[发明专利]一种大尺寸天然气水合物储层压裂物理模拟和缝网观测方法

说明书

本发明提供一种能进行大尺寸天然气水合物储层压裂物理模拟试验和压裂缝网观测的方法。其特征是采用人工合成的大尺寸含四氢呋喃水合物沉积物进行试验，在实现快速制备大尺寸试样的同时，可保证试样的均质性，并能够准确控制试样中的水合物含量；采用六组千斤顶加载模组对试样施加真实的地应力边界条件，从而恢复沉积物所处的应力环境，可获得更加可靠、实用的试验数据；联合使用电子加速器CT和金刚石线锯，实现对试样及其内部缝网的有效观测。

技术领域 天然气水合物试验模拟技术领域

背景技术 流体压裂是天然气水合物开采的潜在技术手段，当前对含天然气水合物沉积物的压裂模拟试验还很少进行，相应的试验方法、试验设备均不成熟。目前有限的关于含天然气水合物沉积物的压裂试验所使用的试样尺寸只有厘米量级，小尺寸的压裂试验不仅压裂效果不理想，也难以很好地模拟沉积物所处的三向地应力环境，因而难以对含天然气水合物沉积物进行有效的压裂试验，而大尺寸的含天然气水合物沉积物样品既难以获取也难以人工制备，也缺乏相应的试验设备。因此，现有的小尺寸天然气水合物压裂装置不能满足天然气水合物储层改造研究的需求，制约着天然气水合物开发方法的试验模拟。

发明内容 本发明提供一种能进行大尺寸天然气水合物储层压裂物理模拟试验和压裂缝网观测的方法。其特征是采用人工合成的大尺寸含四氢呋喃水合物沉积物进行试验，在实现快速制备大尺寸试样的同时，可保证试样的均质性，并能够准确控制试样中的水合物含量；采用六组千斤顶加载模组对试样施加真实的地应力边界条件，从而恢复沉积物所处的应力环境，可获得更加可靠、实用的试验数据；联合使用电子加速器CT和金刚石线锯，实现对试样及其内部缝网的有效观测。

大尺寸天然气水合物储层压裂物理模拟和缝网观测方法由三部分构成：大尺寸含天然气水合物沉积物制样方法，大尺寸含天然气水合物沉积物压裂试验设备，压裂缝网观测方法，所述大尺寸含天然气水合物沉积物制样方法使用四氢呋喃(THF)水溶液在沉积物孔隙中合成水合物，直接在压裂试验设备中人工制成大尺寸含天然气水合物沉积物试样；所述大尺寸含天然气水合物沉积物压裂试验设备由上部盖板1，桶形反力框2，底部盖板3，紧固螺杆4，紧固螺母5，试样上部压板6，试样托底钢板7，千斤顶加载模组8，注液管道9和含天然气水合物沉积物试样10组成；所述压裂缝网观测方法分别使用电子加速器CT及金刚石线锯对压裂后的试样及其内部缝网进行数字三维重构和直接观测。

基本原理与技术 四氢呋喃(THF)是一种能与水以任意比例互溶的有机化合物，其水溶液在1标准大气压、4.4℃的环境下可形成四氢呋喃水合物。四氢呋喃水合物与天然气水合物的主要成分甲烷水合物在物态、力学性质上具有相似性，而四氢呋喃水合物的制取条件比甲烷水合物更易实现，因此可使用四氢呋喃水合物代替甲烷水合物进行天然气水合物储层改造的相关研究。此外，在制取含天然气水合物沉积物试样时，相比甲烷水合物，使用四氢呋喃水合物不仅方便制取，而且在水合物分布的均匀性、水合物含量的可控性方面均具有明显优势，此外还可保证试样内部同时存在土骨架、水合物及残余流体三种组分，与实际储层物质组分更加接近；在储层压裂模拟试验方面，大尺寸含天然气水合物沉积物试样既有助于提高试验效果，也可更好地模拟实际地层情况。采用伺服电机驱动柱塞泵技术对千斤顶加载模组进行高精度伺服加载，实现在试样三轴方向的独立加载来模拟真实地应力状态；针对大尺寸试样地应力状态的模拟需求，采用桶形整体浇铸外部反力框架，将千斤顶加载模组产生的水平荷载传递给反力框架，通过紧固螺栓配合上部盖板和底部盖板来为千斤顶加载模组产生的竖向荷载提供反力。

大尺寸天然气水合物储层压裂物理模拟和缝网观测方法主要由三部分构成：大尺寸含天然气水合物沉积物制样方法，大尺寸含天然气水合物沉积物压裂试验设备，压裂缝网观测方法。

大尺寸含天然气水合物沉积物制样方法为：根据实际水合物储层的孔隙度及试样体积配制一定颗粒级配的干土，根据储层水合物饱和度配制一定质量分数的四氢呋喃(THF)水溶液，将干土与四氢呋喃水溶液充分混合后置于压裂试验设备中进行压缩固结，使该混合物体积达到预设的试样体积，之后对试样降温冷冻以合成四氢呋喃水合物，至此得到具有一定孔隙度和一定水合物饱和度的含天然气水合物沉积物试样。