CN113533684A - 基于图像特征的超重力高压釜内水合物变形测量装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于图像特征的超重力高压釜内水合物变形测量装置和方法。高压釜顶部设置釜盖且置于超重力环境，高压釜内部设置水合物模拟储层和高压水，水合物模拟储层上布置正方形金属薄板，底座上罩有半球形钢化玻璃罩且固定于釜盖底面，半球形钢化玻璃罩内有高速摄像头、环形LED灯管和气压传感器；利用半球形钢化玻璃罩将实验装置和高压水体隔开，测算照片视野中正方形金属薄板所占像素数推算正方形金属薄板与高速摄像头之间的距离，以此获得水合物模拟储层表面变形量。本发明操作简便快捷，试验结果可靠、准确，能在低温、高压及超重力场环境下工作，测量计算水合物储层表面的变形问题，为研究开采海底储层中的天然气水合物引起的表面变形问题提供科学依据。

Description

基于图像特征的超重力高压釜内水合物变形测量装置和方法

技术领域

本发明属于岩土工程、地质工程技术领域的一种超重力环境物质测量装置和方法，涉及一种基于图像特征的超重力高压釜内水合物变形测量装置和方法，适用于研究模拟海底水合物开采时水合物储层表面变形的问题。

背景技术

天然气水合物是由自然界的气体分子(主要为甲烷)和水分子在高压低温条件下生成的笼状结晶化合物。只有在低温高压环境下天然气水合物才能稳定存在，在温度升高或压力降低时，1体积天然气水合物分解释放出约164体积的甲烷气体，故又称作“可燃冰”，具有清洁高效、分布广、储量大等特点，是解决世界能源缺口的重要可替代能源。

现场水合物储层具有大尺度的特点，其水平尺度往往达数百米至数千米，厚度几十米至数百米。由于自重应力的存在，水合物储层中存在着较大的应力梯度，而实验室尺度的缩尺模型实验难以实现其均布的应力梯度。近年来超重力离心机的应用，使重力在实验中成为一个可调节的变量，即能够在离心机模型中施加数百倍的重力加速度以模拟储层原位应力场。基于此原理的超重力实验在工程领域逐渐得到广泛应用。基于此原理制备出能模拟大尺度水合物储层的模型，进行超重力实验，可真实模拟水合物开采时大尺度原位沉积物层的地层变形响应，填补水合物储层原位应力梯度无法在实验室内再现的空白。

水合物开采超重力实验中，面临水下高压、低温极端条件和超重力环境，常规位移计受力是其在常重力实验中的数十倍甚至数百倍，其正常工作性能受到极大挑战，难以准确测量水合物储层表面的变形，目前对水合物开采超重力实验中储层变形的有效测量尚处于空白。

发明内容

针对实验需求和现有技术存在的问题，本发明是提供了一种基于图像特征的超重力高压釜内水合物变形测量装置和方法，能够在超重力环境下，对处于高压及低温条件下水合物储层表面的沉降变形准确、快捷地实时测量。

本发明的装置及方法能在低温、高压及超重力场环境下工作，利用高速摄像头方便快捷地测量计算水合物储层表面的变形问题。

本发明采用的技术方案如下：

一、一种基于图像特征的超重力高压釜内水合物变形测量装置：

装置包括高压釜、釜盖、高速摄像头、半球形钢化玻璃罩、环形LED灯管、底座、正方形金属薄板和气压传感器；高压釜上安装有釜盖且置于超重力环境中而形成超重力高压釜；高压釜内设置有水合物模拟储层，水合物模拟储层之上布置高压水，水合物模拟储层上表面布置正方形金属薄板；釜盖底面固定安装底座，底座底面上罩有半球形钢化玻璃罩，半球形钢化玻璃罩内安装高速摄像头，高速摄像头周围的底座底面固定安装环形LED灯管，底座底面还安装有气压传感器，所述的高速摄像头、环形LED灯管和气压传感器均安装在半球形钢化玻璃罩内，半球形钢化玻璃罩与底座之间连接。

所述的釜盖上开设有走线孔和压力控制孔，压力控制孔用于通入气体和排出气体；走线孔用于电源线、数据传输线穿设过。

还包括控制中枢，控制中枢位于超重力高压釜外部，高速摄像头、环形LED灯管和气压传感器均和控制中枢电连接。

所述的高速摄像头、环形LED灯管均经电源线后和电源接头连接，电源接头连接到电源；所述的高速摄像头和气压传感器均经数据传输线后和数据传输接头连接，数据传输接头连接到控制中枢。

这样，本发明采用半球形钢化玻璃罩来适应高压釜内的低温、高压和超重力环境，利用高速摄像头拍摄的照片视野中物体的大小推算物体距高速摄像头的距离，采用测算像素数表述所成像的大小。

进一步的，所述高速摄像头应具有自动对焦功能，选用定焦距镜头，经电源线外接电源，并用数据传输线经数据传输接头连接于控制中枢；所述半球形钢化玻璃罩采用钢化玻璃制成，抗压强度不小于30MPa，能够在高压、低温和超重力条件下工作；所述正方形金属薄板宽度为1至2厘米。

所述的正方形金属薄板底面进行磨砂处理。

所述高速摄像头、半球形钢化玻璃罩的顶点和正方形金属薄板的中心位于同一条竖直的直线上。

本发明所述的超重力高压釜置于超重力环境下，具体置于超重力离心机的吊篮内。

二、一种基于图像特征的超重力高压釜内水合物变形测量方法，方法具体包括如下步骤：

步骤1：装置检漏

在测量装置组装后，从压力控制孔向超重力高压釜内注入气体，直到超重力高压釜内的压力达到预定值，之后关闭超重力高压釜的各个阀门和进出口并实时用气压传感器监测半球形钢化玻璃罩的内部气压：

若半球形钢化玻璃罩的内部气压在1小时内变化值未超过预设气压阈值，则超重力高压釜装置气密性良好，可进行下一步骤；否则检查超重力高压釜的气密性直到满足气密性要求；

步骤2：初始数据获取

测量金属薄板至半球形钢化玻璃罩半球顶点的距离，作为半球形钢化玻璃罩球面折射的物距s₁；测量半球形钢化玻璃罩半球顶点至高速摄像头的距离d；利用半球形钢化玻璃罩的曲率半径、水的折射率和空气的折射率计算出半球形钢化玻璃罩球面的两个焦距，包括物方焦距f₁和像方焦距f′₁：

其中，n为高压水的折射率，n′为空气的折射率，r为半球形钢化玻璃罩的曲率半径；

步骤3：在初始时刻拍摄第一张照片；

按以下公式计算初始时刻高速摄像头镜头成像的物距s₂、半球形钢化玻璃罩球面折射成像的像距s′₁和高速摄像头镜头成像的像距s′₂：

s₂＝s′₁-d

其中，f₂为高速摄像头镜头的物方焦距，f′₂为高速摄像头镜头的像方焦距，s₁为半球形钢化玻璃罩球面折射成像的物距，s′₁为半球形钢化玻璃罩球面折射成像的像距，s₂为高速摄像头镜头成像的物距，s′₂为高速摄像头镜头成像的像距；

步骤4：试验准备

在高压釜内制备好水合物模拟储层，在水合物模拟储层表面放置正方形金属薄板，再注入去离子水并加压形成高压水，盖上釜盖以关闭高压釜，固定于超重力离心机的吊篮上，准备开始实验；

步骤5：试验开始

启动超重力离心机，通过压力控制孔降压，开始天然气水合物模拟开采并计时，经t时间后，在t时刻拍摄第二张照片；之后，每隔t时间拍摄一张照片，用来推算地层沉降过程，试验结束后，停机；

步骤6：像素数测算

将初始时刻拍摄的第一张照片和试验开始后拍摄得到的每张照片输入控制中枢进行图像分析处理，截取照片视野中的正方形金属薄板，测算正方形金属薄板在照片中所占的像素数；再根据t时刻和初始时刻正方形金属薄板在照片中所占的像素数，按照以下公式，计算出参数k：

其中，N_t为t时刻照片中正方形金属薄板所占的像素数，N₀为初始时刻照片中正方形金属薄板所占的像素数；参数k表示t时刻照片相对于初始时刻照片的放大率比值；

根据放大率比值k计算出参数k₁和k₂：

k₂＝d+s′₂

其中，k₁表示t时刻横向放大率与

的乘积，k₂表示镜头至成像面的距离；

步骤7：最终变形计算

根据t时刻横向放大率与

的乘积k₁和镜头至成像面的距离k₂按以下公式计算正方形金属薄板的位移Δ：

其中，Δ表示正方形金属薄板的位移；

最后，以正方形金属薄板的位移Δ作为超重力高压釜内水合物的表面变形量。

本发明方法主要利用高速摄像头在初始时刻和任意测量时刻对放置在水合物模拟储层表面并能随其一起变形的正方形金属薄板拍摄照片，分析任意时刻照片视野中正方形金属薄板所占像素数与初始时刻照片中的差异，以此推算正方形金属薄板的位移。

本发明的原理过程是：

在初始时刻拍摄第一张照片。此时，在第一次球面折射成像时，有高斯公式

有横向放大率

在第二次镜头成像时，有高斯公式

有横向放大率

因此总的放大率为

按几何关系，有s₂＝s′₁-d，其中f₁为球面的物方焦距，f′₁为球面的像方焦距，f₂为镜头的物方焦距，f′₂为镜头的像方焦距，d为半球形钢化玻璃罩顶点至高速摄像头镜头的距离，s₁为球面折射成像的物距，s′₁为球面折射成像的像距，s₂为镜头成像的物距，s′₂为镜头成像的像距，y为正方形金属薄板的边长，y′为半球形钢化玻璃罩球面折射成像的像高，y″为高速摄像头镜头成像的像高。

在t时刻拍摄第二张照片。此时，在第一次球面折射成像时，有高斯公式

有横向放大率

在第二次镜头成像时，有高斯公式

有横向放大率

故总的放大率为

按几何关系，有s_2t＝s′_1t-d_t，其中f₁为球面的物方焦距，f′₁为球面的像方焦距，f′₂为镜头的物方焦距，f′₂为镜头的像方焦距，d_t为半球形钢化玻璃罩顶点至高速摄像头镜头的距离，s_1t为球面折射成像的物距，s′_1t为球面折射成像的像距，s_2t为镜头成像的物距，s′_2t为镜头成像的像距，y为正方形金属薄板的边长，y′_t为球面折射成像的像高，y″_t为镜头成像的像高。

由于物距变化，半球形钢化玻璃罩顶点至高速摄像头镜头的距离随之改变，半球形钢化玻璃罩顶点至成像面的距离不变，即d+s′₂＝d_t+s′_2t；若正方形金属薄板的位移记为Δ，则有s_1t＝s₁-Δ。

进一步的，将初始时刻拍摄的第一张照片和试验开始后拍摄得到的每张照片输入控制中枢进行图像分析处理，截取照片视野中的正方形金属薄板，测算正方形金属薄板在照片中所占的像素数；再根据t时刻和初始时刻的正方形金属薄板在照片中所占的像素数按照以下公式，计算出参数k：

其中，N_t为t时刻照片中正方形金属薄板所占的像素数，N₀为初始时刻照片中正方形金属薄板所占的像素数；参数k表示t时刻照片相对于初始时刻照片的放大率比值；

进一步记

记k₂＝d+s′₂；y″为初始时刻高速摄像头镜头成像的像高，y″_t表示t时刻高速摄像头镜头成像的像高。

然后建立方程组：

其中s_1t、s′_1t、s_2t、s′_2t、d_t、Δ为未知变量。

求解方程组，得：

最后，以正方形金属薄板的位移Δ作为超重力高压釜内水合物的表面变形量。

本发明的装置及方法能在低温、高压及超重力场环境下工作，利用高速摄像头方便快捷地测量计算水合物储层表面的变形问题。本发明利用半球形钢化玻璃罩将实验装置和高压水体隔开，使得装置在低温、高压及超重力环境下，也具有良好的工作性能；再借助计算机方法测算照片视野中正方形金属薄板所占像素数推算正方形板与高速摄像头之间的距离，操作简便快捷。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

(1)本发明为研究开采天然气水合物过程中引起储层表面变形提供手段。现有位移计在低温、高压及超重力环境下工作时往往出现超重力作用引起运动卡死、精度大幅降低的情况，本发明采用半球形钢化玻璃罩将实验设备和高压水体隔开，使得实验设备在低温高压的超重力环境下，也具有良好的工作性能；

(2)区别于现有的激光测距法和超声波测距法，本发明涉及的原理更简单，所用试验装置也更简便，没有借助激光和超声波的传播性质，在水下环境工作受到的限制更少，且操作简便快捷；

(3)本发明采用测算像素点的方法来推算物体的位移，借助计算机测算像素数直观地体现物体与高速摄像头之间的距离，精度较高。

本发明能可靠、准确地获得试验结果，能够准确地反映在开采天然气水合物时水合物表面的变形情况，为研究开采海底储层中的天然气水合物引起的表面变形问题提供途径和方式。

附图说明

图1为本发明装置在高压釜中应用的示意图；

图2为本发明装置的俯视图。

附图标记说明：1高压釜；2釜盖；3高压水；4水合物模拟储层；5高速摄像头；6半球形钢化玻璃罩；7环形LED灯管；8底座；9正方形金属薄板；10电源线；11电源接头；12数据传输线；13数据传输接头；14气压传感器；15走线孔；16压力控制孔；17控制中枢。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1和图2所示，本装置包括高压釜1、釜盖2、高速摄像头5、半球形钢化玻璃罩6、环形LED灯管7、底座8、正方形金属薄板9和气压传感器14；高压釜1上安装有釜盖2且置于超重力环境中而形成超重力高压釜；高压釜1内设置水合物模拟储层4，水合物模拟储层4之上布置高压水3，水合物模拟储层4上表面布置正方形金属薄板9，即在水合物模拟储层4和高压水3分界面之间布置正方形金属薄板9，正方形金属薄板9底面进行磨砂处理。

底座8于釜盖2底面，底座8上罩有半球形钢化玻璃罩6，半球形钢化玻璃罩6内安装有高速摄像头5，高速摄像头5周围固定安装环形LED灯管7，底座8底面上还安装有气压传感器14，高速摄像头5、环形LED灯管7和气压传感器14均安装在半球形钢化玻璃罩6内，半球形钢化玻璃罩6与底座8之间用密封圈进行密封处理。

釜盖2上开设有走线孔15和压力控制孔16，压力控制孔16用于通入气体和排出气体；走线孔15用于电源线10、数据传输线12穿过。

具体实施还包括控制中枢17，控制中枢17位于超重力高压釜外部，高速摄像头5、环形LED灯管7和气压传感器14均和控制中枢17电连接。高速摄像头5、环形LED灯管7均经电源线10后和电源接头11连接，电源接头11连接到电源；高速摄像头5和气压传感器14均经数据传输线12后和数据传输接头13连接，数据传输接头13连接到控制中枢17。

具体实施中，高速摄像头5利用八颗螺丝固定在底座8上，灯管7用固定卡扣和螺丝固定于底座8上，在高速摄像头5和环形LED灯管7外设置半球形钢化玻璃罩6，用密封圈在半球形钢化玻璃罩6和底座8之间进行密封，用气压传感器14实时监测半球形钢化玻璃罩6的内部气压。

具体实施的高压釜1是内腔容积为200L的圆柱形C276合金容器，可在最高超重力离心加速度300g条件下工作，承压范围0～35MPa，工作温度0～90℃；釜盖2处采用O型的圈密封；高压釜1内由上至下置有高压水3，水合物模拟储层4；高速摄像头5应具有自动对焦功能，选用定焦距镜头，经电源线10外接电源，用数据传输线12经数据传输接头13连接于控制中枢17上；半球形钢化玻璃罩6采用钢化玻璃制成，抗压强度不小于30MPa，能够在高压条件下工作；半球形钢化玻璃罩6与底座8之间用密封圈进行密封；正方形金属薄板9宽度为1.5cm。

高速摄像头5、半球形钢化玻璃罩6半球顶点和正方形金属薄板9的中心位于同一条竖直的直线上。

本发明超重力高压釜置于超重力环境下，具体置于超重力离心机的吊篮内。

本发明具体实施的实验过程及其情况如下：

步骤1：装置检漏

在测量装置组装后，通过压力控制孔16向超重力高压釜内注入气体，直到超重力高压釜内的压力达到预定值，之后关闭超重力高压釜的各个阀门和进出口并实时用气压传感器14监测半球形钢化玻璃罩6的内部气压：

若半球形钢化玻璃罩6的内部气压在1小时内变化值未超过预设气压阈值，则超重力高压釜装置气密性良好，可开展后续试验，进行下一步骤；否则检查超重力高压釜的气密性直到满足气密性要求；

步骤2：初始数据获取

测量金属薄板9至半球形钢化玻璃罩6半球顶点的距离，作为半球形钢化玻璃罩6球面折射的物距s₁；测量半球形钢化玻璃罩6半球顶点至高速摄像头5的距离d；利用半球形钢化玻璃罩6的曲率半径、水的折射率和空气的折射率计算出半球形钢化玻璃罩6球面的两个焦距，包括物方焦距f₁和像方焦距f′₁：

其中，n为高压水的折射率，n′为空气的折射率，r为半球形钢化玻璃罩6的曲率半径；

步骤3：在初始时刻拍摄第一张照片；

按以下公式计算初始时刻高速摄像头5镜头成像的物距s₂、半球形钢化玻璃罩6球面折射成像的像距s′₁和高速摄像头5镜头成像的像距s′₂：

s₂＝s′₁-d

其中，f₂为高速摄像头5镜头的物方焦距，f′₂为高速摄像头5镜头的像方焦距，s₁为半球形钢化玻璃罩6球面折射成像的物距，s′₁为半球形钢化玻璃罩6球面折射成像的像距，s₂为高速摄像头5镜头成像的物距，s′₂为高速摄像头5镜头成像的像距；

步骤4：试验准备

在高压釜1内制备好天然气的水合物模拟储层4，水合物模拟储层4表面放置正方形金属薄板9，再注入去离子水并加压形成高压水3，盖上釜盖2关闭高压釜1，固定于超重力离心机的吊篮上，准备开始实验；

步骤5：试验开始

启动超重力离心机，通过压力控制孔16降压，开始天然气水合物模拟开采并计时，经过t时间后，在t时刻拍摄第二张照片；之后，每隔t时间拍摄一张照片，用来推算地层沉降过程，试验结束后，停机；

步骤6：像素数测算

将初始时刻拍摄的第一张照片和试验开始后拍摄得到的每张照片输入控制中枢17进行图像分析处理，截取照片视野中的正方形金属薄板9，测算正方形金属薄板9在照片中所占的像素数；再根据t时刻和初始时刻正方形金属薄板9在照片中所占像素数，按照以下公式，计算出参数k：

其中，N_t为t时刻照片中正方形金属薄板9所占的像素数，N₀为初始时刻照片中正方形金属薄板9所占的像素数；参数k表示t时刻照片相对于为初始时刻照片的放大率比值；

根据放大率比值k，按如下公式计算出参数k₁和k₂：

k₂＝d+s′₂

其中，k₁表示t时刻横向放大率与

的乘积，k₂表示镜头至成像面的距离；

步骤7：最终变形计算

根据t时刻横向放大率与

的乘积k₁和镜头至成像面的距离k₂按照以下公式计算正方形金属薄板的位移Δ：

其中，Δ表示正方形金属薄板9的位移；

最后，以正方形金属薄板9的位移Δ作为超重力高压釜内水合物的表面变形量。

实施结果经实验测试，测试情况和测试结果为：相较于传统位移计，本发明采用半球形钢化玻璃罩来适应水下高压低温的超重力环境，采用测算像素点个数的方法推算物体的距离。从测试结果看，本发明的方法具有能够适应高压低温的超重力环境，原理简单，操作简便快捷的优点，解决了传统方法不能适应高压低温环境，操作复杂的缺点，取得了显著的技术优势。

本技术领域的人员根据本发明所提供的文字描述、附图以及权利要求书能够很容易在不脱离权利要求书所限定的本发明的思想和范围条件下，可以做出多种变化和改动。凡是依据本发明的技术思想和实质对上述实施例进行的任何修改、修饰或等同变化，均属于本发明权利要求所限定的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于图像特征的超重力高压釜内水合物变形测量装置，其特征在于：包括高压釜(1)、釜盖(2)、高速摄像头(5)、半球形钢化玻璃罩(6)、环形LED灯管(7)、底座(8)、正方形金属薄板(9)和气压传感器(14)；高压釜(1)上安装有釜盖(2)且置于超重力环境中而形成超重力高压釜；高压釜(1)内设置有水合物模拟储层(4)，水合物模拟储层(4)之上布置高压水(3)，水合物模拟储层(4)上表面布置正方形金属薄板(9)；釜盖(2)底面固定安装底座(8)，底座(8)底面上罩有半球形钢化玻璃罩(6)，半球形钢化玻璃罩(6)内安装高速摄像头(5)，高速摄像头(5)周围的底座(8)底面固定安装环形LED灯管(7)，底座(8)底面还安装有气压传感器(14)，所述的高速摄像头(5)、环形LED灯管(7)和气压传感器(14)均安装在半球形钢化玻璃罩(6)内，半球形钢化玻璃罩(6)与底座(8)之间连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于图像特征的超重力高压釜内水合物变形测量装置，其特征在于：所述的釜盖(2)上开设有走线孔(15)和压力控制孔(16)，压力控制孔(16)用于通入气体和排出气体；走线孔(15)用于电源线(10)、数据传输线(12)穿设过。

3.根据权利要求1所述的一种基于图像特征的超重力高压釜内水合物变形测量装置，其特征在于：还包括控制中枢(17)，控制中枢(17)位于超重力高压釜外部，高速摄像头(5)、环形LED灯管(7)和气压传感器(14)均和控制中枢(17)电连接。

4.根据权利要求1或3所述的一种基于图像特征的超重力高压釜内水合物变形测量装置，其特征在于：所述的高速摄像头(5)、环形LED灯管(7)均经电源线(10)后和电源接头(11)连接，电源接头(11)连接到电源；所述的高速摄像头(5)和气压传感器(14)均经数据传输线(12)后和数据传输接头(13)连接，数据传输接头(13)连接到控制中枢(17)。

5.根据权利要求1所述的一种基于图像特征的超重力高压釜内水合物变形测量装置，其特征在于：所述的正方形金属薄板(9)底面进行磨砂处理。

6.根据权利要求1所述的一种基于图像特征的超重力高压釜内水合物变形测量装置，其特征在于：所述高速摄像头(5)、半球形钢化玻璃罩(6)的顶点和正方形金属薄板(9)的中心位于同一条竖直的直线上。

7.应用于权利要求1-6任一所述超重力高压釜内水合物变形测量装置的一种基于图像特征的超重力高压釜内水合物变形测量方法，其特征在于：方法具体包括如下步骤：

步骤1：装置检漏

在测量装置组装后，从压力控制孔(16)向超重力高压釜内注入气体，直到超重力高压釜内的压力达到预定值，之后关闭超重力高压釜的各个阀门和进出口并实时用气压传感器(14)监测半球形钢化玻璃罩(6)的内部气压：

若半球形钢化玻璃罩(6)的内部气压在1小时内变化值未超过预设气压阈值，则超重力高压釜装置气密性良好，可进行下一步骤；否则检查超重力高压釜的气密性直到满足气密性要求；

步骤2：初始数据获取

测量金属薄板(9)至半球形钢化玻璃罩(6)半球顶点的距离，作为半球形钢化玻璃罩(6)球面折射的物距s₁；测量半球形钢化玻璃罩(6)半球顶点至高速摄像头(5)的距离d；利用半球形钢化玻璃罩(6)的曲率半径、水的折射率和空气的折射率计算出半球形钢化玻璃罩(6)球面的两个焦距，包括物方焦距f₁和像方焦距f₁′：

其中，n为高压水的折射率，n′为空气的折射率，r为半球形钢化玻璃罩(6)的曲率半径；

步骤3：在初始时刻拍摄第一张照片；

按以下公式计算初始时刻高速摄像头(5)镜头成像的物距s₂、半球形钢化玻璃罩(6)球面折射成像的像距s′₁和高速摄像头(5)镜头成像的像距s′₂：

s₂＝s′_i-d

其中，f₂为高速摄像头(5)镜头的物方焦距，f′₂为高速摄像头(5)镜头的像方焦距，s₁为半球形钢化玻璃罩(6)球面折射成像的物距，s′₁为半球形钢化玻璃罩(6)球面折射成像的像距，s₂为高速摄像头(5)镜头成像的物距，s′₂为高速摄像头(5)镜头成像的像距；

步骤4：试验准备

在高压釜(1)内制备好水合物模拟储层(4)，在水合物模拟储层(4)表面放置正方形金属薄板(9)，再注入去离子水并加压形成高压水(3)，盖上釜盖(2)以关闭高压釜(1)，固定于超重力离心机的吊篮上，准备开始实验；

步骤5：试验开始

启动超重力离心机，通过压力控制孔(16)降压，开始天然气水合物模拟开采并计时，经t时间后，在t时刻拍摄第二张照片；之后，每隔t时间拍摄一张照片，用来推算地层沉降过程，试验结束后，停机；

步骤6：像素数测算

将初始时刻拍摄的第一张照片和试验开始后拍摄得到的每张照片输入控制中枢(17)进行图像分析处理，截取照片视野中的正方形金属薄板(9)，测算正方形金属薄板(9)在照片中所占的像素数；再根据t时刻和初始时刻正方形金属薄板(9)在照片中所占的像素数，按照以下公式，计算出参数k：

其中，N_t为t时刻照片中正方形金属薄板(9)所占的像素数，N₀为初始时刻照片中正方形金属薄板(9)所占的像素数；参数k表示t时刻照片相对于初始时刻照片的放大率比值；

根据放大率比值k计算出参数k₁和k₂：

k₂＝d+s′₂

其中，k₁表示t时刻横向放大率与

的乘积，k₂表示镜头至成像面的距离；

步骤7：最终变形计算

根据t时刻横向放大率与

的乘积k₁和镜头至成像面的距离k₂按以下公式计算正方形金属薄板的位移Δ：

其中，Δ表示正方形金属薄板(9)的位移；

最后，以正方形金属薄板(9)的位移Δ作为超重力高压釜内水合物的表面变形量。

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