[發(fā)明專利]一種考慮水合物開采影響的儲層本構(gòu)模型

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210658843.5
• 申請日: 2022-06-13
• 公開（公告）號: CN115169077A
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 閆傳梁;陳勇;田萬頃;程遠(yuǎn)方
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油大學(xué)（華東）
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;E21B49/00;G06F111/10
• 代理公司: 東營雙橋?qū)＠碛邢挢?zé)任公司 37107
• 代理人: 趙春利

本發(fā)明公開一種考慮水合物開采影響的儲層本構(gòu)模型，其技術(shù)方案是：本構(gòu)模型建立步驟如下：對人工制備的含甲烷水合物沉積物試樣進(jìn)行CO₂置換實(shí)驗(yàn)，并對置換前后的試樣進(jìn)行三軸壓縮實(shí)驗(yàn)，獲得其應(yīng)力?應(yīng)變曲線；根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證Duncan?Chang模型對CO₂置換影響下的天然氣水合物儲層的適用性；根據(jù)不同條件下的三軸壓縮實(shí)驗(yàn)結(jié)果，利用置換率、初始水合物飽和度參數(shù)對8個模型參數(shù)進(jìn)行修正；將建立的CO₂置換影響下天然氣水合物儲層的非線性本構(gòu)模型的計(jì)算曲線與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比。有益效果是：本發(fā)明考慮了CO₂置換的影響，能夠準(zhǔn)確地預(yù)測儲層的破壞行為，并具有較好的適用性，可為天然氣水合物開采與CO₂封存相關(guān)的理論研究、數(shù)值建模以及工程設(shè)計(jì)提供幫助。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及天然氣水合物開采技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種考慮水合物開采影響的儲層本構(gòu)模型。

背景技術(shù)

天然氣水合物(NGH)是在低溫高壓條件下天然氣與水分子形成的高能量密度的籠形晶狀化合物，目前，已經(jīng)提出的天然氣水合物開采的方式主要有：熱激發(fā)法、降壓法、注化學(xué)試劑法和CO₂置換法。前三種開采方式都是改變天然氣水合物藏的溫壓環(huán)境，使其不再滿足水合物相平衡條件，促使天然氣水合物的分解與CH₄氣體的產(chǎn)出，但這個過程中由于水合物的分解可能會顯著降低儲層的抗變形能力，存在引發(fā)生產(chǎn)出砂、儲層沉降、海底滑坡等工程和地質(zhì)災(zāi)害的潛在危險。CO₂置換法的基本思路是利用CO₂水合物與CH₄水合物的生成、穩(wěn)定條件差異，使CO₂與CH₄水合物在適合置換反應(yīng)的溫度和壓力條件下接觸，在CH₄水合物分解的同時生成CO₂水合物。該方法在獲得CH₄的同時，還能將CO₂封存在海底，并在一定程度上保持儲層的力學(xué)穩(wěn)定性。這種利用氣體交換反應(yīng)的生產(chǎn)技術(shù)將成為結(jié)合天然氣安全開采和CO₂封存的重要媒介，從而在獲得能源的同時減緩CO₂排放引起的全球氣候惡化。

目前，針對天然氣水合物儲層的許多不同形式的本構(gòu)模型已經(jīng)被一些學(xué)者基于不同的方法和目的建立起來，但是這些本構(gòu)模型都沒有考慮CO₂置換法的影響，現(xiàn)階段關(guān)于CO₂置換法的研究主要集中在置換反應(yīng)的動力學(xué)機(jī)制和如何提高置換效率方面，基于經(jīng)濟(jì)效益的考量占據(jù)主要地位，而目前對CO₂置換法開采過程中儲層力學(xué)安全性方面的研究較少，特別是能表征CO₂置換開采過程中水合物儲層應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系變化規(guī)律的本構(gòu)模型還沒有被建立。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種考慮水合物開采影響的儲層本構(gòu)模型。

本發(fā)明提到的一種考慮水合物開采影響的儲層本構(gòu)模型，其技術(shù)方案是：本構(gòu)模型的建立過程主要包括以下步驟：

步驟1：對人工制備的含甲烷水合物沉積物試樣進(jìn)行CO₂置換實(shí)驗(yàn)，并對置換前后的試樣進(jìn)行三軸壓縮實(shí)驗(yàn)，獲得其應(yīng)力-應(yīng)變曲線；

步驟2：根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證Duncan-Chang模型對CO₂置換影響下的天然氣水合物儲層的適用性；所述Duncan-Chang表達(dá)式如下：

（1）

式（1）也可以改寫成如下兩種形式：

（2）

或 （3）

其中，為偏應(yīng)力；為軸向應(yīng)變，由實(shí)驗(yàn)測定；a、b為決定于材料性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)；

步驟3：基于Duncan-Chang模型，根據(jù)不同條件下的三軸壓縮實(shí)驗(yàn)結(jié)果，利用置換率、初始水合物飽和度參數(shù)對Duncan-Chang模型的8個模型參數(shù)進(jìn)行修正；

所述置換率的定義式如下：