CN108490151B - 天然气水合物降压开采超重力模拟系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种天然气水合物降压开采超重力模拟系统。液压油站通过油路离心机旋转接头连接到汇流板分为两路，两路分别经超重力水压控制模块、超重力开采控制模块连接到高压反应器；釜体温控模块通过水浴通路离心机旋转接头连接到高压反应器；高压反应器、汇流板、数据采集箱、超重力水压控制模块和超重力开采控制模块都置于超重力离心机空调室内的超重力离心机上，液压油站、计算机和釜体温控模块置于超重力离心机空调室外，高压反应器、超重力开采控制模块、超重力水压控制模块和釜体温控模块中的传感器均连接数据采集箱。本发明能真实模拟天然气水合物现场开采灾变过程，为天然气水合物开采模拟实验提供科学支撑。
Description
技术领域
本发明涉及一种岩土工程领域超重力物理模拟实验系统，特别是一种天然气水合物降压开采超重力模拟系统。
背景技术
天然气水合物指在高压低温下由天然气和水生成的笼形结晶化合物，其外形如冰雪状，遇火即燃，俗称“可燃冰”。单位体积天然气水合物燃烧热值为煤的10倍、传统天然气的2～5倍。其储量丰富，被世界各国视为未来石油天然气的替代能源之一。
天然气水合物一般分布于海床中或陆地的永久冻土中，所处高压和低温条件使其处于稳定的固体水合物态。当位于海床中时，所处水深一般大于300m，在海床表面以下埋藏深度达数百米。海底天然气水合物藏存于深海高压、低温环境中，是由天然气、水、水合物、冰、砂等组成的多相多组分复杂沉积物。
人为开采方法主要是打破天然气水合物相平衡状态，造成其分解，然后将天然气开采到地面。目前，降压开采法被认为是效率最高的开采方法。降压开采法主要是通过降低压力引起天然气水合物相平衡被打破，从而促使天然气水合物分解。降压开采法被公认为开采效率最高的方法之一，可能成为今后大规模开采天然气水合物的有效方法。但由于天然气水合物开采过程中发生相变，相变分解引起土颗粒孔隙结构发生改变，进而影响土层有效应力，导致体积压缩变形甚至屈服。此外，深海天然气水合物开采过程中水合物相变将产生复杂的温度场、渗流场、应力场和变形场的相互作用。因此，研究出天然气水合物有效、快速而又经济的开采方法是大规模开采天然气水合物重要的理论支撑，是缓解日益剧增的能源压力的有效途径。
由于各处水压力与地基应力各异，现场试验难度大、成本高；因此通过物理模拟实验进行研究较为科学便捷，实验结果可指导勘察开发。目前世界上的天然气水合物模拟开采实验装置均缺少超重力环境的实验条件，无法实现真实尺度的地质条件模拟。
发明内容
为了解决现有技术中缺少天然气水合物超重力开采的技术问题，本发明的目的在于提供了一种天然气水合物降压开采超重力模拟系统，能够在超重力环境下研究天然气水合物降压法开采时海床土体灾变响应。
本发明综合模拟了深海天然气水合物沉积层在原位应力场中利用降压法开采过程及土层响应。实现该功能主要通过在超重力环境下模拟降压开采天然气水合物。所述超重力环境是指利用超重力离心机旋转产生n倍于地球重力加速度g的ng超重力实验环境。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
本发明包括高压反应器、液压油站、汇流板、超重力水压控制模块、超重力开采控制模块、釜体温控模块、数据采集箱；液压油站通过油路离心机旋转接头连接到汇流板分为两路，两路分别经超重力水压控制模块、超重力开采控制模块连接到高压反应器；釜体温控模块通过水浴通路离心机旋转接头连接到高压反应器；高压反应器、汇流板、数据采集箱、超重力水压控制模块和超重力开采控制模块都置于超重力离心机空调室内的超重力离心机上，液压油站、计算机和釜体温控模块置于超重力离心机空调室外，高压反应器、超重力开采控制模块、超重力水压控制模块和釜体温控模块中的传感器均连接数据采集箱。
所述高压反应器是在离心加速度1～200g范围内工作、耐压范围为5～30MPa和内腔容积为10～300L的一个圆柱形不锈钢反应釜，高压反应器的内腔作为三维腔体，三维腔体内置有天然气水合物沉积模型和上覆水层；高压反应器顶部设有模拟井入口，模拟井通过模拟井入口伸入三维腔体中并伸入到底部；高压反应器顶部设有一个液体入口和一个安全阀接口，安全阀接口经安全阀外界大气相通，模拟井上端口为模拟井井口。
所述三维腔体加入土层后，通过液体入口注入液体并加压，形成上覆水层，继而向土层中注入甲烷气，在常重力环境下形成天然气水合物沉积模型。
所述的高压反应器设置温度测量接口、总压力测量接口、孔隙压力测量接口、压电陶瓷弯曲元测量接口和时域反射测量接口；温度测量接口、总压力测量接口、孔隙压力测量接口、压电陶瓷弯曲元测量接口和时域反射测量接口可分别连接安装孔隙压力传感器、总压力传感器、温度传感器、压电陶瓷弯曲元和时域反射探针；孔隙压力传感器、总压力传感器和温度传感器均安装于高压反应器内部，温度测量接口、压力测量接口和孔隙压力测量接口用于将孔隙压力传感器、总压力传感器和温度传感器的引线引出高压反应器并连接到数据采集箱；压电陶瓷弯曲元和时域反射探针均安装在高压反应器的内壁上，压电陶瓷弯曲元和时域反射探针的引线通过压电陶瓷弯曲元测量接口和时域反射测量接口引出高压反应器并连接到数据采集箱。
孔隙压力传感器检测的是天然气水合物沉积模型中孔隙液体和气体的压力，总压力传感器检测的是天然气水合物沉积模型中固液气三相总压力，温度传感器检测的是天然气水合物沉积模型中的温度，压电陶瓷弯曲元检测的是天然气水合物沉积模型的弹性波速，时域反射探针检测的是天然气水合物沉积模型的饱和度。
本发明的上覆水层由超重力水压控制模块伺服控制压力在10～20MPa之间的某个稳定值，以模拟深海环境的实际水压力。
所述的液压油站和汇流板之间通过油路离心机旋转接头连接。
所述超重力水压控制模块包括水压电液伺服阀和水压伺服增压器；汇流板输出的其中一路经水压电液伺服阀与水压伺服增压器连接，水压伺服增压器输出端连接到高压反应器的液体入口；
所述超重力开采控制模块包括油压电液伺服阀、液压伺服增压器、伺服回压阀、采集管路、储液罐和储气罐；汇流板输出的另一路经油压电液伺服阀与液压伺服增压器连接，液压伺服增压器输出端连接到伺服回压阀的压力控制端；高压反应器的顶部模拟井入口输出气液并经伺服回压阀连接到储液罐，储液罐与储气罐连接；储液罐上装有磁性浮子液位计，储气罐上装有总压力传感器。
伺服回压阀具有三个开口，包括上部压力控制端、下部前端入口和下部后端出口；上部压力控制端连接液压伺服增压器，通过输出的油控制伺服回压阀压力控制端的油压，进而控制伺服回压阀的通路通断，使得采集管路和储液罐之间流通或者断开，高压反应器输出液体和气体经过采集管路到储液罐或者被阻断。
所述釜体温控模块包括制冷机组、低温水浴箱、制冷循环泵和水浴夹套；水浴夹套套装在高压反应器外侧壁体上并且与冷水进出口连接，制冷机组和低温水浴箱连接并提供冷水源，低温水浴箱的输出端经制冷循环泵连接到水浴夹套的底部入口，水浴夹套中部出口连接到低温水浴箱的输入端。
所述的制冷循环泵和水浴夹套的底部入口之间、水浴夹套中部出口和低温水浴箱的输入端之间均通过水浴通路离心机旋转接头连接。
所安装布置于高压反应器的温度传感器、总压力传感器、孔隙压力传感器、压电陶瓷弯曲元和时域反射探针以及超重力开采控制模块中的磁性浮子液位计、总压力传感器和油压电液伺服阀以及水压电液伺服阀均与数据采集箱连接，数据采集箱与超重力离心机空调室外的计算机电连接。
本发明的高压反应器在超重力环境中工作，通过超重力水压控制模块控制上覆水层压力，通过超重力开采控制模块对天然气水合物进行降压分解及产量计量，模拟现场开采。
本实验装置可在超重力离心机运行，模拟上覆水层压力以及深海天然气水合物沉积层的自重应力，重现真实的深海天然气水合物沉积层，并对其进行垂直井降压法开采实验；利用传感器测试天然气水合物开采引起的模型温度、孔隙压力、总压力、弹性波速、饱和度等参数的变化，真实模拟天然气水合物现场开采的土层响应及灾变过程，为天然气水合物开采模拟实验提供科学支撑。
综上，本发明的有益效果是：
1)本实验装置能够通过超重力离心机模拟土层应力场，通过超重力水压控制模块模拟孔隙水压力，进而能真正再现原位天然气水合物土层。
2)本实验装置中的高压反应器、超重力水压控制模块和超重力开采控制模块均能能在超重力环境中工作，承受较大的超重力离心加速度。
3)通过超重力开采控制模块中的液压伺服增压器和伺服回压阀可以有效、快捷、精确地在超重力环境下控制井口压力，模拟真实的天然气水合物降压法开采过程。
4)根据超重力缩尺效应，通过本实验装置中伸入三维腔体的模拟井可以重现真实开采过程的井-土相互作用机理。
5)本发明所述实验装置相比已有常重力实验装置的最大优点在于，本实验装置通过超重力场还原实际海床应力场，进而能探究深海水合物开采时海床的灾变机理，对天然气水合物开采提供参考。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
附图标记说明：1-高压反应器；2-水浴通路离心机旋转接头；3-水浴夹套；4-三维腔体；5-水压电液伺服阀；6-安全阀；7-水压伺服增压器；17-油压电液伺服阀；18-液压油站；19-液压伺服增压器；20-制冷机组；21-低温水浴箱；22-制冷循环泵；23-孔隙压力传感器；24-总压力传感器；25-温度传感器；26-压电陶瓷弯曲元；27-时域反射探针；28-数据采集箱；29-计算机；30-油路离心机旋转接头；31-汇流板；32-伺服回压阀；33-储液罐；34-储气罐；35-磁性浮子液位计；36-超重力离心机空调室。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明内容作进一步说明。
如图1所示，本发明具体实施包括高压反应器1、液压油站18、汇流板31、超重力水压控制模块、超重力开采控制模块、釜体温控模块、数据采集箱28和计算机29；液压油站18通过油路离心机旋转接头30连接到汇流板31后分为两路，两路分别经超重力水压控制模块、超重力开采控制模块连接到高压反应器1；釜体温控模块通过水浴通路离心机旋转接头2连接到高压反应器1；高压反应器1、汇流板31、数据采集箱28、超重力水压控制模块和超重力开采控制模块置于超重力离心机空调室36内的超重力离心机上，液压油站18、计算机29和釜体温控模块置于超重力离心机空调室36外；高压反应器1、超重力开采控制模块、超重力水压控制模块和釜体温控模块中的传感器均与数据采集箱28连接。
高压反应器1是在离心加速度50～200g范围内工作，耐压范围为5～30MPa，内腔容积为10～300L的圆柱形耐高压不锈钢反应釜，耐压范围优选为20±2MPa，三维腔体容积优选280±20L，且三维腔体高度大于500mm。
高压反应器1的内腔作为三维腔体4。三维腔体4内置有天然气水合物沉积模型和上覆水层；高压反应器1顶部设有模拟井，模拟井通过模拟井入口伸入三维腔体4中并伸入到底部；高压反应器1顶部设有一个液体入口和一个安全阀接口，安全阀接口经安全阀6外界大气相通。向三维腔体4加入土层后，通过液体入口注入液体并加压，形成上覆水层，继而向土层中注入甲烷气，在常重力环境下形成天然气水合物沉积模型。
在高压反应器1内，设置1对压电陶瓷弯曲元测量接口、1个时域反射测量接口、3个总压力测量接口、3个孔隙压力测量接口、3个温度测量接口；所述压电陶瓷弯曲元测量接口、时域反射测量接口、压力测量接口、孔隙压力测量接口和温度测量接口分别连接安装孔隙压力传感器23、总压力传感器24、温度传感器25、压电陶瓷弯曲元26和时域反射探针23；孔隙压力传感器23、总压力传感器24和温度传感器25均安装于高压反应器1内部，压电陶瓷弯曲元26和时域反射探针23均安装在高压反应器1的内壁上。孔隙压力传感器23、总压力传感器24、温度传感器25、压电陶瓷弯曲元26和时域反射探针23分别测量三维腔体4内天然气水合物沉积模型的孔隙压力、总压力、温度、弹性波速和饱和度等参数，并将所测量的数据通过数据采集箱28导入计算机29中进行分析处理。具体实施中根据实验需要或规模也可考虑增加或减少上述装置或设备的数量。
数据采集箱28采集包括：储气罐34中的压力、磁性浮子液位计35中的输出水量、水压电液伺服阀5和油压电液伺服阀17的反馈信号，还有三维腔体4内的孔隙压力传感器23、总压力传感器24、温度传感器25、压电陶瓷弯曲元26和时域反射探针23的信号。数据采集箱28能在超重力环境下对饱和度、弹性波速、总压力、孔隙压力和温度等参数进行在线测量监测并显示其瞬时值及累计值。各传感器的数据处理一般包括：时间-总压力曲线、时间-孔隙压力曲线、时间-饱和度曲线、时间-弹性波速曲线等，以便研究真实应力场下天然气水合物分解导致的土层响应。
具体实施中，在计算机29内设置依次连接的数据采集块、数据处理块和数据储存块。数据采集块与数据采集箱对接；数据处理块为数据处理软件，将各传感器的信号进行处理；数据储存块可将数据处理块的处理结果进行储存。
超重力水压控制模块在超重力离心机工作时控制三维腔体4上覆水层压力，包括水压电液伺服阀5与水压伺服增压器7。汇流板31输出的其中一路经水压电液伺服阀5和水压伺服增压器7连接，水压伺服增压器7输出端连接到高压反应器1的液体入口。水压电液伺服阀5输出油压信号至水压伺服增压器7，水压伺服增压器7自带储水罐，将油压信号转化为水压信号，直接输出水压控制上覆水层压力。水压电液伺服阀5和水压伺服增压器7均能在1～200g离心加速度下工作，水压伺服增压器7可通过输出端压力信号和水压电液伺服阀5伺服调节增压器输出压力，从而达到稳定控压的功能。
超重力开采控制模块主要是在超重力环境下对高压反应器1中模拟井出口的压力进行控制及产出计量，包括油压电液伺服阀17、液压伺服增压器19、伺服回压阀32、采集管路、储液罐33和储气罐34；汇流板31输出的另一路经油压电液伺服阀17与液压伺服增压器19连接，液压伺服增压器19输出端连接到伺服回压阀32的压力控制端；高压反应器1的模拟井井口经伺服回压阀32连接到储液罐33，储液罐33与储气罐34连接；储液罐33上装有磁性浮子液位计35，储气罐34上装有总压力传感器24。油压电液伺服阀17和液压伺服增压器19配套输出油压，液压伺服增压器19输出端连接到伺服回压阀32的上部压力控制端，进而控制伺服回压阀32的通路通断，控制出口压力；高压反应器1的顶部模拟井入口输出气液，经采集管路与伺服回压阀32的下部前端入口连接，伺服回压阀32下部后端出口连接到储液罐33，储液罐33在离心力作用下兼具气液分离器的功能，能够将产出的气、液分离，同时对液体产量进行计量；产生气体的量通过储气罐34中的总压力传感器数据换算。
釜体温控模块用于通过循环冷水控制高压反应器1的温度，包括制冷机组20、低温水浴箱21、制冷循环泵22和水浴夹套3；水浴夹套3套装在高压反应器1外壁上并且与冷水进出口连接；制冷机组20和低温水浴箱21连接并提供冷水源，低温水浴箱21的输出端经制冷循环泵22连接到水浴夹套3的底部入口，水浴夹套3中部出口连接到低温水浴箱21的输入端。在制冷循环泵22和水浴夹套3的底部入口之间、水浴夹套3中部出口和低温水浴箱21的输入端之间均通过经水浴通路离心机旋转接头2连接。
本发明的具体工作过程如下：
将制备好天然气水合物沉积模型的高压反应器1放置在超重力离心机吊篮上，将超重力水压控制模块、超重力开采控制模块、釜体温控模块的相关管路与高压反应器1连接；开启釜体温控模块的冷水循环，稳定高压反应釜温度；开启超重力水压控制模块的水压伺服增压器7，稳定控制三维腔体4上覆水层压力；将所有传感器引线与数据采集箱28连接。
设置完毕后，开启超重力离心机，离心加速度将从1g逐渐增加至200g。在加速过程中，装置需通过釜体温控模块控制釜壁的冷水循环，通过超重力水压控制模块保持上覆水层压力稳定。其余传感器监测加速过程中模型响应，并将数据输出至数据采集箱28。
达到实验所需的离心加速度后开始进行天然气水合物降压开采超重力实验：保证釜体温度和上覆水层压力稳定的情况下，开启超重力开采控制模块。通过液压伺服增压器19控制伺服回压阀32的上部压力控制端逐渐降低至所需压力值。由于力的平衡，伺服回压阀32下部前端入口逐渐打开，高压反应器1的模拟井的压力开始降低。降压过程通过液压伺服增压器19与伺服回压阀32联合实现，范围5MPa～20MPa。模拟井压力降低后导致三维腔体4的天然气水合物分解，产出的水和气因为压力差被抽出高压反应器1，经过伺服回压阀32后到达储液罐33，利用离心力场在储液罐33中实现产出的气体、液体分离，气体经过管道输送到储气罐34中。传感器监测实验过程中的模型响应，并将数据输出至数据采集箱28。
实验结束后，停机，逐渐降低离心加速度至1g，释放高压反应器1内压力至常压后开釜清理，结束实验。
本说明书列举的仅为本发明的较佳实施方式，凡在本发明的工作原理和思路下所做的等同技术交换，均视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种天然气水合物降压开采超重力模拟系统，其特征在于：包括高压反应器（1）、液压油站（18）、汇流板（31）、超重力水压控制模块、超重力开采控制模块、釜体温控模块、数据采集箱（28）；液压油站（18）连接到汇流板（31）分为两路，两路分别经超重力水压控制模块、超重力开采控制模块连接到高压反应器（1）；釜体温控模块连接到高压反应器（1）；高压反应器（1）、数据采集箱（28）、超重力水压控制模块和超重力开采控制模块都置于超重力离心机空调室（36）内的超重力离心机上，液压油站（18）和釜体温控模块置于超重力离心机空调室（36）外，高压反应器（1）、超重力开采控制模块、超重力水压控制模块和釜体温控模块中的传感器均连接数据采集箱（28）；
所述的高压反应器（1）设置温度测量接口、总压力测量接口、孔隙压力测量接口、压电陶瓷弯曲元测量接口和时域反射测量接口；温度测量接口、总压力测量接口、孔隙压力测量接口、压电陶瓷弯曲元测量接口和时域反射测量接口可分别连接安装孔隙压力传感器（23）、总压力传感器（24）、温度传感器（25）、压电陶瓷弯曲元（26）和时域反射探针（27）；孔隙压力传感器（23）、总压力传感器（24）和温度传感器（25）均安装于高压反应器（1）内部，温度测量接口、压力测量接口和孔隙压力测量接口用于将孔隙压力传感器（23）、总压力传感器（24）和温度传感器（25）的引线引出高压反应器（1）并连接到数据采集箱（28）；压电陶瓷弯曲元（26）和时域反射探针（27）均安装在高压反应器（1）的内壁上，压电陶瓷弯曲元（26）和时域反射探针（27）的引线通过压电陶瓷弯曲元测量接口和时域反射测量接口引出高压反应器（1）并连接到数据采集箱（28）；
所述超重力水压控制模块包括水压电液伺服阀（5）和水压伺服增压器（7）；汇流板（31）输出的其中一路经水压电液伺服阀（5）与水压伺服增压器（7）连接，水压伺服增压器（7）输出端连接到高压反应器（1）的液体入口；所述超重力开采控制模块包括油压电液伺服阀（17）、液压伺服增压器（19）、伺服回压阀（32）、采集管路、储液罐（33）和储气罐（34）；汇流板（31）输出的另一路经油压电液伺服阀（17）与液压伺服增压器（19）连接，液压伺服增压器（19）输出端连接到伺服回压阀（32）的压力控制端；高压反应器（1）的顶部模拟井入口输出气液并经伺服回压阀（32）连接到储液罐（33），储液罐（33）与储气罐（34）连接；储液罐（33）上装有磁性浮子液位计（35），储气罐（34）上装有总压力传感器（24）。
2.根据权利要求1所述的一种天然气水合物降压开采超重力模拟系统，其特征在于：所述高压反应器（1）是一个圆柱形不锈钢反应釜，高压反应器（1）的内腔作为三维腔体（4），三维腔体（4）内置有天然气水合物沉积模型和上覆水层；高压反应器（1）顶部设有模拟井入口，模拟井通过模拟井入口伸入三维腔体（4）中并伸入到底部；高压反应器（1）顶部设有一个液体入口和一个安全阀接口，安全阀接口经安全阀（6）外界大气相通，模拟井上端口为模拟井井口。
3.根据权利要求2所述的一种天然气水合物降压开采超重力模拟系统，其特征在于：所述三维腔体（4）加入土层后，通过液体入口注入液体并加压，形成上覆水层，继而向土层中注入甲烷气，在常重力环境下形成天然气水合物沉积模型。
4.根据权利要求1所述的一种天然气水合物降压开采超重力模拟系统，其特征在于：所述的液压油站（18）和汇流板（31）之间通过油路离心机旋转接头（30）连接。
5.根据权利要求1所述的一种天然气水合物降压开采超重力模拟系统，其特征在于：所述釜体温控模块包括制冷机组（20）、低温水浴箱（21）、制冷循环泵（22）和水浴夹套（3）；水浴夹套（3）套装在高压反应器（1）外侧壁体上并且与冷水进出口连接，制冷机组（20）和低温水浴箱（21）连接并提供冷水源，低温水浴箱（21）的输出端经制冷循环泵（22）连接到水浴夹套（3）的底部入口，水浴夹套（3）中部出口连接到低温水浴箱（21）的输入端。
6.根据权利要求5所述的一种天然气水合物降压开采超重力模拟系统，其特征在于：所述的制冷循环泵（22）和水浴夹套（3）的底部入口之间、水浴夹套（3）中部出口和低温水浴箱（21）的输入端之间均通过水浴通路离心机旋转接头（2）连接。
7.根据权利要求1所述的一种天然气水合物降压开采超重力模拟系统，其特征在于：所安装布置于高压反应器（1）的温度传感器（25）、总压力传感器（24）、孔隙压力传感器（23）、压电陶瓷弯曲元（26）和时域反射探针（27）以及超重力开采控制模块中的磁性浮子液位计（35）、总压力传感器（24）和油压电液伺服阀（17）以及水压电液伺服阀（5）均与数据采集箱（28）连接，数据采集箱（28）与超重力离心机空调室（36）外的计算机（29）电连接。
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| CN111707800B (zh) * | 2020-06-10 | 2021-11-05 | 大连理工大学 | 一种下伏气的天然气水合物储层重塑与降压开采模拟装置及方法 |
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101550816A (zh) * | 2009-05-20 | 2009-10-07 | 中国科学院广州能源研究所 | 天然气水合物三维开采模拟实验装置 |
| CN101761326A (zh) * | 2009-12-30 | 2010-06-30 | 中国科学院广州能源研究所 | 一种二氧化碳置换开采天然气水合物模拟方法及实验装置 |
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|---|---|---|---|---|
| CN101550816A (zh) * | 2009-05-20 | 2009-10-07 | 中国科学院广州能源研究所 | 天然气水合物三维开采模拟实验装置 |
| CN101761326A (zh) * | 2009-12-30 | 2010-06-30 | 中国科学院广州能源研究所 | 一种二氧化碳置换开采天然气水合物模拟方法及实验装置 |
| CN102678090A (zh) * | 2011-03-16 | 2012-09-19 | 中国海洋石油总公司 | 天然气水合物三维合成与开采模拟装置 |
| CN103285781A (zh) * | 2013-06-27 | 2013-09-11 | 常州大学 | 一种超重力水合物合成装置 |
| CN104453794A (zh) * | 2014-11-20 | 2015-03-25 | 中国科学院广州能源研究所 | 天然气水合物开采全过程模拟实验系统及模拟方法 |
Non-Patent Citations (1)
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| 水位变化诱发粉土边坡失稳离心模型试验;杨春宝等;《岩土工程学报》;20130715;第35卷(第7期);第1262页 * |
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