[發明專利]一種含塊狀水合物沉積物樣品的制備方法及模量分析方法

在審

• 申請號: 202111340474.7
• 申請日: 2021-11-12
• 公開（公告）號: CN114088487A
• 公開（公告）日: 2022-02-25
• 發明（設計）人: 陸程;張旭輝;張帥;辛云路;龐守吉;肖睿;邊航;夏宇軒;劉暉;張運波;汪銳
• 申請（專利權）人: 中國地質調查局油氣資源調查中心;中國科學院力學研究所
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28;G01N1/36;G01N3/08
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 焦海峰

1.一種含塊狀水合物沉積物樣品的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟100、向球形模具內注入四氫呋喃溶液后放入低溫控制箱體內保持溫度0～4.4攝氏度之間24～48個小時，以形成多個純四氫呋喃的水合物球形顆粒，用于模儲層沉積物中的塊狀天然氣水合物；

步驟200、采樣獲取天然氣水合物儲層沉積物，所述天然氣水合物儲層沉積物中的天然氣水合物發生自然的分解相變，得到原土樣品；

步驟300、依據所述原土樣品所在原位土層處不同尺寸的天然氣水合物的分布比例來等同模擬確定不同大小的所述水合物球形顆粒的直徑，及不同直徑水合物球形顆粒的數量配比；

步驟400、依據所述原土樣品所在原位土層處天然氣水合物的總體積分數，計算獲得某一大小的天然氣水合物的體積分數，從而獲得對應一種直徑D的水合物球形顆粒的體積分數δ_hD；

步驟500、依據三軸壓縮試驗的樣品尺寸要求設定目標重塑樣品的體積V，并結合體積分數δ_hD，計算確定直徑為D的水合物球形顆粒的數目：

若計算為非整數，則取整；

依據不同直徑水合物球形顆粒的數量配比計算獲得每種直徑的水合物球形顆粒的數目；

步驟500、依據所述原土樣品所在原位土層處的土層骨架的干密度ρ_d和目標重塑樣品的體積V計算獲得目標土樣品的所需稱取的質量：

m_s＝ρ_d·V；

步驟600、將目標土樣品和水合物球形顆粒混合后分五層填入土工三軸制樣三瓣膜模具內并砸實達到目標高度，以獲得目標重塑樣品；

步驟700、在目標重塑樣品的外部加裝橡皮膜，安裝于三軸儀上，通過水頭飽和的方式進行水的注入，直至達到樣品含水量的指標，再分級逐步地加載圍壓和注氣，直至最終目標重塑樣品具有與現場相似的含水量、水合物體積分數以及含氣量，達到三軸力學性能測試的要求，以獲得含塊狀水合物沉積物樣品。

2.根據權利要求1所述的一種含塊狀水合物沉積物樣品的制備方法，其特征在于，所述球形模具的直徑為5mm～2cm。

3.根據權利要求1所述的一種含塊狀水合物沉積物樣品的制備方法，其特征在于，所述四氫呋喃溶液中四氫呋喃質量分數19％。

4.根據權利要求1所述的一種含塊狀水合物沉積物樣品的制備方法，其特征在于，所述步驟600和所述步驟700均在低于0攝氏度的條件下完成。

5.一種含塊狀水合物沉積物樣品的模量分析方法，其特征在于，包括如下步驟：

將含塊狀水合物沉積物樣品進行三軸加載實驗得到應力應變曲線，以得到割線模量；

以水合物和土層骨架的體積分數為控制量將樣品模量預測的物理模型分解，形成若干個水合物次單元與土顆粒次單元并聯合成的單元；

模量預測公式如下：

其中：E_v＝E_aV_a+E_bV_b；f1+f2＝1；

其中，a、b分別代表土顆粒和水合物顆粒，E_a、E_b分別表示土顆粒和水合物顆粒的模量、V_a、V_b分別表示土顆粒和水合物顆粒的體積分數，Ev、Er分別表示類似土骨架和水合物兩種材料的唯象的類似彈簧并聯路徑的模量，r、d分別代表水合物顆粒直徑和土顆粒平均粒徑；α表示尺寸效應指數；f1、f2分別表示類似彈簧并聯、串聯路徑的比例。