CN115754009B - 一种监测天然气水合物开采状态的实验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种监测天然气水合物开采状态的实验装置及方法，属于天然气水合物开采技术领域，适用于研究天然气水合物开采时周围岩体的破裂情况及移动。本装置在天然气水合物开采模拟系统基础上添加声发射监测系统，不仅可以实时观测水合物降压分解过程中的沉积物结构的轴向形变量，形成数据及图像，并可利用软件进行后处理与分析，而且可以通过声发射监测装置监测周围岩体的破裂及位移，研究其对天然气水合物开采的影响。特殊的活塞结构，能够减少石英砂的排出，同时，设置的激光测距传感器一方面能进行活塞位移距离测定，另一方面还能反映液压系统的问题情况和出砂情况。液控系统能够通过进退阀并利用平流泵注水来控制液压缸的升降，以调解反应釜的活塞杆所承受的轴压，储层上覆层压力恒定。

Description

一种监测天然气水合物开采状态的实验装置及方法

技术领域

本发明属于天然气水合物开采技术领域，具体涉及一种监测天然气水合物开采状态的实验装置及方法。

背景技术

天然气水合物（可燃冰）作为一种新型能源，因其燃烧只产生水和二氧化碳，十分清洁环保，所以备受关注。据统计，全球有10%的海底区域都储存着可燃冰，分布于世界各个大洋边缘海域的大陆坡、大陆隆和盆地，等等。而我国的可燃冰储存量丰富，主要集中在我国南海东海海域、青藏高原以及东北冻土区域中，其中南海海域是我国可燃冰最主要的分布区，数据显示，全国可燃冰资源储存量大约有1000亿吨油当量，而近800亿吨都位于南海。但是海底可燃冰开采十分困难，因其在海底松散的沉积泥土中，开采可燃冰后，在海底水压作用下，极易引发周围结构塌陷，引发震动进而引起海啸等灾害。

针对可燃冰开采过程中海底结构塌陷，目前的模拟装置大多只能实现可视观测，并不能实现定量分析。例如，中国专利ZL202011467473.4公开了一种地层坍塌实验装置及模拟方法，用于天然气水合物储层开采过程中地层坍塌的模拟，其将容器、模拟井筒等由透明玻璃板制作而成，实现全程可视化模拟。因此，为了满足教学、示范要求，更准确的模拟天然气水合物储层开采过程中的地层坍塌情况，有必要对现有技术进一步改进。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种监测天然气水合物开采状态的实验装置及方法，以更加准确的监测天然气水合物储层开采过程中地层坍塌的情况。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种监测天然气水合物开采状态的实验装置，其包括天然气水合物储层模拟单元、天然气水合物生成单元、地层压力模拟单元、天然气水合物开采单元、数据采集单元和中央处理单元，其中，天然气水合物储层模拟单元包括机架，机架包括底座、顶板以及连接在底座和顶板之间的支撑件，机架的底座中部设置有反应釜，反应釜包括反应釜本体、顶盖和底盖，反应釜本体内由下向上依次设置有模拟水合物层、第一活塞和活塞杆，活塞杆下端连接在第一活塞上部，活塞杆上端穿出反应釜的顶盖，反应釜本体四周设置有温控单元；

天然气水合物生成单元包括第一管路、第二管路和第三管路，第一管路包括依次连接的真空泵和缓冲容器，缓冲容器远离真空泵的一端通过阀门连接至反应釜的底盖并与反应釜本体内的模拟水合物层连通；第二管路包括依次连接的高压气瓶、调压阀和单向阀，单向阀远离调压阀的一端通过阀门连接至反应釜的底盖并与应釜本体内的模拟水合物层连通；第三管路包括平流泵，平流泵一端连接储液罐，另一端通过阀门连接至反应釜的底盖并与应釜本体内的模拟水合物层连通；高压气瓶中装设甲烷气体；

地层压力模拟单元包括轴压液压缸，轴压液压缸内设置有第二活塞，第二活塞将轴压液压缸内部分为上腔室和下腔室，上腔室和下腔室分别通过管线连接至液控系统，用于实现轴压调节，其中，天然气水合物储层模拟单元的活塞杆顶端穿入轴压液压缸内并连接在第二活塞的底部；

天然气水合物开采单元包括依次连接的气液分离器、出口背压阀和出口阀，出口阀远离出口背压阀的一侧连接至反应釜的顶盖并与反应釜内位于第一活塞上部的腔室连通；

数据采集单元包括压力采集单元、温度采集单元、流量采集单元、位移测量单元、声信号发射接收单元和称重单元，并且，所述压力采集单元、温度采集单元、流量采集单元、位移测量单元、声信号发射接收单元和称重单元均连接至中央处理单元。。

优选的，所述模拟水合物层采用石英砂来进行模拟，第一活塞在轴向的中下部具有环形槽，环形槽将所述第一活塞分为底部活塞部分、过渡活塞部分和上部活塞部分，其中，底部活塞部分设置有沿轴向方向的第一孔，且第一孔沿第一活塞的环向均布，各第一孔的顶端均位于环形槽内；上部活塞部分设置有沿轴向方向的第二孔，第二孔也沿第一活塞的环向均布，各第二孔的底端均位于环形槽内，并且其中，第一孔与第二孔错位设置。

进一步优选的，第二孔的直径小于第一孔的直径。

优选的，第一活塞的靠近底部位置嵌设有上部声发射接收传感器，第一活塞的上方中部设置有槽结构，槽结构从上至下分为两段，下段用于设置微控制处理单元，上段位于微控制处理单元的上方，其内侧壁上设置有连接螺纹，用于连接活塞杆；在槽结构的外侧还设置有沿环向分布的若干激光测距传感器，激光测距传感器与微控制处理单元连接，激光测距传感器的顶面与第一活塞的顶面平齐。

优选的，在激光测距传感器的上表面上设置有一层透明材料保护层。

进一步的，在反应釜的底盖中部还嵌设有下部声发射接收传感器，下部声发射接收传感器和上部声发射接收传感器相互协同作用，在使用时，下部声发射接收传感器接收来自于上部声发射接收传感器的声信号，上部声发射接收传感器接收来自于下部声发射接收传感器的声信号；且，下部声发射接收传感器和上部声发射接收传感器均接收来自于模拟水合物层的破裂信号。

优选的，天然气水合物生成单元的第一管路、第二管路和第三管路均分别连接至一多通的一个通道，并通过该多通的另外的通道连接至反应釜的底盖。

优选的，在第一管路上的缓冲容器5上还设置有真空表11，其也属于数据采集单元的压力采集单元中的一部分，其也连接至中央处理单元。

与现有技术相比，本发明至少具备以下有益效果：

1、实现了用超声波监测天然气水合物开采时周围沉积物的破裂情况，研究天然气水合物不同开采规模下产生破裂的能量大小、破裂位置、频次等参数，探讨声发射监测装置在天然气水合物开采中的应用；

2、在反应釜内设置的特殊的活塞结构，能够减少石英砂的排出，同时，设置的激光测距传感器一方面能进行活塞位移距离测定，另一方面还能反映液压系统的问题情况和出砂情况；

3、液控系统能够通过进退阀并利用平流泵注水来控制液压缸的升降，以调解反应釜的活塞杆所承受的轴压，储层上覆层压力恒定；利用气液分离罐以分离反应所产生的自由水，并可以利用电子天平计量记录反应产生的自由水的质量，尾气管线尾端还装有气体流量计，可以计算实验过程产生的甲烷的速率与总量。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。其中，在示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1是本发明的实验装置的结构示意图；

图2是本发明反应釜内第一活塞的结构示意图；

图中，各附图标记表示如下：

1-流量计，2-气液分离器，3-电子天平，4-真空泵，5-缓冲容器，6-高压气瓶，7-调压阀，8-单向阀，9-出口背压阀，10-出口阀，11-真空表，12-入口压力传感器，13-入口压力表，14-入口安全阀，15-机架，16-轴压液压缸，17-活塞杆，18-温度计，19-放空阀，20-夹持器，21-进退阀，22-轴压背压阀，23-轴压平流泵，24-储液罐，25-平流泵，26-储液罐，27-上部声发射接收传感器，28-下部声发射接收传感器，29-微控制处理单元，30-激光测距传感器，31-模拟水合物层，32，第一孔，33-环形槽，34-第二孔。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施例。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明，而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

如图1至2所示，本发明提供了一种监测天然气水合物开采状态的实验装置，其包括天然气水合物储层模拟单元、天然气水合物生成单元、地层压力模拟单元、天然气水合物开采单元、数据采集单元和中央处理单元，其中，

天然气水合物储层模拟单元包括机架15，机架15包括底座、顶板以及连接在底座和顶板之间的支撑件，机架15的底座中部设置有反应釜（通过夹持器20夹持），反应釜包括反应釜本体、顶盖和底盖，反应釜本体内由下向上依次设置有模拟水合物层31、第一活塞和活塞杆17，活塞杆17下端连接在第一活塞上部，活塞杆17上端穿出反应釜的顶盖，反应釜本体四周设置有温控单元；

天然气水合物生成单元包括第一管路、第二管路和第三管路，第一管路包括依次连接的真空泵4和缓冲容器5，缓冲容器5远离真空泵4的一端通过阀门连接至反应釜的底盖并与反应釜本体内的模拟水合物层31连通；第二管路包括依次连接的高压气瓶6、调压阀7和单向阀8，单向阀8远离调压阀7的一端通过阀门连接至反应釜的底盖并与应釜本体内的模拟水合物层31连通；第三管路包括平流泵25，平流泵25一端连接储液罐26，另一端通过阀门连接至反应釜的底盖并与应釜本体内的模拟水合物层31连通；高压气瓶6中装设甲烷气体；

地层压力模拟单元包括轴压液压缸16，轴压液压缸16内设置有第二活塞，第二活塞将轴压液压缸16内部分为上腔室和下腔室，上腔室和下腔室分别通过管线连接至液控系统，用于实现轴压调节，其中，天然气水合物储层模拟单元的活塞杆17顶端穿入轴压液压缸16内并连接在第二活塞的底部，轴压由液控系统推动第二活塞而产生，第二活塞通过活塞杆17将轴压传递至第一活塞并作用在模拟水合物层31上，由此形成模拟水合物层31的上覆层压力；

天然气水合物开采单元包括依次连接的气液分离器2、出口背压阀9和出口阀10，出口阀10远离出口背压阀9的一侧连接至反应釜的顶盖并与反应釜内位于第一活塞上部的腔室连通；

数据采集单元包括压力采集单元、温度采集单元、流量采集单元、位移测量单元、声信号发射接收单元和称重单元，并且，所述压力采集单元、温度采集单元、流量采集单元、位移测量单元、声信号发射接收单元和称重单元均连接至中央处理单元。。

优选的，所述温控单元包括水夹套，水夹套内设置有空气浴冷管和水浴冷管，空气浴冷管连接至空气浴冷箱，水浴冷管连接至冷却液制冷机。反应釜通过四周的水浴＋空气浴双重控温系统调控温度，可以实现的控温范围为-15℃~90℃，控温精度为±0.5℃。

需要说明的是，本发明的模拟水合物层31采用石英砂来进行模拟，因此，为了更好的实现本发明的目的，第一活塞采用为图2所示的结构，其在轴向（图1和图2所示的竖直方向）的中下部具有环形槽33，环形槽33将所述第一活塞分为底部活塞部分、过渡活塞部分和上部活塞部分，其中，底部活塞部分设置有沿轴向方向的第一孔32，且第一孔32沿第一活塞的环向均布，各第一孔32的顶端均位于环形槽33内；上部活塞部分设置有沿轴向方向的第二孔34，第二孔34也沿第一活塞的环向均布，各第二孔34的底端均位于环形槽33内，并且其中，第一孔32与第二孔34错位设置。 这样设置的好处在于，在进行开采的过程中，石英砂由于重力的作用，很难随着开采的天然气被带出，即使有少部分进入了环形槽33，其也会因为通道曲折的缘故，被阻挡在环形槽33内。

进一步优选的，第二孔34的直径小于第一孔32的直径，优选的，第二孔34的直径小于0.5倍的第一孔32的直径。通过尺寸限制，能进一步限制石英砂。进一步优选的，第二孔34的数量大于第一孔32的数量，且各第一孔32的通道截面积之和小于第二孔34的通道截面积之和。这样，通过过流面积的改变，降低流速，减少出砂可能。

优选的，第一活塞的靠近底部位置嵌设有上部声发射接收传感器27，第一活塞的上方中部设置有槽结构，槽结构从上至下分为两段，下段用于设置微控制处理单元29，上段位于微控制处理单元29的上方，其内侧壁上设置有连接螺纹，用于连接活塞杆17；在槽结构的外侧还设置有沿环向分布的若干激光测距传感器30（优选为3个呈120°分布），激光测距传感器30与微控制处理单元29连接，激光测距传感器30的顶面与第一活塞的顶面平齐。激光测距传感器30用于测量第一活塞的位移情况，之所以将激光测距传感器30设置在第一活塞的顶面，其存在以下几方面的好处：1、由于生产过程中的产出基本为气体，虽略带有少量水分，但并不会影响其对位移的测量精度；因此，正常情况下，激光测距传感器30所测得的距离能够与液压缸16提供的轴压相对应，当其检测到的距离与理论轴压值不对应且偏差过大，这时就能够对实验人员进行提醒，例如，液压缸16上腔室的压力已经达到一定值时，理论上，第一活塞也应移动一定距离，但此时根本没有移动距离，或者，激光测距传感器30测得的移动距离比理论值小很多，这时可能是液压缸16的下腔室出现憋压，可以提醒工作人员对液压系统进行检查；又如，初始时，激光测距传感器30有测量值，但实验开始后，所测得的距离突然接近零（可以只是部分激光测距传感器30），此时，可以提醒工作人员，可能存在石英砂排出的情况，排出的石英砂对激光测距传感器30造成了遮挡，因此，此时需要重新调整实验方案，例如减缓开采速度。为了更好的保护激光测距传感器30，在激光测距传感器30的上表面上可设置一层透明材料保护层。

进一步的，在反应釜的底盖中部还嵌设有下部声发射接收传感器28。下部声发射接收传感器28和上部声发射接收传感器27相互协同作用，在使用时，下部声发射接收传感器28接收来自于上部声发射接收传感器27的声信号，上部声发射接收传感器27接收来自于下部声发射接收传感器28的声信号；下部声发射接收传感器28和上部声发射接收传感器27均接收来自于模拟水合物层31的破裂信号。下部声发射接收传感器28和上部声发射接收传感器27、激光测距传感器30均通过微控制处理单元29连接至中央处理单元。

需要说明的是，微控制处理单元包括控制电路、蓄电池和无线通信模块（优选的采用蓝牙模块），其利用无线通信模块将由上部声发射接收传感器27采集和发送的声波数据信息、以及激光测距传感器30采集的距离信息发送至中央处理单元（激光测距传感器30属于位移测量单元的一部分）。中央处理单元可以是位于机架15外部的PC机或工业计算机。下部声发射接收传感器28可选择的通过信号线连接至中央处理单元。

优选的，天然气水合物生成单元的第一管路、第二管路和第三管路均分别连接至一多通的一个通道，并通过该多通的另外的通道连接至反应釜的底盖；示例性的，多通为四通，第一管路、第二管路和第三管路分别连接至该四通的第一通道、第二通道和第三通道，然后通过第四通道连接反应釜的底盖（显而易见的，多通还可以是五通、六通或者更多通）。第一管路、第二管路和第三管路上与多通之间分别设置有阀门。可选的，在第二管路的阀门与多通之间还设置有入口压力传感器12、入口压力表13和入口安全阀14，其中，入口压力传感器12和入口压力表13属于数据采集单元的压力采集单元中的一部分，其均连接至中央处理单元。

优选的，在第一管路上的缓冲容器5上还设置有真空表11，其也属于数据采集单元的压力采集单元中的一部分，其也连接至中央处理单元。

可选的，在反应釜的顶盖上还设置有连接至反应釜上方内部的放空阀19，用于在实验结束后放空压力，确保实验安全。在反应釜的顶盖处、水夹套处以及模拟水合物层31内均设置有温度计18（温度传感器），且这几个温度计均属于数据采集单元的温度采集单元中的一部分，其均连接至中央处理单元。

可选的，液压缸16的上腔室和下腔室分别连接至液控系统，液控系统包括多个进退阀21、一个轴压背压阀22和一轴压平流泵23，且均连接至储液罐24。

可选的，在气液分离器2的尾气出口处还设置有流量计1，用于为计算实验过程产生的甲烷的速率与总量，其属于数据采集单元的流量采集单元中的一部分。还可设置电子天平3，用于记录反应产生的自由水的重量。

优选的，反应釜采用透明材质制作。

作为本发明一个优选的示例，本发明还提供一种监测天然气水合物开采状态的实验方法，其采用上文所述的实验装置，其具体步骤如下：

S1、实验准备，按实验要求连接好所述实验装置，对数据采集单元的压力采集单元、温度采集单元、流量采集单元、位移测量单元、声信号发射接收单元和称重单元进行调试（例如调零），然后进行反应釜试压；

S2、打开真空泵4对反应釜进行抽真空（为了防止石英砂被抽出，可设置过滤结构，这是现有技术，不再赘述；关闭除第一管路以外的其它管线），抽真空时间优选为10~15分钟；

S3、开启数据采集单元和轴压平流泵23，下压液压缸16，使轴压维持在预定值（模拟上覆层压力）；

S4、开启温控单元对反应釜进行降温，等到反应釜温度降低至实验所需温度，关闭第一管路、第三管路上的阀门，利用高压气瓶6缓慢向反应釜内注入甲烷气体，待气液分离器2的尾气出口处检测到甲烷气体时，关闭出口阀10（其与反应釜之间的管路上设置有压力表）；

S5、水合物生成：

继续利用高压气瓶6缓慢向反应釜内注入甲烷气体，待反应釜内气体压力升高到设定压力值时，将反应釜内压力维持在该设定压力值，利用平流泵25向反应釜内注入去离子水，去离子水的水位高度不高于模拟水合物层31的顶部；这一过程中，利用下部声发射接收传感器28和上部声发射接收传感器27获取声波信号在模拟水合物层31的传播参数信息（例如深信号的传播速度等），并利用液控系统将轴压控制在一稳定值（形成水合物时水体积增大，需要移动活塞杆才能维持轴压稳定）；待下部声发射接收传感器28和上部声发射接收传感器27所获取的声波信号的所述传播参数信息基本不再改变且激光测距传感器30所获得的距离信息基本不再改变时，关闭与反应釜连接的所有管线的阀门，关闭下部声发射接收传感器28和上部声发射接收传感器27的声发射功能（也即此时只能接收声波信号），仅保留声接收功能；

S6、水合物生产：

迅速调节温控单元至水合物分解温度范围（通过模拟水合物层31内设置的温度计18确定），然后依次开启出口阀10、出口背压阀9进行天然气水合物开采，此过程中同样利用液控系统将轴压控制在一稳定值；

S7、获取天然气水合物开采状态参数：

利用下部声发射接收传感器28和上部声发射接收传感器27接收来自模拟水合物层31的储层破裂声波信号，确定当前开采规模下产生破裂（坍塌）的能量大小、破裂（坍塌）位置、频次等参数信息；和/或，利用流量计1计算实验过程产生的甲烷的速率与总量；和/或，利用电子天平3记录反应产生的自由水的重量；

重复步骤S1-S7，实现不同开采规模、不同开采压力下的实验模拟。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (8)

1.一种监测天然气水合物开采状态的实验装置，其包括天然气水合物储层模拟单元、天然气水合物生成单元、地层压力模拟单元、天然气水合物开采单元、数据采集单元和中央处理单元，其特征在于，

天然气水合物储层模拟单元包括机架（15），机架（15）包括底座、顶板以及连接在底座和顶板之间的支撑件，机架（15）的底座中部设置有反应釜，反应釜包括反应釜本体、顶盖和底盖，反应釜本体内由下向上依次设置有模拟水合物层（31）、第一活塞和活塞杆（17），活塞杆（17）下端连接在第一活塞上部，活塞杆（17）上端穿出反应釜的顶盖，反应釜本体四周设置有温控单元；

天然气水合物生成单元包括第一管路、第二管路和第三管路，第一管路包括依次连接的真空泵（4）和缓冲容器（5），缓冲容器（5）远离真空泵（4）的一端通过阀门连接至反应釜的底盖并与反应釜本体内的模拟水合物层（31）连通；第二管路包括依次连接的高压气瓶（6）、调压阀（7）和单向阀（8），单向阀（8）远离调压阀（7）的一端通过阀门连接至反应釜的底盖并与应釜本体内的模拟水合物层（31）连通；第三管路包括平流泵（25），平流泵（25）一端连接储液罐（24），另一端通过阀门连接至反应釜的底盖并与应釜本体内的模拟水合物层（31）连通；高压气瓶（6）中装设甲烷气体；

地层压力模拟单元包括轴压液压缸（16），轴压液压缸（16）内设置有第二活塞，第二活塞将轴压液压缸（16）内部分为上腔室和下腔室，上腔室和下腔室分别通过管线连接至液控系统，用于实现轴压调节，其中，天然气水合物储层模拟单元的活塞杆（17）顶端穿入轴压液压缸（16）内并连接在第二活塞的底部；

天然气水合物开采单元包括依次连接的气液分离器（2）、出口背压阀（9）和出口阀（10），出口阀（10）远离出口背压阀（9）的一侧连接至反应釜的顶盖并与反应釜内位于第一活塞上部的腔室连通；

数据采集单元包括压力采集单元、温度采集单元、流量采集单元、位移测量单元、声信号发射接收单元和称重单元，并且，所述压力采集单元、温度采集单元、流量采集单元、位移测量单元、声信号发射接收单元和称重单元均连接至中央处理单元。

2.如权利要求1所述的一种监测天然气水合物开采状态的实验装置，其特征在于，所述模拟水合物层（31）采用石英砂来进行模拟，第一活塞表面在轴向的中下部具有环形槽（33），环形槽（33）将所述第一活塞分为底部活塞部分、过渡活塞部分和上部活塞部分，其中，底部活塞部分设置有沿轴向方向的第一孔（32），且第一孔（32）沿第一活塞的环向均布，各第一孔（32）的顶端均位于环形槽（33）内；上部活塞部分设置有沿轴向方向的第二孔（34），第二孔（34）也沿第一活塞的环向均布，各第二孔（34）的底端均位于环形槽（33）内，并且其中，第一孔（32）与第二孔（34）错位设置。

3.如权利要求2所述的一种监测天然气水合物开采状态的实验装置，其特征在于，第二孔（34）的直径小于第一孔（32）的直径。

4.如权利要求2所述的一种监测天然气水合物开采状态的实验装置，其特征在于，所述位移测量单元包括激光测距传感器（30），所述声信号发射接收单元包括上部声发射接收传感器（27），所述上部声发射接收传感器（27）嵌设在第一活塞的靠近底部位置，第一活塞的上方中部设置有槽结构，槽结构从上至下分为两段，下段用于设置微控制处理单元（29），上段位于微控制处理单元（29）的上方，其内侧壁上设置有连接螺纹，用于连接活塞杆（17）；在槽结构的外侧设置沿环向分布的若干所述激光测距传感器（30），激光测距传感器（30）与微控制处理单元（29）连接，激光测距传感器（30）的顶面与第一活塞的顶面平齐；

所述激光测距传感器（30）、上部声发射接收传感器（27）通过所述微控制处理单元（29）连接至中央处理单元。

5.如权利要求4所述的一种监测天然气水合物开采状态的实验装置，其特征在于，在激光测距传感器（30）的上表面上设置有一层透明材料保护层。

6.如权利要求4所述的一种监测天然气水合物开采状态的实验装置，其特征在于，所述声信号发射接收单元还包括下部声发射接收传感器（28），其嵌设在反应釜的底盖中部，下部声发射接收传感器（28）和上部声发射接收传感器（27）相互协同作用，在使用时，下部声发射接收传感器（28）接收来自于上部声发射接收传感器（27）的声信号，上部声发射接收传感器（27）接收来自于下部声发射接收传感器（28）的声信号；且，下部声发射接收传感器（28）和上部声发射接收传感器（27）均接收来自于模拟水合物层（31）的破裂信号，所述下部声发射接收传感器（28）也通过所述微控制处理单元（29）连接至中央处理单元。

7.如权利要求6所述的一种监测天然气水合物开采状态的实验装置，其特征在于，天然气水合物生成单元的第一管路、第二管路和第三管路均分别连接至一多通的一个通道，并通过该多通的另外的通道连接至反应釜的底盖。

8.一种监测天然气水合物开采状态的实验方法，其采用权利要求1-7任一项所述的实验装置，其特征在于，所述实验方法具体包括以下步骤：

S1、实验准备，按实验要求连接好所述实验装置，对数据采集单元的压力采集单元、温度采集单元、流量采集单元、位移测量单元、声信号发射接收单元和称重单元进行调试，然后进行反应釜试压；

S2、打开真空泵（4）对反应釜进行抽真空；

S3、开启数据采集单元和轴压平流泵（23），下压液压缸，使轴压维持在预定值；

S4、开启温控单元对反应釜进行降温，等到反应釜温度降低至实验所需温度，关闭第一管路、第三管路上的阀门，利用高压气瓶（6）缓慢向反应釜内注入甲烷气体，待气液分离器（2）的尾气出口处检测到甲烷气体时，关闭出口阀（10）；

S5、水合物生成：

继续利用高压气瓶（6）缓慢向反应釜内注入甲烷气体，待反应釜内气体压力升高到设定压力值时，将反应釜内压力维持在该设定压力值，利用平流泵（25）向反应釜内注入去离子水，去离子水的水位高度不高于模拟水合物层（31）的顶部；这一过程中，利用下部声发射接收传感器（28）和上部声发射接收传感器（27）获取声波信号在模拟水合物层（31）的传播参数信息，并利用液控系统将轴压控制在一稳定值；待下部声发射接收传感器（28）和上部声发射接收传感器（27）所获取的声波信号的所述传播参数信息基本不再改变且激光测距传感器（30）所获得的距离信息基本不再改变时，关闭与反应釜连接的所有管线的阀门，关闭下部声发射接收传感器（28）和上部声发射接收传感器（27）的声发射功能，仅保留声接收功能；

S6、水合物生产：

迅速调节温控单元至水合物分解温度范围，然后依次开启出口阀（10）、出口背压阀（9）进行天然气水合物开采，此过程中同样利用液控系统将轴压控制在一稳定值；

S7、获取天然气水合物开采状态参数：

利用下部声发射接收传感器（28）和上部声发射接收传感器（27）接收来自模拟水合物层（31）的储层破裂声波信号，确定当前开采规模下产生破裂的能量大小、破裂位置、频次参数信息；和/或，利用流量计（1）计算实验过程产生的甲烷的速率与总量；和/或，利用电子天平（3）记录反应产生的自由水的重量；

重复步骤S1-S7，实现不同开采规模、不同开采压力下的实验模拟。