一种深海水合物降压开采时储层稳定性安全评估方法

coulomb本构模型进行分析，得到d个土体沉降变形情况；
12.s8、根据d个所述土体沉降变形情况与所述天然气水合物储层相比较，所述土体沉降变形情况达到所述天然气水合物储层的厚度的10％，停止水合物开采。
13.更优的选择，步骤s5中的所述破坏应力关系式为
14.τs＝0.267+4.34(s
h0-kdm
gas
(p
e-p)t)，所述εd为土体的轴向应变，所述τs为破坏应力。
15.更优的选择，步骤s5中的所述破坏应力关系式为
16.τs＝2.14-2.9(s
h0-kdm
gas
(p
e-p)t)+6.5(s
h0-kdm
gas
(p
e-p)t)2，所述εd为土体的轴向应变，所述τs为破坏应力。
17.更优的选择，步骤s7中的所述土体力学参数包括土层厚度、土体模量和土体密度。
18.更优的选择，步骤s3中的所述压降强度包括3-9mpa。
19.更优的选择，步骤s3中的所述压降开采时间包括3-28天。
20.本发明相对现有技术具有以下优点及有益效果：
21.本发明通过一种深海水合物降压开采时储层稳定性安全评估方法，避免压力下降过快导致土体发生塑性破坏，导致海底结构物破坏的情况。
附图说明
22.图1是本发明一种深海水合物降压开采时储层稳定性安全评估方法的流程图；
23.图2是本发明一种深海水合物降压开采时储层稳定性安全评估方法的水合物储层的失稳临界点曲线图。
具体实施方式
24.下面结合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述,实施例不能在此一一赘述,但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。
25.在本实施例中，可以根据不同的降压程度和不同的降压时间确定水合物的分解情况，在水合物分解后，计算水合物沉积物储层的破坏应力及变形情况，根据含水合物土体的水合物完全分解后的力学性质，计算出土体沉降变形发生塑性破坏的极限情况，得到不同分解时间下土体失稳的临界点。
26.储层性质介绍：水合物储层位于海平面以下1140m以下，海水深度1000m，上覆层厚度约140m，水合物层厚度30m，海底土层倾角为3度，kd为8060mol/(m2·a·
s)，mg为16g
·
mol，as为0.14m2，pe为12.5
×
106pa，ρ是水合物密度，920kg/m3，s
h0
为0.53，以我国南海海域的地质地貌为参考。
27.如图1所示，一种深海水合物降压开采时储层稳定性安全评估方法，包括以下步骤：
28.s1、在深海的天然气水合物储层的中心钻取开采井；将泵布置在开采井的井口处。
29.s2、从开采井中确认天然气水合物的初始水合物饱和度与初始储层压力，然后开始降压，破坏水合物储层的稳定性。
30.s3、在1个压降强度的5个压降开采时间下，通过实际水合物饱和度公式计算，得到5个实际水合物饱和度，其公式如下：
[0031][0032]
其中，kd是系数，mg是甲烷气体摩尔分数，as是表面积，pe是水合物平衡时的孔隙压力，p是压降强度，ρ是水合物密度，s
h0
为初始水合物饱和度，sh为实际水合物饱和度，t为降压开采时间。
[0033]
s4、重复步骤s3，在另外2个降压强度下的5个压降开采时间下，通过实际水合物饱和度公式，得到10个实际水合物饱和度，与前一步骤的实际水合物饱和度共计有15个实质水合物饱和度。
[0034]
s5、根据初始水合物饱和度、3个压降强度和5个压降开采时间，通过破坏应力关系式计算，得到15个水合物沉积物储层的破坏应力，其公式如下：
[0035]
εd＜25％时，τs＝0.267+4.34(s
h0-kdm
gas
(p
e-p)t)
[0036]
εd≥25％时，τs＝2.14-2.9(s
h0-kdm
gas
(p
e-p)t)+6.5(s
h0-kdm
gas
(p
e-p)t)2[0037]
其中，εd是土体的轴向应变，τs为破坏应力，kd是系数，mg是甲烷气体摩尔分数，as是表面积，pe是水合物平衡时的孔隙压力，p是压降强度，s
h0
为初始水合物饱和度，t为降压开采时间。
[0038]
确定在3个降压压强和5个降压开采时间下，通过对水合物分解导致土体软化后的土体破坏应力数值的计算，当破坏应力达到水合物完全分解时储层的剪切应力时，则土体发生破坏，得到水合物储层的分解范围；
[0039]
s6、根据15个水合物沉积物储层的破坏应力和15个实际水合物饱和度，得到15个水合物储层的分解范围，如下表：
[0040]
表1不同压降强度和不同时间下的水合物储层分解范围
[0041][0042]
在降压强度为3mpa的情况下，降压时间在一周内(即3天和7天时)，分解范围均为3m；而降压时间为14天和21天时，分解范围均为4m；降压时间为28天时，分解范围为5m。由此可以看出，在降压强度一定的时候，随着时间的推移，分解范围逐渐变大，但是由于降压强度较小，水合物储层分解范围逐渐扩大的过程较为缓慢。
[0043]
在降压强度为6mpa的情况下，降压时间为3天时，水合物储层分解范围为4m；而降压时间为7天时，分解范围为7m；而降压时间为14天时，水合物储层分解范围均为8m；降压时间为21天时，水合物储层分解范围为10m；降压时间为28天时，水合物储层分解范围为11m。
[0044]
在降压强度为9mpa的情况下，降压时间为3天时，水合物储层分解范围为5m；而降压时间为7天时，水合物储层分解范围为8m；而降压时间为14天时，分解范围均为10m；降压时间为21天时，水合物储层分解范围为12m；降压时间为28天时，水合物储层分解范围为13m。
[0045]
在降压强度分别为6mpa和9mpa时，随着时间变化的水合物储层分解范围的变化速率明显较快。
[0046]
s7、在根据15个水合物储层分解范围和发生分解后水合物储层的土体力学参数(包括土层厚度、土体模量和土体密度，通过实验室内测量所得)，结合模型按弹塑性理论，通过mohr-coulomb(摩尔-库仑)本构模型进行分析，得到土体沉降变形情况。
[0047]
表2水合物分解区分解范围及土体沉降变形情况
[0048]
水合物储层分解范围土体沉降变形情况变形率半径3.5m，高10m7cm0.23％半径12.5m，高20m24cm0.8％半径18.5m，高26m180cm6％半径24.5m，高30m580cm19.3％
[0049]
s8、当土体沉降变形情况达到水合物储层的厚度的10％(即是变形率)时，达到塑性破坏极限，停止水合物开采。
[0050]
如图2所示，根据降压法开采水合物，首先保持降压强度为3mpa逐渐降压，使得水合物分解并进行开采。
[0051]
根据水合物的分解规律，当水合物分解区变为半径3.5m，高10m的空心圆柱时，模拟水合物储层与上覆层交界面处的土体沉降变形情况。
[0052]
继续降压，水合物分解区逐步扩大，当分解区逐步变为半径12.5m，高20m、半径18.5m，高26m、半径24.5m，高30m的空心圆柱时，模拟水合物储层与上覆层交界面处的土体沉降变形情况。当采空范围达到半径18.5m，高26m时，土体沉降变形情况达到水合物储层厚度的6％，一旦超过该范围，土体变形急剧增加，以至于土层很快发生变形破坏，所以本实施例的地质条件下，水合物储层分解范围为半径18.5m，高26m可视为土层发生变形破坏的临界程度。
[0053]
一种深海水合物降压开采时储层稳定性安全评估方法通过逐步降压方式在深海天然气水合物储层钻井，根据天然气水合物储层的压力和相平衡条件设定实际降压情况，实际的分布降压情况由水合物储层的实际情况确定，同时每一步的阶段性降压强度和维持降压的压降开采时间均相同，在降压的过程中，注意水合物储层的土体沉降变形情况。本实施例中采用的降压方式着重关注降压过程中，水合物分解后，水合物储层的土体沉降变形情况，当土体沉降变形情况达到水合物储层厚度的10％，视为发生塑性破坏，不可继续开采；阶段性降压可使水合物产气量均匀，避免压力下降过快导致土体发生塑性破坏，导致海底结构物破坏的情况。
[0054]
上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。