[发明专利]含水合物沉积物旁压蠕变试验装置及方法

说明书

本发明涉及海洋天然气水合物基础物性测试领域，特别是一种天然气水合物室内蠕变试验装置及方法。包括液压传动模块、恒温控制模块、天然气水合物合成模块、旁压蠕变测试模块、顶压控制模块，液压传动模块分别与恒温控制模块、旁压蠕变测试模块和顶压控制模块连接，恒温控制模块位于天然气水合物合成模块的外侧，旁压蠕变测试模块位于天然气水合物合成模块的正中心位置，顶压控制模块位于天然气水合物合成模块的顶部。其考虑了储层中静水压力对储层顶界的作用，构建了模拟水合物高压、低温成藏的环境条件，对测试段进行封隔处理，能排除静水压力对测试结果的影响，实现对储层侧向蠕变力学参数的测试。

技术领域

本发明涉及海洋天然气水合物基础物性测试领域，特别是一种天然气水合物室内蠕变试验装置及方法。

背景技术

当前，随着全球天然气水合物研究从单一的勘察评价向实验室模拟+试采实践评价的推进，天然气水合物储层的力学特性成为了国内外研究的焦点。天然气水合物开采过程中的储层力学特性对水合物的高效、安全开采至关重要，未经评估的大降压开采方案、不合理的钻进方案、不合理的压裂增产方案等的实施都可能造成原储层力学稳定状态的打破，引发井壁失稳，甚至是海底滑坡、崩塌的发生。蠕动变形破坏作为一种历时长、缓慢发展的破坏形式，其对储层的破坏往往不是显而易见的。我国在南海神狐海域天然气试采中发现的钻井套管无法拔出的现象，更是引发了对储层蠕动变形导致套管被抱死的猜测。可见，对天然气水合物储层的蠕变力学研究至关重要，其直接影响着成井方式的选择和水合物开采方式选择。

从目前水合物蠕动变形测试的情况来看，在测试仪器方面，目前主要利用改装的三轴力学实验仪器对水合物蠕变力学特性进行测试，其反映的水合物力学特性集中在垂向；在测试试样方面，目前主要存在两种制样方式，分别为混合制样法和原位合成法，混合制样法是将纯水合物制成粉末状然后再与沉积物混合从而制成所需的水合物测试样，原位制样法则是将一定含水率的沉积物装入测试模具，然后通入高压气体，通过仪器提供的高压低温环境生成所需水合物测试样。总体而言，上述仪器及制样方法具有技术成熟，操作简单的特点，能很好测试人工制样水合物的垂向蠕变力学参数，但其不能满足测试天然气水合物储层侧向蠕动变形力学参数的需求，而侧向蠕动变形又是井壁蠕变破坏的重要组成部分。

总体而言，天然气水合物旁压蠕变工况和常规土体旁压蠕变工况在某些方面具有一定相似性。常规土体旁压蠕变的适用领域主要为陆地岩土层，其测试工况有以下几个特点：①旁压测试探头直接与空气接触；②测试地层或岩层深度较浅，测试装置下放操作简单；③环境条件(气压、温度等)对储层的影响较小，即使是在冻土蠕动变形旁压测试中，环境温度对储层中冰的状态改变的影响也几乎可以忽略；④实施方便，投入成本低。而天然气水合物旁压蠕变测试领域具有以下几个特点：①水合物对温度、压力较为敏感，环境温度和压力的改变都会导致水合物的分解；②海底天然气水合物所处的环境与陆地土体或岩体所处环境大不相同，水合物通常埋藏于深水海底浅层未固结成岩的松散沉积物中，其储层顶界直接与海水相接，受到海水的静水压力作用；而陆地土体或岩体顶界主要与大气相接，大气对其影响较小；③对海底天然气水合物储层的旁压蠕变测试投入成本高，仪器的投放和测试等技术难度相对较大；④要想达到陆地土体或岩体测试段的力学环境，需要排除静水压力对测试探头的影响。基于以上对比，显而易见地，目前常规的旁压蠕变测试装置不能满足天然气水合物储层旁压蠕变测试的需要。

基于以上分析，在综合考率投入成本和仪器投放、测试技术难度的情况下，有必要设计一种可以在模拟含天然气水合物沉积物储层环境基础上进行旁压蠕变测试的实验装置，该装置将构建天然气水合物高压低温的成藏条件，解决静水压力影响测试结果的问题，并在此基础上完成对水合物侧向蠕变力学参数的测定，从而为天然气水合物的可持续开发提供力学参考。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提出了一种含水合物沉积物旁压蠕变试验装置及方法，其考虑了储层中静水压力对储层顶界的作用，构建了模拟水合物高压、低温成藏的环境条件，对测试段进行封隔处理，能排除静水压力对测试结果的影响，实现对储层侧向蠕变力学参数的测试。