一种天然气水合物模拟岩样制备方法与流程

本发明涉及天然气水合物实验测试的技术领域，特别是涉及一种天然气水合物模拟岩样制备方法。

背景技术：

天然气水合物开采技术仍处于理论研究和矿场试采阶段，尚未形成经济有效的商业开采模式，主要开采方法包括降压法、注热法、注化学剂法、co2置换法、固态流化法等。天然气水合物的商业化开采进程中仍面临诸多关键技术问题，室内实验模拟研究是天然气水合物勘探开发关键基础环节，要达此目的，则需具备相应的含天然气水合物地层岩样来实现大量的室内模拟实验。但是，由于天然水合物岩样获取困难且成本高昂，国内外相关研究人员大多采用人造天然气水合物岩样来代替天然水合物岩样。目前天然气水合物实验岩样制备的主要方式是利用高压反应釜加压制备岩样骨架，然后输入甲烷气体和水在岩样孔隙中生成水合物，得到天然气水合物实验岩样。总体来看，现阶段天然气水合物实验岩样存在与原位地层的物性参数差异较大，尺寸较小以及孔隙均匀性差等不足，影响了其研究结果的应用准确性。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供一种天然气水合物模拟岩样制备方法，通过压制骨架、饱和溶液、制冷冻结形成模拟岩样替代天然气水合物原位岩样，为天然气水合物储层岩石力学性质模拟及相关模拟实验研究提供实验岩样。

本发明的一种天然气水合物模拟岩样制备方法，包括以下步骤：

(1)优化人工制冷冻结工艺及参数；

(2)压制成型天然气水合物岩样骨架；

(3)岩样骨架抽真空饱和水溶液；

(4)制冷冻结饱和岩样骨架内孔隙水。

本发明的一种天然气水合物模拟岩样制备方法，所述步骤(1)中优化人工制冷冻结工艺及参数，根据纯天然气水合物岩样力学参数，优选采用均衡制冷工艺，通过单因素分析方法，建立制冷速率、制冷温度、制冷时间等因素与冻结冰力学参数之间的关系，优化人工制冷参数，实现冻结冰力学参数与天然气水合物力学参数一致。

所述岩样力学参数包括抗压强度、抗剪强度、杨氏模量、泊松比等关键参数。

所述均衡制冷工艺指可实现岩样从内到外均衡制冷的工艺；

所述制冷速率指均衡制冷工艺所采用的制冷过程中环境温度降低速率；

所述制冷温度指均衡制冷工艺所采用的初期和终止制冷环境温度；

所述制冷时间指均衡制冷工艺所采用的制冷时间。

本发明的一种天然气水合物模拟岩样制备方法，所述步骤(2)中压制成型天然气水合物岩样骨架，采用与实际储层岩石骨架相同矿物组分、相同粒径组成和分布的岩土，加湿处理后按照实验所需形状，采用合适的压制工艺及参数，压制岩样骨架成型。

所述岩样骨架指压制成型后不发生溃散为条件。

所述岩样压制工艺包括压制压力、压制时间等。

所述岩样骨架的孔隙度与原位水合物储层骨架孔隙度基本相当。

本发明的一种天然气水合物替代岩样制备方法，所述步骤(3)中压制成型天然气水合物岩样骨架，采用与实际储层岩石骨架相同矿物组分、相同粒径组成和分布的岩土，加湿处理后按照实验所需形状，采用合适的压制工艺及参数，压制岩样骨架成型。

所述岩样骨架指压制成型后不发生溃散为条件。

所述岩样压制工艺包括压制压力、压制时间等。

所述岩样骨架的孔隙度与原位水合物储层孔隙度基本相当。

本发明的一种天然气水合物模拟岩样制备方法，所述步骤(3)中岩样骨架抽真空饱和水溶液，在真空容器内放置步骤(2)压制形成的岩样骨架，在一定饱和条件下饱和水溶液，制作含一定水溶液饱和度的饱和岩样。

所述水溶液需满足岩样骨架不发生黏土矿物膨胀分散为条件。

所述岩样可采用海绵块保护，避免饱和过程中发生岩样溃散。

所述一定饱和条件是指特定的真空度和饱和时间。

所述饱和岩样中孔隙水制冷冻结后形成的冰饱和度与所需模拟天然气水合物储层内天然气水合物饱和度相当。

本发明的一种天然气水合物模拟岩样制备方法，所述步骤(4)中制冷冻结饱和岩样骨架内孔隙水，在步骤(3)基础上，采用步骤(1)人工制冷工艺和制冷参数，对饱和岩样实施制冷，冻结孔隙内水溶液，最终形成模拟岩样。

与现有技术相比本发明的有益效果为：本发明所提供的天然气水合物模拟岩样制备方法，通过压制骨架、饱和溶液、制冷冻结形成模拟岩样替代天然气水合物原位岩样，为天然气水合物储层岩石力学性质模拟及相关模拟实验研究提供实验岩样，解决室内实验研究对大量水合物岩样的要求，极大地减少了天然气水合物储层原位保温保压取芯所需的大量人力、物力及财力消耗，为天然气水合物室内实验研究提供一种合理可行的岩样制备方法。

附图说明

图1是本发明的天然气水合物模拟岩样制备方法的思路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例，如图1所示：

步骤(1)，首先开展人工合成天然气水合物岩样力学参数测试，得到人工合成天然气水合物岩样岩石力学参数(抗压强度、抗剪强度、杨氏模量、泊松比等)；其次采用均衡制冷工艺，控制水溶液均衡固化，控制制冷速率缓慢将初期环境温度降低至终止制冷温度，实现均衡制冷。采用单因素分析方法，分析不同制冷速率、制冷温度、制冷时间等因素影响条件下的冰强度，优化制冷参数，实现冻结冰力学参数与天然气水合物力学参数一致。

步骤(2)，采用与实际储层岩石骨架相同矿物组分、相同粒径组成和分布的岩土，通过雾化加湿处理，压制成型天然气水合物岩样骨架并测试其孔隙度，通过调整压制工艺，调整岩样孔隙度与原位水合物储层孔隙度基本相当，且岩样骨架压制成型后不发生溃散。最后，采用该压制工艺成型岩样骨架。

步骤(3)，为了避免饱和过程中发生岩样溃散，采用海绵块包裹步骤(2)压制岩样骨架，置入真空容器内，加入与岩样配伍性良好的水溶液，调节真空度和饱和时间，形成含一定水溶液饱和度的饱和岩样。

步骤(4)，在步骤(3)基础上，采用步骤(1)人工制冷工艺和制冷参数，对饱和岩样实施制冷，冻结孔隙内水溶液，最终形成模拟岩样。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种天然气水合物模拟岩样制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)优化人工制冷冻结工艺及参数；

(2)压制成型天然气水合物岩样骨架；

(3)岩样骨架抽真空饱和水溶液；

(4)制冷冻结饱和岩样骨架内孔隙水。

2.如权利要求1所述的一种天然气水合物模拟岩样制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中优化人工制冷冻结工艺及参数，根据纯天然气水合物岩样力学参数，优选采用均衡制冷工艺，通过单因素分析方法，建立制冷速率、制冷温度、制冷时间等因素与冻结冰力学参数之间的关系，优化人工制冷参数，实现冻结冰力学参数与天然气水合物力学参数一致。

所述岩样力学参数包括抗压强度、抗剪强度、杨氏模量、泊松比等关键参数。

所述均衡制冷工艺指可实现岩样从内到外均衡制冷的工艺；

所述制冷速率指均衡制冷工艺所采用的制冷过程中环境温度降低速率；

所述制冷温度指均衡制冷工艺所采用的初期和终止制冷环境温度；

所述制冷时间指均衡制冷工艺所采用的制冷时间。

3.如权利要求1所述的一种天然气水合物模拟岩样制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中压制成型天然气水合物岩样骨架，采用与实际储层岩石骨架相同矿物组分、相同粒径组成和分布的岩土，加湿处理后按照实验所需形状，采用合适的压制工艺及参数，压制岩样骨架成型。

所述岩样骨架指压制成型后不发生溃散为条件。

所述岩样压制工艺包括压制压力、压制时间等。

所述岩样骨架的孔隙度与原位水合物储层骨架孔隙度基本相当。

4.如权利要求1所述的一种天然气水合物模拟岩样制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中岩样骨架抽真空饱和水溶液，在真空容器内放置步骤(2)压制形成的岩样骨架，在一定饱和条件下饱和水溶液，制作饱和水溶液的饱和岩样。

所述水溶液需满足岩样骨架不发生黏土矿物膨胀分散为条件。

所述岩样可采用海绵块保护，避免饱和过程中发生岩样溃散。

所述一定饱和条件是指特定的真空度和饱和时间。

所述饱和岩样中孔隙水制冷冻结后形成的冰饱和度与所需模拟天然气水合物储层内天然气水合物饱和度相当。

5.如权利要求1所述的一种天然气水合物模拟岩样制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中制冷冻结饱和岩样骨架内孔隙水，在步骤(3)基础上，采用步骤(1)人工制冷工艺和制冷参数，对饱和岩样实施制冷，冻结孔隙内水溶液，最终形成模拟岩样。

技术总结
本发明涉及天然气水合物实验测试的技术领域，特别是涉及一种天然气水合物模拟岩样制备方法，通过压制骨架、饱和溶液、制冷冻结形成模拟岩样替代天然气水合物原位岩样，为天然气水合物储层岩石力学性质模拟及相关模拟实验研究提供实验岩样。制备方法包括以下步骤：(1)优化人工制冷冻结工艺及参数；(2)压制成型天然气水合物岩样骨架；(3)岩样骨架抽真空饱和水溶液；(4)制冷冻结饱和岩样骨架内孔隙水。

技术研发人员：叶建良;谢文卫;秦绪文;申凯翔;黎晓舟
受保护的技术使用者：广州海洋地质调查局
技术研发日：2020.09.27
技术公布日：2021.03.19