一种第四系浅层气盖层封闭力学参数分析修正方法及系统

本发明涉及第四系盖层沉积物的封闭性能测试，更具体地说，本发明涉及一种第四系浅层气盖层封闭力学参数分析修正方法及系统。

背景技术：

1、在跨江越湖的桥梁、隧道等工程建设中，第四系浅层气地层赋存常会引发工程灾害。浅层气成藏的核心在于气体在沉积物孔隙中的侵入、运移、聚集及盖层封闭过程。目前，分析第四系浅层气成藏机制的主要手段包括室内注气模拟试验、气侵模型试验以及基于多孔介质渗流理论的数值计算。试验中通常采用循环加卸压方式，通过测量不同孔隙气压下的气体饱和度关系来推断储层的储气能力和盖层的气封闭阈值。现有分析中多假定土骨架为弹性或弹塑性体，认为加卸压过程中的压力和饱和度关系遵循可逆或单调滞后的规律，且忽略时间因素对土体结构调整的影响。

2、现有试验方法在处理分析含有机质的第四系浅层气黏土盖层沉积物时，普遍忽略土骨架在初次受压后会发生不可恢复土体结构调整对后续气体成藏封闭性量测的影响，导致多次加卸压循环试验中测得的孔隙气压与气体饱和度关系出现闭环不闭合的偏差，且该偏差随卸压后试样静置时长呈现无法预测的漂移，这种历史依赖的记忆效应使得基于单一加卸压循环或短期测试获得的盖层土体封闭力学参数难以真实反映盖层沉积物在长期复杂应力历史下的实际封闭能力，从而降低了对第四系浅层气盖层封闭性分析和评价的准确性。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供一种第四系浅层气盖层封闭力学参数分析修正方法及系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种第四系浅层气盖层封闭力学参数分析修正方法，包括如下步骤：

4、s1：对第四系盖层沉积物试样实施至少两次循环加卸压试验，记录每次循环中的孔隙气压与气体饱和度的对应关系；

5、s2：将相邻两次循环的加卸压曲线分别外推至气体饱和度的初始状态，计算两条加卸压曲线在孔隙气压坐标轴上的截距差值，将截距差值作为闭环不闭合的偏差量；

6、s3：在卸压后设置多个不同的静置时长，分别测量再次加压时的突破压力，重复s1至s2的步骤获取偏差量随静置时长的变化序列；

7、s4：将变化序列中的静置时长转换为对数值，在对数坐标系下确定偏差量与静置时长的对数值的线性关系，将线性关系外推至下一数量级静置时长的对数值所对应的偏差量作为预测记忆值；

8、s5：利用预测记忆值修正第一次循环测得的孔隙气压与气体饱和度关系，输出修正后的盖层封闭力学参数。

9、进一步地，对第四系盖层沉积物试样实施至少两次循环加卸压试验，记录每次循环中的孔隙气压与气体饱和度的对应关系，包括：

10、将第四系盖层沉积物试样安装在三轴压力室中，施加初始围压和初始反压模拟原位应力条件；

11、以设定压力增量逐步升高试样一端的孔隙气压，在每级孔隙气压稳定后，测定由气体驱替排出的孔隙水量并换算出气体饱和度，记录加压过程中孔隙气压与气体饱和度的对应关系；

12、当孔隙气压升高至预设上限值后，以设定压力减量逐步降低孔隙气压，在每级孔隙气压稳定后再次测定气体饱和度，记录卸压过程中孔隙气压与气体饱和度的对应关系；

13、完成一次加卸压循环后，重复逐步升高和降低孔隙气压的过程，得到至少两次循环各自在加压过程中孔隙气压与气体饱和度的对应关系，以及至少两次循环各自在卸压过程中孔隙气压与气体饱和度的对应关系。

14、进一步地，孔隙气压稳定的判据为连续3次孔隙气压读数的变化量均不超过施加的初始反压的1‰；气体饱和度的换算依据为初始孔隙体积减去累计排出孔隙水量的差值除以初始孔隙体积。

15、进一步地，将相邻两次循环的加卸压曲线分别外推至气体饱和度的初始状态，计算两条加卸压曲线在孔隙气压坐标轴上的截距差值，将截距差值作为闭环不闭合的偏差量，包括：

16、从至少两次循环各自在加压过程中孔隙气压与气体饱和度的对应关系以及至少两次循环各自在卸压过程中孔隙气压与气体饱和度的对应关系中，提取第一次循环对应的加卸压曲线和第二次循环对应的加卸压曲线；

17、将第一次循环对应的加卸压曲线沿气体饱和度递减方向外推至气体饱和度的初始状态，得到第一次循环对应的加卸压曲线在孔隙气压坐标轴上的截距，将第二次循环对应的加卸压曲线沿气体饱和度递减方向外推至气体饱和度的初始状态，得到第二次循环对应的加卸压曲线在孔隙气压坐标轴上的截距；

18、计算第一次循环对应的加卸压曲线在孔隙气压坐标轴上的截距与第二次循环对应的加卸压曲线在孔隙气压坐标轴上的截距之间的差值，将差值作为闭环不闭合的偏差量。

19、进一步地，将加卸压曲线外推至气体饱和度的初始状态的方式为，采用加卸压曲线中最低气体饱和度对应的数据点向气体饱和度减小方向作线性延伸，直至与气体饱和度为初始状态值时对应的纵轴相交。

20、进一步地，在卸压后设置多个不同的静置时长，分别测量再次加压时的突破压力，重复s1至s2的步骤获取偏差量随静置时长的变化序列，包括：

21、完成一次加卸压循环并将孔隙气压卸除至初始值后，使第四系盖层沉积物试样在卸压状态下保持第一静置时长；

22、经过第一静置时长后，以设定压力增量逐步升高孔隙气压，记录气体开始进入第四系盖层沉积物试样时的孔隙气压作为突破压力，继续完成至少两次循环加卸压试验并记录每次循环中加压过程孔隙气压与气体饱和度的对应关系和卸压过程孔隙气压与气体饱和度的对应关系；

23、根据第一静置时长下得到的加压过程孔隙气压与气体饱和度的对应关系和卸压过程孔隙气压与气体饱和度的对应关系，按照计算第一次循环对应的加卸压曲线在孔隙气压坐标轴上的截距与第二次循环对应的加卸压曲线在孔隙气压坐标轴上的截距之间差值的方式，得到第一静置时长对应的闭环不闭合的偏差量；

24、更换第四系盖层沉积物试样，对更换后的试样再次完成一次加卸压循环并卸压，在卸压状态下保持不同于第一静置时长的第二静置时长，重复突破压力测量、至少两次循环加卸压试验记录和偏差量计算，获得第二静置时长对应的闭环不闭合的偏差量；

25、继续对至少两个不同的静置时长重复获得闭环不闭合的偏差量的过程，汇集全部静置时长与各自对应的闭环不闭合的偏差量，构成偏差量随静置时长的变化序列。

26、进一步地，将变化序列中的静置时长转换为对数值，在对数坐标系下确定偏差量与静置时长的对数值的线性关系，将线性关系外推至下一数量级静置时长的对数值所对应的偏差量作为预测记忆值，包括：

27、从偏差量随静置时长的变化序列中提取全部静置时长及对应的闭环不闭合的偏差量；

28、计算全部静置时长的对数值；

29、以静置时长的对数值为横坐标，闭环不闭合的偏差量为纵坐标，在对数坐标系下确定一条直线，使得各数据点沿直线分布，作为偏差量与静置时长的对数值的线性关系；

30、将直线沿横坐标方向外推至下一数量级静置时长的对数值处，读取对应的闭环不闭合的偏差量，将读取的闭环不闭合的偏差量作为预测记忆值。

31、进一步地，利用预测记忆值修正第一次循环测得的孔隙气压与气体饱和度关系，输出修正后的盖层封闭力学参数，包括：

32、将第一次循环加压过程孔隙气压与气体饱和度的对应关系中各孔隙气压值减去预测记忆值，得到修正后的第一次循环加压过程孔隙气压与气体饱和度的对应关系；

33、将第一次循环卸压过程孔隙气压与气体饱和度的对应关系中各孔隙气压值减去预测记忆值，得到修正后的第一次循环卸压过程孔隙气压与气体饱和度的对应关系；

34、在修正后的第一次循环加压过程孔隙气压与气体饱和度的对应关系中，确定气体饱和度由气体饱和度的初始状态首次增大时对应的孔隙气压作为修正后的盖层突破压力，并输出修正后的盖层封闭力学参数。

35、进一步地，修正后的盖层封闭力学参数还包括修正后的第一次循环卸压过程孔隙气压与气体饱和度的对应关系中，气体饱和度回落至气体饱和度的初始状态时对应的孔隙气压作为残余封闭压力。

36、另一方面，本发明提供一种第四系浅层气盖层封闭力学参数分析修正系统，包括以下模块：

37、循环加卸压模块，用于对第四系盖层沉积物试样实施至少两次循环加卸压试验，记录每次循环中的孔隙气压与气体饱和度的对应关系；

38、偏差量计算模块，用于将相邻两次循环的加卸压曲线分别外推至气体饱和度的初始状态，计算两条加卸压曲线在孔隙气压坐标轴上的截距差值，将截距差值作为闭环不闭合的偏差量；

39、序列获取模块，用于在卸压后设置多个不同的静置时长，分别测量再次加压时的突破压力，重复循环加卸压模块和偏差量计算模块的执行获取偏差量随静置时长的变化序列；

40、预测记忆值模块，用于将变化序列中的静置时长转换为对数值，在对数坐标系下确定偏差量与静置时长的对数值的线性关系，将线性关系外推至下一数量级静置时长的对数值所对应的偏差量作为预测记忆值；

41、修正输出模块，用于利用预测记忆值修正第一次循环测得的孔隙气压与气体饱和度关系，输出修正后的盖层封闭力学参数。

42、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

43、1.通过记录至少两次循环加卸压试验中孔隙气压与气体饱和度的对应关系，并将相邻两次循环的加卸压曲线外推至气体饱和度的初始状态以获取闭环不闭合的偏差量，将土骨架结构调整引发的记忆效应转化为可量化的偏差指标，使原本被忽略的不可恢复变形对浅层气封闭能力的影响得以被测量和标定，设置多个不同静置时长并重复测量偏差量，将偏差量随静置时长的漂移规律从看似无序的变化中提取为偏差量随静置时长的变化序列，克服了短期单一测试无法反映记忆效应时间演化特征的缺陷。

44、2.将静置时长转换为对数值并在对数坐标系下建立偏差量与静置时长对数值的线性关系，利用外推至下一数量级静置时长的方式获得预测记忆值，以该预测记忆值对第一次循环测得的孔隙气压与气体饱和度关系进行修正后输出修正后的盖层封闭力学参数，使得最终获得的盖层突破压力扣除了土骨架结构调整随时间累积所产生的偏移，从而更真实地反映第四系盖层沉积物在经历复杂应力历史后的实际气体侵入能力和封闭能力。