一種土層響應(yīng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及地下資源開采領(lǐng)域，特別是涉及一種天然氣水合物開采過程中監(jiān)控土層響應(yīng)變化的監(jiān)測(cè)集成系統(tǒng)
【背景技術(shù)】
[0002]海洋天然氣水合物開采具有潛在的地質(zhì)災(zāi)害威脅和環(huán)境效應(yīng)問題，目前在國(guó)際天然氣水合物試驗(yàn)性開采過程中，已經(jīng)逐步認(rèn)識(shí)到現(xiàn)場(chǎng)土層響應(yīng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的重要性，但目前尚未有完備的監(jiān)測(cè)手段。因此，研制一種地下土層響應(yīng)監(jiān)測(cè)集成系統(tǒng)，以監(jiān)測(cè)天然氣水合物在開采過程中的土層力學(xué)響應(yīng)參數(shù)，獲得現(xiàn)場(chǎng)原位數(shù)據(jù)，對(duì)于工程安全評(píng)價(jià)與安全保障措施制定具有重要意義，也對(duì)深海能源開采、地質(zhì)災(zāi)變的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)有潛在應(yīng)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是要提供一種能夠測(cè)量海床下水合物土層開采過程中，土層的溫度、壓力、甲烷濃度及變形程度的檢測(cè)裝置。
[0004]特別地，本發(fā)明提供一種土層響應(yīng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括管狀且在管壁內(nèi)設(shè)置有容納腔的安裝架，以及與所述安裝架一端連接，以測(cè)量當(dāng)前位置處土層的變形量的變形測(cè)量模塊；在所述安裝架上安裝有:
[0005]溫度傳感器，安裝在所述容納腔內(nèi)，用于測(cè)量當(dāng)前位置處的溫度；
[0006]壓力傳感器，安裝在所述容納腔內(nèi)，用于測(cè)量當(dāng)前位置處的壓力；
[0007]濃度監(jiān)測(cè)模塊，安裝在所述容納腔內(nèi)，用于檢測(cè)當(dāng)前位置處的氣體濃度；
[0008]信號(hào)傳送單元，用于傳輸各測(cè)量信號(hào)至控制中心。
[0009]進(jìn)一步地，所述容納腔上設(shè)置有與所述安裝架外部相通的測(cè)試孔，在所述測(cè)試孔處設(shè)置有過濾層。
[0010]進(jìn)一步地，所述安裝架的長(zhǎng)度與待測(cè)量的土層厚度對(duì)應(yīng)，所述容納腔有多個(gè)且沿所述安裝架的軸向間隔排列。
[0011 ] 進(jìn)一步地，所述溫度傳感器和所述壓力傳感器為一體式測(cè)量元件，且安裝在每一所述容納腔內(nèi)。
[0012]進(jìn)一步地，在相鄰所述容納腔之間，設(shè)置有用于隔斷相鄰所述容納腔之間溫度傳遞的封隔層。
[0013]進(jìn)一步地，所述濃度監(jiān)測(cè)模塊為檢測(cè)甲烷在水中濃度的甲烷傳感器，所述濃度監(jiān)測(cè)模塊獨(dú)立安裝在所述安裝架遠(yuǎn)離插入土層一端的所述容納腔內(nèi)。
[0014]進(jìn)一步地，所述變形測(cè)量模塊安裝在所述安裝架遠(yuǎn)離插入土層一端，所述變形測(cè)量模塊包括空心且兩端封閉的導(dǎo)向管，在所述導(dǎo)向管內(nèi)的側(cè)壁圓周上均勻設(shè)置有軸向?qū)Р?，在所述?dǎo)向管內(nèi)活動(dòng)放置有與其軸向長(zhǎng)度相對(duì)應(yīng)的連接桿，在所述連接桿上安裝有通過銷軸連接的兩端安裝有導(dǎo)輪的平衡桿，所述導(dǎo)輪卡入所述凹槽內(nèi)。
[0015]進(jìn)一步地，所述導(dǎo)向管的內(nèi)部裝滿具備絕緣效果的潤(rùn)滑油。
[0016]進(jìn)一步地，所述信號(hào)傳送單元采用光纜將各測(cè)量元件的采集信號(hào)傳輸至地面控制中心。
[0017]進(jìn)一步地，所述溫度傳感器的溫度監(jiān)測(cè)范圍為-30?100°C，測(cè)量精度在0.5°C內(nèi)，所述壓力傳感器的監(jiān)測(cè)范圍為O?30MPa，測(cè)量精度在0.0lMPa內(nèi)。
[0018]本發(fā)明能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)海床下天然氣水合物開采過程中，土層孔隙流體壓力、溫度、聲波、孔隙甲烷氣體濃度和變形的響應(yīng)等信息，可以為天然氣水合物開采方案的制定、環(huán)境效應(yīng)評(píng)價(jià)等方面提供數(shù)據(jù)支持值，也可為相關(guān)海底測(cè)量系統(tǒng)研發(fā)提供參考。
【附圖說明】
[0019]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的土層響應(yīng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2是圖1所示變形測(cè)量模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021 ]圖中:10-安裝架、20-容納腔、21-過濾層、22-測(cè)試孔、30-測(cè)量元件、31-溫度傳感器、32-壓力傳感器、40-封隔層、50-濃度監(jiān)測(cè)模塊、60-變形測(cè)量模塊、61-導(dǎo)向管、62-連接桿、63-平衡桿、64-導(dǎo)輪、65-潤(rùn)滑油、66-導(dǎo)槽、100-土層響應(yīng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0022]如圖1所示，本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的土層響應(yīng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)100，一般包括管狀且在管壁內(nèi)設(shè)置有容納腔20的安裝架10，以及與安裝架10—端連接，以測(cè)量當(dāng)前位置處土層變形量的變形測(cè)量模塊60。
[0023]在該安裝架10上安裝有各種測(cè)量元件30，其中，用于測(cè)量當(dāng)前位置處溫度的溫度傳感器31，和用于測(cè)量當(dāng)前位置處壓力的壓力傳感器32，和用于檢測(cè)當(dāng)前位置處氣體濃度的濃度監(jiān)測(cè)模塊50，分別安裝在安裝架10的容納腔20內(nèi)。
[0024]變形測(cè)量模塊60可以作為一個(gè)獨(dú)立的模塊安裝在安裝架10的容納腔20內(nèi)，也可以連接在安裝架10的一端。
[0025]本實(shí)施例中的安裝架10可以是一段中空的管子，該管子與常規(guī)的油田用的油管尺寸一致，使得安裝架10可以作為油井的油管一部分隨油管打入地下。而容納腔20設(shè)置在安裝架10的側(cè)壁上，各容納腔20可以根據(jù)待安裝的測(cè)量元件30的尺寸進(jìn)行設(shè)置，各測(cè)量元件30隨安裝架10進(jìn)入地下相應(yīng)土層后，對(duì)當(dāng)前位置處的土層進(jìn)行各種性質(zhì)的測(cè)量。測(cè)量得到的信息，則通過信號(hào)傳送單元傳送至地面，由于是在地下作業(yè)，因此信號(hào)傳送單元可以采用設(shè)置在油管內(nèi)的光纜進(jìn)行信號(hào)傳送，地面控制中心通過對(duì)收集信號(hào)的分析后，即可得到當(dāng)前土層在開采過程中溫度、壓力及變形程度的變化數(shù)據(jù)，從而對(duì)后續(xù)開采做出相應(yīng)的調(diào)整。
[0026]在本實(shí)施例中，該溫度傳感器31和壓力傳感器32可以采用一體式測(cè)量元件，即一個(gè)傳感器可以同時(shí)測(cè)量當(dāng)前溫度和壓力值。在其它的實(shí)施例中，溫度和壓力也可以分別采用獨(dú)立的傳感器。溫度與壓力傳感器用于監(jiān)測(cè)水合物土層中孔隙流體壓力與溫度，實(shí)時(shí)獲取水合物相變過程中熱量轉(zhuǎn)化與孔隙流體耗散數(shù)據(jù)。根據(jù)水合物開采過程中的溫度、壓力范圍和監(jiān)測(cè)分析所需數(shù)據(jù)精度，溫度傳感器31可以采用熱容小的材料，以準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)微小溫度和壓力變化。其溫度監(jiān)測(cè)范圍可以為-30?100°C，測(cè)量精度在0.5°C內(nèi)，而壓力傳感器32的監(jiān)測(cè)范圍可以為O?30MPa，測(cè)量精度在0.0lMPa內(nèi)。
[0027]為方便與外部環(huán)境同步，該容納腔20上可以設(shè)置與安裝架10外部相通的測(cè)試孔22，在測(cè)試孔22處設(shè)置過濾雜質(zhì)的過濾層21。容納腔20可以通過測(cè)試孔22與當(dāng)前土層中的溫度、壓力信息直接形成接觸，而過濾層21則可將土層中的泥沙進(jìn)行過濾，避免影響傳感器的測(cè)量效果。具體的過濾層21可以采用耐腐蝕的金屬網(wǎng)。
[0028]如圖2所示，為了方便測(cè)量整個(gè)土層的變化，該安裝架10的長(zhǎng)度可以與待測(cè)量的水合物土層厚度對(duì)應(yīng)，安裝架10在油管的帶動(dòng)下貫穿整個(gè)水合物土層，容納腔20可以根據(jù)水合物土層的厚度設(shè)置多個(gè)，且各容納腔20可以沿安裝架10的軸向等距離間隔排列，如水合物土層厚度為10m，安裝架10則設(shè)置同樣的長(zhǎng)度，各容納腔20間隔2.5m設(shè)置一個(gè)共4個(gè)，此時(shí)