发；

温度控制系统与大气-深水-地层自然环境可视化模拟系统外表面连接，用于控制和调节大气-深水-地层自然环境可视化模拟系统的实验温度；

压力控制系统与大气-深水-地层自然环境可视化模拟系统内部连接，用于控制和调节大气-深水-地层自然环境可视化模拟系统的实验压力；

数据采集系统与大气-深水-地层自然环境可视化模拟系统连接，用于获取实验过程中的实验数据，并将实验数据传输给计算机，由计算机进行实验数据的分析计算；

影像采集系统用于捕捉大气-深水-地层自然环境可视化模拟系统的实验图像，并将试验图像传输给计算机，由计算机进行实验图像的分析计算；