本發(fā)明涉及天然氣水合物研究的技術領域，具體地涉及一種凍土區(qū)天然氣水合物地層穩(wěn)定態(tài)監(jiān)測方法。

背景技術：

天然氣水合物(naturalgashydrate)是在低溫高壓下由水與小客體氣體分子組成的類冰、非化學計量、籠形固體化合物，俗稱“可燃冰”，因其中的氣體成分主要為甲烷，故又稱甲烷水合物(methanehydrate)。天然氣水合物能量密度高，在理想狀況下，1m³的天然氣水合物可分解出164m³的甲烷氣體和0.8m³的水。而地球上天然氣水合物蘊藏量十分豐富，天然氣體水合物廣泛分布于多年凍土區(qū)、大陸架邊緣的深海沉積物和深湖泊沉積物中，估計全球天然氣水合物中的碳儲量為2×10¹⁶m³，相當于全球已探明常規(guī)化石燃料總碳量的兩倍以上。然而，天然氣水合物在給人類帶來新的美好能源前景的同時，對人類生存環(huán)境也提出了嚴峻的挑戰(zhàn)，其潛在的災害和環(huán)境效應不容忽視。天然氣水合物的穩(wěn)定性與溫度和壓力關系密切，一旦周圍的溫度和壓力發(fā)生改變就會引起其分解，從而成為海底滑坡等地質災害重要誘因；另外，天然氣水合物分解能釋放出大量溫室效應極強的甲烷氣體，其導致的溫室效應相當于同等重量co2的20倍。

天然氣水合物通常賦存于甲烷與水相變的邊界溫壓條件下，因此溫度和壓力的任何改變都極有可能誘發(fā)氣水合物的分解和氣體逸散，若有不慎，讓海底天然氣水合物中的甲烷氣逃逸到大氣中去，從而導致災難性的后果。而且固結在海底沉積物中的水合物，一旦條件變化，海平面的下降或是海洋底層水溫度的升高都有可能造成天然氣水合物的分解，使甲烷氣從水合物中釋出，還會改變沉積物的物理性質，極大地降低海底沉積物的工程力學特性，使海底軟化，出現大規(guī)模的海底滑坡，毀壞海底工程設施，如：海底輸電或通訊電纜和海洋石油鉆井平臺等。而若滑坡發(fā)生在相當大的尺度范圍內，則有可能引發(fā)海嘯等地質災害。

由于天然氣水合物可能帶來的諸多不安全因素，廣大學者在進行天然氣水合物勘探開發(fā)過程中，表現的慎之又慎，亦在實驗室內進行了大量的模擬、分析。但作為開采過程中可能帶來的安全問題，在野外工作現場進行的安全性監(jiān)測卻很少。而作為形成于固結巖層，位于低緯度、高海拔凍土區(qū)天然氣水合物開采過程中可能帶來的地質災害問題的研究，尚未見報道。

技術實現要素：

本發(fā)明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供一種區(qū)天然氣凍土水合物地層穩(wěn)定態(tài)監(jiān)測方法,其利用凍土區(qū)第四系沉積物季節(jié)性凍融和基巖的具體特性，優(yōu)化埋設測斜管和設備升級，實現地層變形的雙向監(jiān)測和數據的實時傳輸記錄，既能監(jiān)測水平方向地層橫向位移，又能監(jiān)測垂直方向地層縱向沉降，為天然氣水合物鉆探和試采過程中地層安全性提供有效的數字化記錄和技術支撐。

本發(fā)明的技術解決方案是：這種凍土區(qū)天然氣水合物地層穩(wěn)定態(tài)監(jiān)測方法，其包括以下步驟：

(1)對凍土層進行斜孔鉆探；

(2)優(yōu)化測斜儀探頭和測斜管；

(3)測斜管接口密封；

(4)已密封測斜管傾斜安裝；

(5)用測斜儀進行初值測定；

(6)定期進行數據采集，開展橫向位移、縱向沉降計量分析。

本發(fā)明通過優(yōu)化測斜儀探頭和測斜管，密封測斜管并傾斜安裝，用測斜儀進行初值測定，定期進行數據采集，開展橫向位移、縱向沉降計量分析，從而能夠利用凍土區(qū)第四系沉積物季節(jié)性凍融和基巖的具體特性，優(yōu)化埋設測斜管和設備升級，實現地層變形的雙向監(jiān)測和數據的實時傳輸記錄，既能監(jiān)測水平方向地層橫向位移，又能監(jiān)測垂直方向地層縱向沉降，為天然氣水合物鉆探和試采過程中地層安全性提供有效的數字化記錄和技術支撐。

附圖說明

圖1是根據本發(fā)明的凍土區(qū)天然氣水合物地層穩(wěn)定態(tài)監(jiān)測方法的流程圖。

圖2是根據本發(fā)明的測斜儀的安裝示意圖。

具體實施方式

如圖1、2所示，這種凍土區(qū)天然氣水合物地層穩(wěn)定態(tài)監(jiān)測方法，其包括以下步驟：

(1)對凍土層進行斜孔鉆探；

(2)優(yōu)化測斜儀探頭和測斜管5；

(3)測斜管接口密封；

(4)已密封測斜管傾斜安裝；

(5)用測斜儀進行初值測定；

(6)定期進行數據采集，開展橫向位移、縱向沉降計量分析。

本發(fā)明通過優(yōu)化測斜儀探頭和測斜管，密封測斜管并傾斜安裝，用測斜儀進行初值測定，定期進行數據采集，開展橫向位移、縱向沉降計量分析，從而能夠利用凍土區(qū)第四系沉積物季節(jié)性凍融和基巖的具體特性，優(yōu)化埋設測斜管和設備升級，實現地層變形的雙向監(jiān)測和數據的實時傳輸記錄，既能監(jiān)測水平方向地層橫向位移，又能監(jiān)測垂直方向地層縱向沉降，為天然氣水合物鉆探和試采過程中地層安全性提供有效的數字化記錄和技術支撐。

另外，如圖1所示，所述步驟(1)中，根據凍土區(qū)地層的軟硬程度和產狀傾角設置鉆井的傾斜角度，井孔直徑與測斜儀導管匹配，采用小型鉆機進行鉆探，鉆進方向與水平方向呈50°-70°的夾角，以保證受水平、垂向不同方向的受力監(jiān)測；鉆進深度方面，穿過地表季節(jié)性凍融層、凍土層1、非凍土層2、天然氣水合物層3和基巖4。

另外，所述步驟(2)中，將測斜儀探頭改裝為塑性傳感探頭、測斜管由常規(guī)的圓形導槽管改為圓形光滑管，測斜儀探頭在測斜管中上下測量時，對地層變形引起的導管局部變形進行360°的數據記錄，從而監(jiān)測水平方向地層橫向位移和垂直方向地層縱向沉降的變化。

另外，所述步驟(3)中，連接下放到鉆孔中的測斜管，做好接口和管底密封，并在深水中進行密封和壓力試驗，確保測斜管密封完好，埋入地層無滲漏。

另外，所述步驟(4)中，完鉆井孔內布置安裝空心圓柱形測斜儀導管，導管內徑與測斜儀匹配，導管由3m管對接組裝，并完成防腐和密封，導管一端在地表，一端固定在基巖。

另外，所述步驟(5)中，測斜儀導管安裝后，將測斜儀在管內上下滑動，手動控制測斜儀移動至不同井深，深度間隔受拉動測斜儀探頭的帶深度纜線控制，精度可達0.1mm；測斜儀導管局部變形通過測斜儀塑性傳感探頭進行監(jiān)測記錄，安裝后初次測定數據為初值。

另外，所述步驟(6)中，若監(jiān)測凍土區(qū)氣溫變化對地層穩(wěn)定態(tài)的影響，則按季度獲取監(jiān)測數據；若監(jiān)測天然氣水合物開采、試采過程對地層穩(wěn)定態(tài)的影響，則按天獲取監(jiān)測數據。

另外，所述步驟(6)中，進行多鉆孔布置，形成三維立體網絡式地層穩(wěn)定態(tài)監(jiān)測技術，通過測斜管局部變形后采集的監(jiān)測數據，與初次測量的初值進行對比，監(jiān)測地層受凍土凍融、天然氣水合物合成分解因素引起的地質災害。

具體地，測斜裝置的埋設技術主要是鉆孔和導管連接技術，其關鍵在于：

1.定位準確。測斜導管應埋設于地基土體水平位移最大的平面位置，一般埋設于路堤邊坡坡趾或邊溝上口外緣1.0m左右的位置。

2.在選定的部位鉆孔，孔徑以大于測斜導管最大外徑40mm為宜，鉆孔的鉛直度偏差不大于正負1度?？咨钸_無水平位移處，即應埋入硬土層或基巖中不少于2m。由于護壁泥漿的沉淀，鉆孔深度要比導管設計深度大20％左右。

3.接長管道時，應使導向槽嚴格對正，不得偏扭。為正常發(fā)揮測斜導管對其周圍土體變形的監(jiān)測作用，測斜管管體必須具有適應沉降變形的能力，因此管體接頭處應預留沉降段。每節(jié)管道的沉降段長度不大于10cm，當不能滿足預估的沉降量時，應縮小每節(jié)管長。

4.測斜導管底部要裝有底蓋，底蓋及各測斜導管連接處應進行封閉處理，以防泥漿滲入管內。

5.埋設過程如下：將有底蓋的測斜導管放入鉆孔內，用管接頭將測斜導管連接，量好預留段長度，然后逐根邊鉚接、邊封閉邊下入孔內，注意應使測斜導管內的一對導槽向預計位移的主方向靠近。在測斜導管下入鉆孔過程中應向導管內注入清水來減小鉆孔內水產生的浮力，提高埋設速度。或者，保持管內是空的，因為一旦進水，在凍土區(qū)內，很快就會凍結成冰，自然無法進行后期的測斜、沉降監(jiān)測(因為具體監(jiān)測，需要從管口下放測斜儀等進行數據采集)，這也是為什么將下放的測斜管底部、接口全部密封的原因。此處如果說為了方便下放測斜管而讓管內充水，也得在下放完畢后，在水體凍結之前將管內的水全部抽取干凈。同時，必須保證測斜導管內清潔干凈。

6.導向槽與欲測方位應用經緯儀嚴格對正。

7.測斜導管與孔壁之間的空隙可用粗砂回填。也可改為用鉆井過程中采出的巖心碎塊、碎渣進行回填，確保原位鉆采、原位回填，最大程度保證地層巖性的恢復，提升數據的可靠性。

8.埋設完成后，應及時將測斜導管的有關資料記入埋設考證記錄表?？甲C表的主要內容包括：工程名稱、儀器型號、生產廠家、測斜孔編號、孔深、孔口高程、孔底高程、埋設位置、埋設方式、導槽方向、測斜導管規(guī)格、埋設示意圖、主要埋設人員、埋設日期等。

9.測斜導管埋好后，經一段時間穩(wěn)定，即可建立初值。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據本發(fā)明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬本發(fā)明技術方案的保護范圍。