本發(fā)明涉及天然氣水合物地質(zhì)技術(shù)領(lǐng)域的一種模擬壓力對天然氣水合物地層裂縫影響的實驗裝置。

背景技術(shù)：

天然氣水合物是由水和甲烷在低溫高壓條件下通過范德華力相互作用，形成的一種外觀像冰，但晶體結(jié)構(gòu)卻與冰不同的疏松結(jié)晶化合物。天然氣水合物在海底的存在形式有兩種，一種是存在于海底表面，一種是存在于海底以下幾百米。對于海底以下幾百米的天然氣水合物根據(jù)賦存深度的變化，其豐度不同；天然氣水合物層的附近區(qū)域在不同海洋壓力條件下的存在形式，以及產(chǎn)生應(yīng)力裂縫等地質(zhì)變化對天然氣水合物的工程作業(yè)有重要意義。若海底天然氣水合物層附近地層出現(xiàn)較大裂縫或地層疏松等問題，這將直接導(dǎo)致在鉆井過程中井壁周圍地層不穩(wěn)定，容易造成天然氣水合物發(fā)生分解，從而造成取樣困難、井壁失穩(wěn)和井涌甚至井噴等工程問題。因此，對于天然氣水合物層附近地層在海底壓力狀態(tài)下的存在形式，裂縫伸展方向有必要進行研究。若發(fā)明一種能夠有效模擬壓力對天然氣水合物地層裂縫影響的實驗裝置，它能對天然氣水合物層附近地層在海底不同壓力作用下產(chǎn)生的應(yīng)力裂縫進行可視化研究，將對現(xiàn)場實際工程具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：提供一種模擬壓力對天然氣水合物地層裂縫影響的實驗裝置。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明是一種模擬壓力對天然氣水合物地層裂縫影響的實驗裝置，主要由加壓泵、出氣口、計算機監(jiān)測系統(tǒng)、氣層、水層、壓力傳感器、泥巖顆粒、尼龍顆粒、巖石層A、箱體、巖石層B、活塞、活塞環(huán)、儲氣室、伸縮式氣體通道和高速攝像機組成。箱體內(nèi)從上往下依次設(shè)有活塞環(huán)、活塞、氣層、水層、壓力傳感器、巖石層B、泥巖顆粒、尼龍顆粒和巖石層A；活塞環(huán)上部設(shè)有4個出氣口采用對稱式設(shè)計，用于氣體流出并使活塞往下運動。箱體是實際模擬海下天然氣水合物層的狀態(tài)，其長寬高尺寸為：5m×4m×3m。巖石層A和巖石層B為兩種材質(zhì)一樣的巖石且基本組分與海底巖石一致，箱體內(nèi)設(shè)置的模擬巖石層A厚60cm，模擬巖石層B厚50cm；實驗過程中所使用的泥巖顆粒和尼龍顆粒直徑都為4mm，且這兩種顆粒采用上下錯位設(shè)計。箱體由高強度耐壓透明PC材料制成，承壓10MPa；伸縮式氣體通道采用可伸縮式設(shè)計，可根據(jù)活塞的向下運動而運動。在箱體內(nèi)部的右側(cè)設(shè)有4個壓力傳感器，這4個壓力傳感器分別設(shè)于儲氣室右上部、活塞右部、巖石層A中部和巖石層B中部；在整個實驗?zāi)M過程中尼龍顆粒模擬天然氣水合物顆粒，泥巖顆粒模擬海底地層泥巖；水層模擬海水，巖石層A和巖石層B模擬海底巖石地層。

本發(fā)明的優(yōu)點：整個實驗過程操作簡單，通過可視化實驗和壓力監(jiān)測能準(zhǔn)確的得到壓力對天然氣水合物層附近地層裂縫的變化規(guī)律并能實時得到壓力變化情況。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種模擬壓力對天然氣水合物地層裂縫影響的實驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1.加壓泵，2.出氣口，3.計算機監(jiān)測系統(tǒng)，4.氣層，5.水層，6.壓力傳感器，7.泥巖顆粒，8.尼龍顆粒，9.巖石層A，10.箱體，11.巖石層B，12.活塞，13.活塞環(huán)，14.儲氣室，15.伸縮式氣體通道，16.高速攝像機。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明。

如圖1所示，本發(fā)明一種模擬壓力對天然氣水合物地層裂縫影響的實驗裝置，主要由加壓泵1、出氣口2、計算機監(jiān)測系統(tǒng)3、氣層4、水層5、壓力傳感器6、泥巖顆粒7、尼龍顆粒8、巖石層A9、箱體10、巖石層B11、活塞12、活塞環(huán)13、儲氣室14、伸縮式氣體通道15和高速攝像機16組成。箱體10內(nèi)從上往下依次設(shè)有活塞環(huán)13、活塞12、氣層4、水層5、壓力傳感器6、巖石層B11、泥巖顆粒7、尼龍顆粒8和巖石層A9；活塞環(huán)13上部設(shè)有4個出氣口2采用對稱式設(shè)計，用于氣體流出并使活塞12往下運動。

如圖1所示，具體模擬過程為：首先打開計算機監(jiān)測系統(tǒng)3，使4個壓力傳感器6的數(shù)據(jù)能傳回計算機監(jiān)測系統(tǒng)3，接著打開加壓泵1，本實驗中采用排量為50L的加壓機使氣體通過伸縮式氣體通道15，從出氣口2流出進入儲氣室14。當(dāng)儲氣室14內(nèi)的氣體不斷增加且儲氣室14內(nèi)的壓力大于活塞12下部的壓力時，活塞12往下運動，伸縮式氣體通道15伸長；隨著活塞12不斷往下運動，巖石層B11和巖石層A9受到的壓力不斷增大，從計算機監(jiān)測系統(tǒng)3內(nèi)可清楚的看到巖石層B11和巖石層A9的壓力變化情況。隨著活塞12不斷往下運動，壓力不斷增大，當(dāng)壓力達(dá)到巖石層B11表面出現(xiàn)裂縫的壓力時，通過計算機監(jiān)測系統(tǒng)3可直接讀出裂縫剛剛產(chǎn)生時巖石層B11內(nèi)部的壓力值為6MPa；在壓力繼續(xù)增加的作用下，巖石層B11內(nèi)部的裂縫向上延伸，當(dāng)達(dá)到巖石層B11厚度的三分之二時，通過計算機監(jiān)測系統(tǒng)3可直接讀出此時的壓力值為8.5MPa，此時可關(guān)閉加壓泵1并停止實驗，記錄實驗數(shù)據(jù)，即整個實驗?zāi)M過程結(jié)束。整個實驗過程中通過高速攝像機16記錄下了整個裂縫的產(chǎn)生及延伸過程，這將為現(xiàn)場實際工程提供有力的參考依據(jù)。