[发明专利]模拟天然气水合物分解诱发海底边坡失稳的试验装置

说明书

本发明公开了模拟天然气水合物分解释放诱发海底边坡失稳的试验装置，涉及一种岩土工程离心模型试验装置。模型箱包括玻璃密封箱、温度控制系统、压力控制系统、体积损失模拟系统、拍摄系统和数据采集组件，其中玻璃密封箱有能够开启并且可动的密封上盖，上盖通过液压系统给水加压，用于模拟不同水压，模型箱内填充海底边坡模型；温度控制组件包括加热器、温度计以及温度控制电路；通气系统包括气箱和气导管；数据采集组件包括刻度尺、孔隙水压力计和薄膜压力传感器；体积损失模拟系统包括土坡下的升降台和升降速度控制系统。本发明能通过控制水压和温度模拟天然气水合物分解释放诱发海底边坡失稳，具有操作方便、构造简单、控制精确等特点。

技术领域

本发明涉及一种岩土工程离心模型试验装置，尤其是涉及天然气水合物分解导致孔压和土压力变化的海底边坡失稳的模型箱。

背景技术

天然气水合物是天然气在高压低温条件下与水形成的内含笼形孔隙的冰状晶体，是一种亚稳态物质。天然气水合物主要的赋存条件是深水区的海底沉积物和陆地永久冻土地带，近年来在海洋和冻土带发现巨大天然气水合物资源储量。天然气水合物具有洁净、能量密度高、资源量巨大、埋藏浅、分布广泛等特点，是最有希望成为具有商业开发前景的新能源。

天然气水合物在给人类带来福利的同时，其开采的高风险性也对人类生存环境提出了严峻挑战。天然气水合物主要赋存于深水区的海底沉积物和陆地永久冻土带中，赋存条件极其脆弱敏感。天然气水合物开采过程中的最大难点是储层稳定性问题。天然气水合物的稳定区域取决于温度和压力条件，受环境变化和人工工程活动引起的温度或压力的轻微变化都有可能使水合物分解，天然气水合物分解会产生大量的水和气体，导致孔隙压力迅速上升，过高的孔隙压力会极大限度地降低沉积物强度和承载能力，使得天然气水合物储层软化甚至液化，从而影响海底沉积物的稳定性。

因此，认识天然气水合物分解对海底滑坡的影响，了解天然气水合物的力学特性，对水合物沉积层存在的风险以及对海底结构物的影响进行正确评价以及有效控制，对海底天然气水合物开采以及水合物储层附近石油勘探、开发和运输以及海底工程设施建设都具有重要意义。

发明内容

为了克服背景技术中的不足，本发明的目的是提供一种模拟天然气水合物分解诱发海底边坡失稳的试验装置。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种模拟天然气水合物分解诱发海底边坡失稳的试验装置，包括模型箱(1)、玻璃密封箱(13)、温度控制系统、压力控制系统、体积损失模拟系统、通气系统和数据采集组件；

所述模型箱(1)前侧为开口玻璃窗，用于观测模型箱(1)内部；所述玻璃密封箱(13)、温度控制系统、压力控制系统、体积损失模拟系统、通气系统和数据采集组件均设于模型箱(1)内部；

所述玻璃密封箱(13)为顶部开口的桶状，玻璃密封箱(13)内设有可开启的上盖(25)，所述上盖(25)与玻璃密封箱(13)形成密闭腔室用于形成封闭的试验空间；

所述密闭腔室内有模拟土坡(16)和水，所述模拟土坡(16)设置在密闭腔室底部用于模拟海底边坡；

所述温度控制系统用于控制密闭腔室内的温度，所述压力控制系统用于在密闭腔室内形成的不同压力，所述体积损失模拟系统用于模拟开采中在底层留下的空隙，所述通气系统用于模拟天然气水合物分解产生的气体，所述数据采集组件用于采集试验数据。

所述压力控制系统包括压力单元组、上盖(25)、水压计(9)以及压力控制电路；