一种多变量条件海底浅层气渗漏模拟方法技术

本发明专利技术涉及一种多变量条件海底浅层气渗漏模拟方法，包括如下步骤：步骤1：在水舱内部的各层模拟室铺满石英砂，石英砂的粒径从上往下依次增大；步骤2：将蓄水池内的水注入至水舱内部，水渗透至石英砂内；步骤3：模拟气体渗漏至石英砂内，模拟气体向上运移并进入水中，最终从水中逸出；步骤4：集气罩将从水中逸出的模拟气体收集并送入集气罐内存储；步骤5：模拟气体对最表面的石英砂造成形变的改造作用，记录石英砂的形变过程及测量出石英砂形变的数据；骤6：持续记录石英砂的形变过程及测量出石英砂形变的数据，直至实验结束。本发明专利技术通过铺设石英砂模拟海洋海底环境，甲烷作为模拟气体，模拟方法简便可靠，模拟结果更准确。

A Multivariable Conditional Seabed Shallow Gas Leakage Simulation Method

The invention relates to a method for simulating shallow seabed gas leakage under multi-variable conditions, which comprises the following steps: step 1: laying quartz sand on each layer of simulation chamber inside the tank, and the particle size of quartz sand increases from top to bottom; step 2: injecting water into the tank and permeating water into the quartz sand; step 3: simulating gas leakage into the quartz sand and simulating gas upward transportation. Moving into the water and eventually escaping from the water; Step 4: The gas cap collects the simulated gas escaping from the water and feeds it into the gas collecting tank for storage; Step 5: The simulated gas transforms the most surface quartz sand, records the deformation process of quartz sand and the data of quartz sand deformation measurement; Step 6: Continuously record the deformation process of quartz sand and measure the deformation of quartz sand. Data until the end of the experiment. The invention simulates the ocean bottom environment by laying quartz sand, and uses methane as the simulated gas. The simulation method is simple and reliable, and the simulation results are more accurate.

【技术实现步骤摘要】
一种多变量条件海底浅层气渗漏模拟方法
本专利技术涉及浅层气模拟装置
，具体是一种多变量条件海底浅层气渗漏模拟方法。
技术介绍
浅层气是指埋藏深度比较浅(一般在1500m以内)、储量比较小的各类天然气资源，因此，许多海底都有浅层气的存在，浅层气可能是浅层生物作用形成的生物成因气，也可能是深部气体沿运移疏导通道进入浅层的热成因气，或是浅层聚集的水合物因温压条件改变而分解所释放产生的气体。海底浅层地质条件不稳定，浅层气体通常会以扩散或者渗漏的形式向海底运移，进而引起海底浅表层地貌形态的改变。由于海底地质条件复杂多样，气体渗漏对海底地形、地貌的改造效果也不尽相同。其中，海底浅层沉积物的岩性特征、上覆海水的压力、气体渗漏强度、气体渗漏点的位置和渗漏作用持续时间等地质变量对研究浅层气的渗漏特征及对海底微地形、地貌的改造具有重要影响。在大陆边缘位置的海底海洋沉积物中，温度、压力条件稳定且适宜的区域常会形成天然气水合物。然而，温度、压力条件的改变常会引起水合物稳定域的破坏，导致水合物快速分解并释放出大量的甲烷气体。一方面，这些气体或弥散进入沉积物中或溶解于水中，但大部分逸出海水进入大气，对局部气候环境造成影响；另一方面，水合物分解伴随着气体的急剧膨胀和压力的瞬间释放，对海底浅层沉积物具有明显的改造作用，常形成海底丘状体、海底麻坑、羽状流、海底断裂等典型地质结构。急剧的气体膨胀、泄压释放甚至能引起海底滑塌、海底断裂等地质灾害。因此，对海底浅层气渗漏的模拟具有非常现实意义，特别是对天然气水合物的研究也有着重要的意义。而现有对海底浅层气渗漏模拟存在许多不足之处：1、现有的浅层气渗漏模拟基本都是通过对模拟过程中渗漏浅层气的采集回收以分析浅层气在地层渗漏过程中的化学组成和性质变化，而很少着眼于浅层气对海底地形的直接改造过程，也即现有的浅层气渗漏模拟缺乏直观性，不能对浅层气持续渗漏下的观测，更不能对经改造形成的特殊地质结构进行定量描述；2、现有的浅层气渗漏模拟基本都是固定、单一控制变量条件下开展浅层气渗漏模拟并且缺乏背景实验(即对照实验)，无法对复杂条件下、多地质变量共同影响下的浅层气渗漏形成系统、全面的认识，也无法进行必要的背景值校正；3、现有的浅层气渗漏模拟对地层的模拟多采用整体式的，可控变量有限，从而导致模拟结果精度较低，不能真实地反映复杂地质条件下海底地层非均质性的特征。比如公开号为CN205562141U的中国技术专利、公开号为CN104715674A的中国专利技术专利和公开号为CN101726559A的中国技术专利均存在上述的一些不足之处。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的提供一种多变量条件海底浅层气渗漏模拟方法，其能够解决对海底浅层气渗漏模拟的问题。实现本专利技术的目的的技术方案为：一种多变量条件海底浅层气渗漏模拟方法，包括如下步骤：步骤1：在水舱内部的各层模拟室铺满石英砂，在各层模拟室内的石英砂的粒径从上往下依次增大；步骤2：将蓄水池内的水经过注水管后从注水喷头喷出，注入至水舱内部，水依次向下经过各层模拟室并渗透至石英砂内；步骤3：当水渗透至最下层模拟室内的石英砂内后，将供气罐内的模拟气体通过气体分流管的顶部流出，并经渗漏空心筒顶部和侧壁的通气孔向外渗漏出，从渗漏空心筒的顶部流出的模拟气体依次向上经过各层模拟室并渗漏至石英砂内，模拟气体沿着各层模拟室内的石英砂向上运移并进入水中，模拟气体最终从水中逸出；步骤4：设置在水舱内部且没入水中的集气罩将从水中逸出的模拟气体收集并经过气体传输管送入集气罐内存储，集气罩上的气体浓度探针采集模拟气体浓度；步骤5：在模拟气体在石英砂内向上运移过程中，模拟气体对最表面的石英砂造成形变，记录石英砂的形变过程及测量出石英砂形变的数据；步骤6：持续记录石英砂的形变过程及测量出石英砂形变的数据，直至实验结束。进一步地，在所述水舱内设置轴向的隔板，隔板将水舱分割形成两个独立的模拟区域；在两个独立的模拟区域内注入不同水量，使得两个独立的模拟区域的水平面不在同一高度，模拟真实海平面周期性升降变化；从两个独立的模拟区域内分别设置的气体分流管流入至两个独立的模拟区域内的模拟气体的流量和流速均相异，模拟真实海洋海底环境下的浅层气渗漏的不同强度。进一步地，所述注水喷头设置在水舱内部，注水喷头通过注水管与蓄水池连接；所述模拟室设置在水舱内部，设有若干层模拟室，各层模拟室上铺设有石英砂，从上往下依次在各层模拟室铺设的石英砂的粒径依次增大；在石英砂的最表面以上的水舱内部注满水，水依次向下经过各层模拟室并渗透至石英砂内；水舱内部还设有用于收集气体的集气罩，集气罩位于注水喷头的下方，集气罩通过气体传输管与集气罐连接，集气罐用于存储集气罩收集到的气体，集气罩没入水中；所述供气罐与气体分流管连接，气体分流管伸入至渗漏空心筒的内部，渗漏空心筒竖直固定在模拟室内并从最下层的模拟室一直延伸到最上层的模拟室，渗漏空心筒为中空结构，渗漏空心筒的侧壁上设有若干通气孔，通气孔的直径小于石英砂的粒径，供气罐内存储有模拟气体，模拟气体通过气体分流管的顶部流出并经渗漏空心筒的通气孔渗漏出，渗漏出的模拟气体依次向上经过各层模拟室并渗漏至石英砂内。进一步地，所述模拟气体为甲烷。进一步地，所述水舱内设有三个模拟室，分别为从下往上依次设置的底层模拟室、中层模拟室和顶层模拟室。进一步地，所述底层模拟室、中层模拟室和顶层模拟室上分别铺设有粒径为250微米、180微米和125微米的石英砂。进一步地，所述集气罩上设有气体浓度探针，气体浓度探针用于测量流入集气罩内的模拟气体浓度。进一步地，所述水舱的侧壁上设有用于监测水舱内的水体压力的压力传感器。进一步地，还包括排水管，排水管的一端穿过水舱的侧壁进入水舱内部，另一端与蓄水池连接，排水管用于将水舱的水排出到蓄水池。进一步地，所述气体分流管上还设有控制阀门，用于调节供气罐的气体注入至气体分流管的压力。本专利技术的有益效果为：本专利技术通过铺设石英砂模拟海洋海底环境，并使用甲烷作为浅层气的模拟气体，可通过设置不同的实验条件达到多变量条件下的海底浅层气渗漏实验的模拟，且对复杂条件下、多地质变量共同影响下的浅层气渗漏形成系统、全面的认识，可以必要的背景值校正，模拟更准确，通过收集模拟实验数据，能对经改造形成的特殊地质结构进行定量描述，模拟方法简便可靠，模拟结果更准确。附图说明图1为本专利技术的较佳实施例的流程图；图2为实现本专利技术方法的结构示意图；图中，1-隔板、2-注水喷头、3-水舱、4-注水管、5-流量计、6-气体传输管、7-气体体积计量仪、8-控制阀门、9-集气罐、10-蓄水池、11-高压泵、12-控制器、13-电线、14-供气罐、15-压力表、16-气体分流管、17-橡胶皮塞、18-渗漏空心筒、19-底层模拟室、20-中层模拟室、21-顶层模拟室、22-排水管、23-摄像头、24-压力传感器、25-集气罩、26-气体浓度探针。具体实施方式下面，结合附图以及具体实施方式，对本专利技术做进一步描述：如图1所示，一种多变量条件海底浅层气渗漏模拟方法，包括如下步骤：步骤1：在水舱3内部的各层模拟室铺满石英砂，在各层模拟室内的石英砂的粒径从上往下依次增大，即最上层的模拟室内的石英砂的粒径最小，最下层的模拟室内本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多变量条件海底浅层气渗漏模拟方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：在水舱内部的各层模拟室铺满石英砂，在各层模拟室内的石英砂的粒径从上往下依次增大；步骤2：将蓄水池内的水经过注水管后从注水喷头喷出，注入至水舱内部，水依次向下经过各层模拟室并渗透至石英砂内；步骤3：当水渗透至最下层模拟室内的石英砂内后，将供气罐内的模拟气体通过气体分流管的顶部流出，并经渗漏空心筒顶部和侧壁的通气孔向外渗漏出，从渗漏空心筒的顶部流出的模拟气体依次向上经过各层模拟室并渗漏至石英砂内，模拟气体沿着各层模拟室内的石英砂向上运移并进入水中，模拟气体最终从水中逸出；步骤4：设置在水舱内部且没入水中的集气罩将从水中逸出的模拟气体收集并经过气体传输管送入集气罐内存储，集气罩上的气体浓度探针采集模拟气体浓度；步骤5：模拟气体在石英砂内向上运移过程中，模拟气体对最表面的石英砂造成形变，记录石英砂的形变过程及测量出石英砂形变的数据；步骤6：持续记录石英砂的形变过程及测量出石英砂形变的数据，以及记录模拟气体浓度、气体渗漏强度和气体分流管伸入至渗漏空心筒的位置，直至实验结束。

【技术特征摘要】
1.一种多变量条件海底浅层气渗漏模拟方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：在水舱内部的各层模拟室铺满石英砂，在各层模拟室内的石英砂的粒径从上往下依次增大；步骤2：将蓄水池内的水经过注水管后从注水喷头喷出，注入至水舱内部，水依次向下经过各层模拟室并渗透至石英砂内；步骤3：当水渗透至最下层模拟室内的石英砂内后，将供气罐内的模拟气体通过气体分流管的顶部流出，并经渗漏空心筒顶部和侧壁的通气孔向外渗漏出，从渗漏空心筒的顶部流出的模拟气体依次向上经过各层模拟室并渗漏至石英砂内，模拟气体沿着各层模拟室内的石英砂向上运移并进入水中，模拟气体最终从水中逸出；步骤4：设置在水舱内部且没入水中的集气罩将从水中逸出的模拟气体收集并经过气体传输管送入集气罐内存储，集气罩上的气体浓度探针采集模拟气体浓度；步骤5：模拟气体在石英砂内向上运移过程中，模拟气体对最表面的石英砂造成形变，记录石英砂的形变过程及测量出石英砂形变的数据；步骤6：持续记录石英砂的形变过程及测量出石英砂形变的数据，以及记录模拟气体浓度、气体渗漏强度和气体分流管伸入至渗漏空心筒的位置，直至实验结束。2.根据权利要求1所述的多变量条件海底浅层气渗漏模拟方法，其特征在于：在所述水舱内设置轴向的隔板，隔板将水舱分割形成两个独立的模拟区域；在两个独立的模拟区域内注入不同水量，使得两个独立的模拟区域的水平面不在同一高度，模拟真实海平面周期性升降变化；两个独立的模拟区域内各设有一个气体分流管，模拟气体经气体分流管分别流入至两个独立的模拟区域内，流入至两个独立的模拟区域内的模拟气体的流量和流速均相异，模拟真实海洋海底环境下的浅层气渗漏的不同强度。3.根据权利要求1所述的多变量条件海底浅层气渗漏模拟方法，其特征在于：所述注水喷头设置在水舱内部，注水喷头通过注水管与蓄水池连接；所述模拟室设置在水舱内部，设有若干层模拟室，各层模拟室上铺设有石英砂，从上往下依次在各层模拟室铺设的石英砂的粒径依次增...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄伟，梁金强，陆敬安，尚久靖，张伟，赖洪飞，郭依群，林霖，徐梦婕，杨承志，孟苗苗，单晨晨，
申请(专利权)人：广州海洋地质调查局，
类型：发明
国别省市：广东,44