[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

说明书

本发明公开了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，包括：用纯四氢呋喃水合物球形颗粒模拟储层沉积物中的块状天然气水合物；依据原位土层处天然气水合物的分布来等同模拟水合物球形颗粒的直径及数量配比；依据原位土层处天然气水合物的总体积分数，计算获得某一大小天然气水合物的体积分数，获得水合物球形颗粒的体积分数；依据设定的目标重塑样品体积，结合体积分数，计算不同直径的水合物球形颗粒的数目；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，并在三轴仪上进行测试以达到与现场相似，以该样品进行模量分析，为天然气水合物开发海底灾害和环境保护提供技术保障。

技术领域

本发明涉及沉积物分析技术领域，具体涉及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。

背景技术

天然气水合物是我国的战略能源资源。天然气水合物的成藏有扩散型和渗漏型两种，扩散机制下形成的含天然气水合物土孔隙内分布相对均匀，而渗漏机制下以块状天然气水合物分布为主。

以往研究工作主要是集中在孔隙型天然气水合物分布的力学特性，含块状水合物沉积物力学特性认识不清，缺乏相关样品制备技术与理论建模等研究。

发明内容

本发明的目的在于提供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，以解决现有技术中的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：

一种含块状水合物沉积物样品的制备方法，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ε_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ε_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。

作为本发明一种优选地方案，所述球形模具的直径为5mm～2cm。

作为本发明一种优选地方案，所述四氢呋喃溶液中四氢呋喃质量分数19％。