[发明专利]一种模拟水合物分解导致的地层突出破坏的装置和实验方法

权利要求书

1.一种模拟水合物分解导致的地层突出破坏的试验装置：包括，带有顶 盖的模型箱，模型箱四周封闭，能抵抗水合物形成和模拟地层应力所需 要的压力；顶盖能上下移动，作为实验需要提供大于1个大气压的压力时 施加外力的位置，并在顶盖预留孔口供分解实验时排气用；模型箱的边 壁涂有隔热涂料，使得边壁与外界具有隔热功能；在模型箱下部设置沉 积物层以形成水合物地层，沉积物层上方为不含水合物的盖层，盖层上 方为模拟海水层的防冻液体层，水层上方为可活动的模型箱顶盖；模型 箱内还设置有流量计、孔压计、温度传感器、热源、监控设备、采集和 数据处理系统；流量计主要用于控制进入沉积层孔隙中的水量或气量， 即将水或气的饱和度定量化，满足试验需求；孔压计用于测量布置点的 压力，沿竖直方向布置若干孔压计实时记录沉积层内的压力场；温度传 感器用于实时记录沉积层内的温度场；热源用于满足恒温或者恒定功率 的加热条件；监控设备用于远程实时记录水合物分解前锋的推进、水合 物分解后的混合物突出前后覆盖层表面的变化、气体突出过程，保证安 全和记录准确；采集和数据处理系统用于采集并处理实时记录的数据。

2.根据权利要求1中所述的实验装置，其特征为，所述模型箱形状为长 方体或圆柱体。

3.根据权利要求1中所述的实验装置，其特征为，当所述实验装置用于 形成四氢呋喃水合物沉积物时，所述模型箱顶盖采用有机玻璃材料。

4.根据权利要求1中所述的实验装置，其特征为，当所述实验装置用于 形成甲烷水合物沉积物，所述模型箱顶盖采用高强度不锈钢材料。

5.一种模拟水合物分解导致的地层突出破坏的试验方法，包括以下步骤：

(1)在模型箱中填入实验土，分层砸实使其具备一定的干密度，形 成不含水合物的沉积层，并在实验设定位置摆放布置热源、温度传感器 及孔压计；根据实验需求的不同，沉积层上部封盖不同强度的覆盖层；

(2)将一定量的水通过进液口渗入到沉积层中，在形成四氢呋喃水 合物沉积物时，预先将四氢呋喃与水配比成溶液，均匀的渗入沉积层； 在形成甲烷水合物地层时，则继续将甲烷气源接通使其渗入地层，这时 给顶盖施加与气压相等的垂直载荷提供水合物形成时需要的压力；然后 将所述模型箱放入恒温箱内。

(3)由温控箱提供低温，经过2-3天的时间形成一定饱和度的水合 物沉积物；

(4)水合物沉积物形成后，关闭气源，并将内部残余气体排放，由 外力通过顶盖施加压力到水层和地层中提供实验需要的围压条件，开启 所有测量设备，并设定一定的热源条件，进行沉积物中水合物分解试验， 并实时记录各个参数的变化；

(5)试验进行到突出灾害的发生，记录这一时刻的水合物分解前缘、 压力场分布、温度场分布、喷出土量和气量，并观测突出方式及相关几 何参数。