[发明专利]一种含块状水合物沉积物样品的制备方法及模量分析方法

权利要求书

1.一种含块状水合物沉积物样品的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤100、向球形模具内注入四氢呋喃溶液后放入低温控制箱体内保持温度0～4.4摄氏度之间24～48个小时，以形成多个纯四氢呋喃的水合物球形颗粒，用于模储层沉积物中的块状天然气水合物；

步骤200、采样获取天然气水合物储层沉积物，所述天然气水合物储层沉积物中的天然气水合物发生自然的分解相变，得到原土样品；

步骤300、依据所述原土样品所在原位土层处不同尺寸的天然气水合物的分布比例来等同模拟确定不同大小的所述水合物球形颗粒的直径，及不同直径水合物球形颗粒的数量配比；

步骤400、依据所述原土样品所在原位土层处天然气水合物的总体积分数，计算获得某一大小的天然气水合物的体积分数，从而获得对应一种直径D的水合物球形颗粒的体积分数δ_hD；

步骤500、依据三轴压缩试验的样品尺寸要求设定目标重塑样品的体积V，并结合体积分数δ_hD，计算确定直径为D的水合物球形颗粒的数目：

若计算为非整数，则取整；

依据不同直径水合物球形颗粒的数量配比计算获得每种直径的水合物球形颗粒的数目；

步骤500、依据所述原土样品所在原位土层处的土层骨架的干密度ρ_d和目标重塑样品的体积V计算获得目标土样品的所需称取的质量：

m_s＝ρ_d·V；

步骤600、将目标土样品和水合物球形颗粒混合后分五层填入土工三轴制样三瓣膜模具内并砸实达到目标高度，以获得目标重塑样品；

步骤700、在目标重塑样品的外部加装橡皮膜，安装于三轴仪上，通过水头饱和的方式进行水的注入，直至达到样品含水量的指标，再分级逐步地加载围压和注气，直至最终目标重塑样品具有与现场相似的含水量、水合物体积分数以及含气量，达到三轴力学性能测试的要求，以获得含块状水合物沉积物样品。

2.根据权利要求1所述的一种含块状水合物沉积物样品的制备方法，其特征在于，所述球形模具的直径为5mm～2cm。

3.根据权利要求1所述的一种含块状水合物沉积物样品的制备方法，其特征在于，所述四氢呋喃溶液中四氢呋喃质量分数19％。

4.根据权利要求1所述的一种含块状水合物沉积物样品的制备方法，其特征在于，所述步骤600和所述步骤700均在低于0摄氏度的条件下完成。

5.一种含块状水合物沉积物样品的模量分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

将含块状水合物沉积物样品进行三轴加载实验得到应力应变曲线，以得到割线模量；

以水合物和土层骨架的体积分数为控制量将样品模量预测的物理模型分解，形成若干个水合物次单元与土颗粒次单元并联合成的单元；

模量预测公式如下：

其中：E_v＝E_aV_a+E_bV_b；f1+f2＝1；

其中，a、b分别代表土颗粒和水合物颗粒，E_a、E_b分别表示土颗粒和水合物颗粒的模量、V_a、V_b分别表示土颗粒和水合物颗粒的体积分数，Ev、Er分别表示类似土骨架和水合物两种材料的唯象的类似弹簧并联路径的模量，r、d分别代表水合物颗粒直径和土颗粒平均粒径；α表示尺寸效应指数；f1、f2分别表示类似弹簧并联、串联路径的比例。