[发明专利]天然气水合物地层层内加固评价装置及方法

说明书

本发明涉及天然气水合物地层层内加固评价装置及方法，包括岩心加持模块、超声测试模块和压力监测模块；所述岩心加持模块包括底座，底座上设有导轨，导轨内设有导轨凹槽；岩心试样放置台与导轨凹槽滑动连接；岩心夹板包括左夹板和右夹板，左夹板上设有压力示波器探头放置孔和换能器探头放置孔，右夹板与导轨凹槽滑动连接，其上设有换能器探头放置孔；右夹板一侧设有夹板固定器，夹板固定器上设有定位装置，夹板固定器与导轨凹槽滑动连接；本发明通过超声波测试的方式，建立超声波速度与超声波频率、地层物性参数之间的关联关系，明确水合物地层固化效果，对水合物地层改造开发的安全性和高效性具有重要指导意义。

技术领域

本发明涉及天然气水合物地层层内加固评价装置及方法，属于天然气水合物开采工程中的储层改造领域。

背景技术

天然气水合物是一种具有极高潜力的能源，已受到全球范围多个国家的广泛关注，随着大量的研究成果不断涌出，水合物开发同样取得了突破性的进展，水合物的开采方式多样化，主要由降压法、注热法、注化学试剂法和二氧化碳置换法，其中，降压法是水合物开采中使用较多且行之有效的。然而深水浅层的水合物地层复杂，地层埋藏浅、岩性比较疏松，黏土质矿物具有高吸附性，对于气体的疏导和捕获不利，意味着开发过程需对水合物地层进行改造，以改善地层渗透特性。大量学者针对水合物地层进行压裂改造的研究，祝道平等（祝道平，宁正福.利用高能气体压裂技术开采天然气水合物可行性分析 [J].重庆科技学院学报,2009,37-39）利用高能气体压裂技术对储层进行压裂后再结合电磁加热或降压法开采，或者利用加热法和降压法结合开采的思路，以期达到经济有效开采的目的。孙长宇等（孙长宇，顾金祥，陈光进.一种海域天然气水合物储层改造开采的方法：CN106761589B[P]. 2018.12.25）通过二氧化碳置换法，进行对海域天然气水合物储层的改造开采。该方法可以防止天然气非可控逸散以及开采过程中海水对储层的侵淹，降低水束缚效应，提高产气率。

然而，伴随水合物的开采，水合物大量分解，胶结砂大量脱落，极易造成地层塌陷问题，再加上压裂改造的过程不可避免的对水合物地层产生破坏，加剧了事故的发生。这就意味着在水合物开发过程中需提高地层的稳定性。步玉环等（步玉环，杜嘉培，柳华杰，田磊聚.一种应用于深水弱胶结地层的固井-地层固化一体液：CN107446560A[P]. 2017.12.08授权）研发一种应用于深水弱胶结地层的固井-地层固化一体液，可通过对地层固化浆液工程性能的调控，使其满足油井固井的要求，采用一种液体使其在固化环空的同时固化地层。杜嘉培等（杜嘉培，步玉环， 柳华杰，田磊聚. 一种用于深水弱胶结地层固井强度的梯度层模拟的装置：CN106198933A [P] 2016-12-07授权）提出了“固井强度梯度层”的概念，即通过固井施工形成深水弱胶结地层近井地层由水泥环到地层的具有一定强度渐变的过度区，从而扩大地层的固化范围，提高固井环空固结物与固化地层的有效“联结”，为保证固井质量、提高井口承载能力。

结合目前国际天然气水合物试采经历可知，水合物开发无法像常规油气一样进行安全、长效、稳定的产业化进行，仍需针对地层稳定性提高进行大量研究，且对于改造过程对水合物地层的破坏影响程度，能否有效的提高地层的稳定性，地层改造对渗透率的影响程度等问题需要提供一种针对水合物地层改造固化效果的评价装置。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种天然气水合物地层层内加固评价装置及方法，该方法可通过超声波测试的方式，建立超声波频率、超声波速度与地层参数之间的关联关系，能够通过超声波测试，明确水合物地层固化效果。

本发明首先提出了天然气水合物地层层内加固评价装置，该装置包括岩心加持模块、超声测试模块和压力监测模块。