本發(fā)明屬于地層變形監(jiān)測，尤其涉及一種電感式水合物分解引起的地層變形的監(jiān)測裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、天然氣水合物的開采過程中，監(jiān)測水合物分解引起的地層變形，尤其是大變形，對于評估地層的穩(wěn)定性及海洋結(jié)構(gòu)物的安全性至關(guān)重要。現(xiàn)有的溫度、壓力和聲波監(jiān)測方法已廣泛應(yīng)用于天然氣水合物的開采，但這些傳統(tǒng)的監(jiān)測方法主要針對天然氣水合物開采過程中井筒和儲層中的溫壓等一般性參數(shù)進行監(jiān)測，并非專門用于地層變形監(jiān)測，無法有效檢測地層的小范圍滑動或突發(fā)的較大滑動變形（地層大變形）。地層的小范圍滑動可能是地層大變形的前期表現(xiàn)或局部特征，地層大變形往往是小范圍滑動累積或突發(fā)大規(guī)模地質(zhì)活動導(dǎo)致的結(jié)果。現(xiàn)有的設(shè)備（如測斜儀）在監(jiān)測小范圍滑動時有效，對于地層大變形，由于其測量原理和結(jié)構(gòu)限制，如量程有限、響應(yīng)速度不夠快等，往往無法提供有效的監(jiān)測。因此，現(xiàn)有技術(shù)中對地層大變形的監(jiān)測尚無有效解決方案。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

2、一種電感式水合物分解引起的地層變形的監(jiān)測裝置，包括：電感線圈、彈性基體、測量電路三部分；其中，彈性基體以及電感線圈組成傳感端；所述電感線圈以螺旋纏繞的方式緊密固定于彈性基體外側(cè)，且與彈性基體同步變形；所述測量電路安裝在所述彈性基體附近的防護箱內(nèi)，與電感線圈電連接。

3、一種電感式水合物分解引起的地層變形的監(jiān)測方法，用于所述的電感式水合物分解引起的地層變形的監(jiān)測裝置，包括：

4、步驟1，將電感線圈以螺旋纏繞的方式固定于彈性基體外側(cè)，使電感線圈的匝線之間絕緣且相離，彈性基體與電感線圈之間采用絕緣且具有一定彈性的材料進行隔離和固定，使電感線圈與彈性基體同步變形；將測量電路安裝在所述彈性基體附近的防護箱內(nèi)，并與電感線圈電連接，獲得所述電感式水合物分解引起的地層變形的監(jiān)測裝置；

5、步驟2，將彈性基體以及電感線圈組成傳感端以縱貫滑動面的方式依附于所監(jiān)測的對象上，傳感端軸向一部分置入監(jiān)測對象并固定，另一部分露出海底坡體；

6、步驟3，當(dāng)海底坡體沿滑動面滑動時，傳感端產(chǎn)生形變，通過對電感線圈的電感量的變化的監(jiān)測，計算電感線圈的長度的變化量，實現(xiàn)地層變形的監(jiān)測。

7、本發(fā)明具有以下有益效果：

8、本發(fā)明通過將電磁感應(yīng)原理應(yīng)用于地層大變形監(jiān)測裝置，利用特殊設(shè)計的電感線圈、彈性基體和測量電路，能夠?qū)崿F(xiàn)對天然氣水合物開采過程中地層變形的長期實時監(jiān)測，尤其是在監(jiān)測海底斜坡或凍土區(qū)大變形時，提供有效的預(yù)警和安全評估支持。此外，本發(fā)明還可以應(yīng)用于其他需要變形監(jiān)測的領(lǐng)域。

9、本發(fā)明采用電磁感應(yīng)原理將地層變形時產(chǎn)生的位移轉(zhuǎn)換為電感線圈的電感量變化量，通過測量電感線圈的電感變化量，實時測量裝置所依附的測量對象的參數(shù)變化。相比傳統(tǒng)監(jiān)測方法，本發(fā)明能夠直接針對地層變形進行監(jiān)測，提高監(jiān)測的針對性。對地層的小范圍滑動和突發(fā)較大滑動變形都能有所感應(yīng)，解決傳統(tǒng)方法無法有效檢測此類變形的問題，在天然氣水合物開采時，可及時捕捉地層細微和突發(fā)的變形情況。

10、本發(fā)明設(shè)計了具有高應(yīng)變?nèi)萑绦缘碾姼芯€圈，其匝線之間絕緣且相離，能在坡體發(fā)生瞬間大范圍滑裂等大變形的情況下，依然保持結(jié)構(gòu)完整并準(zhǔn)確感應(yīng)變形。即使坡體發(fā)生瞬間大范圍滑裂等極端變形，本發(fā)明的電感線圈也能正常工作并準(zhǔn)確感應(yīng)變形，解決現(xiàn)有設(shè)備在面對大范圍瞬時滑移時無法有效監(jiān)測的問題，在海底斜坡或凍土區(qū)等易發(fā)生大變形區(qū)域，可穩(wěn)定獲取變形數(shù)據(jù)。

11、本發(fā)明構(gòu)建了由電感線圈、彈性基體和測量電路組成的整體裝置結(jié)構(gòu)，其電感線圈緊密固定在彈性基體上，兩者形成一個整體。當(dāng)坡體發(fā)生滑動時，彈性基體隨著坡體變形，帶動電感線圈同步變形，確保電感線圈能準(zhǔn)確感知變形信息。如在實際應(yīng)用中，在海底大變形甚至滑坡監(jiān)測時，彈性基體和電感線圈貫穿于坡體，縱貫滑裂面，實時監(jiān)測電感線圈的電感變化。本發(fā)明的各部分協(xié)同工作，實現(xiàn)分布式測量?？纱笠?guī)模安裝在復(fù)雜的地層環(huán)境中，如海底和凍土區(qū)，對不同位置的地層變形進行監(jiān)測，彌補傳統(tǒng)監(jiān)測手段覆蓋范圍不足、難以在復(fù)雜環(huán)境有效監(jiān)測的缺陷。

12、本發(fā)明的測量電路通過精確測量電感量的變化，并依據(jù)特定的公式將所測量的電感量變化轉(zhuǎn)變?yōu)榫€圈的長度的變化，從而測算出與線圈長度的變化相對應(yīng)的地層位移的變化。測量電路還可配備數(shù)據(jù)處理模塊，對采集到的數(shù)據(jù)進行實時分析和處理，當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)達到預(yù)設(shè)的預(yù)警閾值時，及時發(fā)出預(yù)警信號，為安全評估提供數(shù)據(jù)支持。本發(fā)明可以為全面評估地層變形狀況提供豐富的數(shù)據(jù)支持，改變以往對海底滑坡等認識多為定性描述、定量研究少的局面，使研究和評估更加科學(xué)準(zhǔn)確。

技術(shù)特征：

1.一種電感式水合物分解引起的地層變形的監(jiān)測裝置，其特征在于，包括：電感線圈、彈性基體、測量電路三部分；其中，彈性基體以及電感線圈組成傳感端；所述電感線圈以螺旋纏繞的方式緊密固定于彈性基體外側(cè)，且與彈性基體同步變形；所述測量電路安裝在所述彈性基體附近的防護箱內(nèi)，與電感線圈電連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電感式水合物分解引起的地層變形的監(jiān)測裝置，其特征在于，所述電感線圈的匝線之間絕緣且相離，所述彈性基體與所述電感線圈之間采用絕緣且具有一定彈性的材料進行隔離和固定。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電感式水合物分解引起的地層變形的監(jiān)測裝置，其特征在于，所述電感線圈使用高導(dǎo)磁率、低電阻且拉伸強度高的納米晶合金導(dǎo)線繞制。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電感式水合物分解引起的地層變形的監(jiān)測裝置，其特征在于，所述電感線圈的匝數(shù)根為100-1000匝，螺距為0.01-0.1米，線徑為0.5-2毫米。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電感式水合物分解引起的地層變形的監(jiān)測裝置，其特征在于，所屬彈性基體采用硅橡膠或聚氨酯彈性體材料制成，形狀為圓柱體，直徑為0.1-0.5米，長度為10-100米，彈性模量為106-107?pa。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電感式水合物分解引起的地層變形的監(jiān)測裝置，其特征在于，通過測量電感線圈的電感的變化，實時測量電感式水合物分解引起的地層變形的監(jiān)測裝置所依附的監(jiān)測對象的位移變化；測量電路通過下述公式將電感線圈的電感量的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡姼芯€圈的長度的變化，從而測算出與電感線圈長度的變化所對應(yīng)的測量對象的位移的變化：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電感式水合物分解引起的地層變形的監(jiān)測裝置，其特征在于，還包括與所述測量電路電連接的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電感式水合物分解引起的地層變形的監(jiān)測裝置，其特征在于，將所述的電感式水合物分解引起的地層變形的監(jiān)測裝置應(yīng)用于其他需要變形監(jiān)測的領(lǐng)域。

9.一種電感式水合物分解引起的地層變形的監(jiān)測方法，用于如權(quán)利要求1至8中任一項所述的電感式水合物分解引起的地層變形的監(jiān)測裝置，其特征在于，包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電感式水合物分解引起的地層變形的監(jiān)測方法，其特征在于，設(shè)置電感線圈的電感量變化率或電感線圈的長度變形量的閾值；當(dāng)監(jiān)測到的電感量變化率在單位時間內(nèi)超過電感量變化率的閾值或者電感線圈長度的變形量超過長度變形量的閾值時，自動觸發(fā)預(yù)警機制，向相關(guān)人員發(fā)出警報。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種電感式水合物分解引起的地層變形的監(jiān)測裝置及方法，涉及地層變形監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，該監(jiān)測裝置包括：電感線圈、彈性基體、測量電路三部分；其中，彈性基體以及電感線圈組成傳感端；所述電感線圈以螺旋纏繞的方式緊密固定于彈性基體外側(cè)，且與彈性基體同步變形；所述測量電路安裝在所述彈性基體附近的防護箱內(nèi)，與電感線圈電連接。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)對天然氣水合物開采過程中地層變形的長期實時監(jiān)測，此外，本發(fā)明也可應(yīng)用于其他需要變形監(jiān)測的領(lǐng)域。

技術(shù)研發(fā)人員：李鵬,黃宇東,喬繼延,張旭輝,魯曉兵
受保護的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院力學(xué)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15