[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

本發明公開了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，包括：用純四氫呋喃水合物球形顆粒模擬儲層沉積物中的塊狀天然氣水合物；依據原位土層處天然氣水合物的分布來等同模擬水合物球形顆粒的直徑及數量配比；依據原位土層處天然氣水合物的總體積分數，計算獲得某一大小天然氣水合物的體積分數，獲得水合物球形顆粒的體積分數；依據設定的目標重塑樣品體積，結合體積分數，計算不同直徑的水合物球形顆粒的數目；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，并在三軸儀上進行測試以達到與現場相似，以該樣品進行模量分析，為天然氣水合物開發海底災害和環境保護提供技術保障。

技術領域

本發明涉及沉積物分析技術領域，具體涉及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。

背景技術

天然氣水合物是我國的戰略能源資源。天然氣水合物的成藏有擴散型和滲漏型兩種，擴散機制下形成的含天然氣水合物土孔隙內分布相對均勻，而滲漏機制下以塊狀天然氣水合物分布為主。

以往研究工作主要是集中在孔隙型天然氣水合物分布的力學特性，含塊狀水合物沉積物力學特性認識不清，缺乏相關樣品制備技術與理論建模等研究。

發明內容

本發明的目的在于提供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，以解決現有技術中的技術問題。

為解決上述技術問題，本發明具體提供下述技術方案：

一種含塊狀水合物沉積物樣品的制備方法，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ε_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ε_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。

作為本發明一種優選地方案，所述球形模具的直徑為5mm～2cm。

作為本發明一種優選地方案，所述四氫呋喃溶液中四氫呋喃質量分數19％。