[發明專利]含氣體水合物沉積物土水特征曲線的測量系統及其方法

有效

• 申請號: 202011209148.8
• 申請日: 2020-11-03
• 公開（公告）號: CN112485282B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 張準;寧伏龍;劉昌嶺;劉樂樂;劉志超;王冬冬;方彬;李維;孫嘉鑫
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: G01N24/08
• 分類號: G01N24/08;G01N15/08
• 代理公司: 武漢知產時代知識產權代理有限公司 42238
• 代理人: 王佩

本發明公開了含氣體水合物沉積物土水特征曲線的測量系統及其方法。該系統包括低場核磁共振測試儀、巖心夾持器、水合物制備裝置、溫度控制裝置、氣體驅替裝置和圍壓控制裝置；沉積物樣品通過巖心夾持器固定于低場核磁共振測試儀的置樣箱內，水合物制備裝置為沉積物樣品提供水合物生成所需物；溫度控制裝置用于控制水合物生成和分解的溫度；圍壓控制裝置為沉積物樣品提供圍壓；氣體驅替裝置用于驅替沉積物樣品中的水分；該系統能測試水合物聚散和有效應力作用下的沉積物土水特征曲線，可用于探究降壓開采過程中含水合物沉積物微觀結構參數演化及其對氣、水相對滲透率的影響規律，為我國南海水物開采產水、產氣規律提供技術支撐。

技術領域

本發明涉及天然氣水合物儲層物性參數測量技術領域，尤其涉及含氣體水合物沉積物土水特征曲線的測量系統及其方法。

背景技術

天然氣水合物廣泛分布于極地凍土環境和海洋大陸架區域，由于其儲量巨大、高效、清潔無污染等特點，被認為是21世紀最重要的替代能源之一。近年來，天然氣水合物勘探開發逐漸受到各個國家的高度重視，水合物試開采的相繼成功證實了水合物藏開采的可能性。2017年和2020年，我國南海神狐海域水合物兩次試開采取得圓滿成功，加快了我國商業化開采水合物的步伐。

試開采的成功并不等于商業化開采，水合物開采仍需克服很多挑戰。目前，降壓開采是被認為最有效的開采方式，水合物降壓開采是一個多相滲流過程，系統發展生產潛力預測和開采方案設計需要含水合物沉積物的氣、水相對滲透率的準確預測；進行含水合物沉積物氣、水相對滲透率研究，對于深刻理解水合物降壓開采規律并切實改善其產氣效率具有重要的工程意義；但現有的氣、水相對滲透率模型不能較好地滿足工程實際需求，現有技術中，滲透率理論模型在應用到南海水合物試開采時偏差能達到2～3個數量級。

鑒于現場測試的成本高、難度大，室內實驗具有成本低廉和操作簡便的特點，是實驗研究的主要對象。由于水合物特殊的物理性質，直觀的含水合物沉積物氣、水相對滲透率測量實驗非常困難。現有的含水合物沉積物氣、水相對滲透率普遍依賴于Van Genuchten模型，而Van Genuchten模型是一個半經驗的擬合公式，氣、水相對滲透率作為水飽和度的函數表達式需要擬合參數，而擬合參數的選擇有賴于土水特征曲線的精確測量。

目前，由于實驗儀器的限制及有限的實驗方法，現有的含水合物沉積物的土水特征曲線研究對象主要集中在低溫常壓賦存的四氫呋喃含水合物上，而針對甲烷水合物，到目前為止尚沒有合適的儀器來測量不同甲烷水合物飽和度下的土水特征曲線。而四氫呋喃水合物和甲烷水合物物理性質存在很大的不同，四氫呋喃水合物的相關實驗結果并不能用于認識甲烷水合物的相關物性。

因此，為滿足我國南海水合物資源的開發需求，有效評估天然氣水合物開采過程中的氣、水相對滲透率，亟待設計一種能精準測量不同甲烷水合物飽和度下的土水特征曲線的裝置及方法。

發明內容

本發明的目的在于，針對現有技術的上述不足，本發明的提供一種含氣體水合物沉積物土水特征曲線的測量系統及其方法，該系統能夠模擬氣體水合物(主要是甲烷水合物)的成藏過程與開采過程，用于精確測量水合物聚散過程和有效應力條件下沉積物土水特征曲線，并探究水合物降壓開采過程中氣、水相對滲透率變化規律，為含水合物沉積物基礎物性參數變化機制奠定理論基礎。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：