[发明专利]含水合物沉积物旁压特性室内模拟装置及方法和应用

说明书

本发明涉及天然气水合物原位工程力学性质测试技术领域，具体涉及含水合物沉积物旁压特性室内模拟装置及方法和应用。装置包括反应釜本体、下端盖、分流板、旁压仪、旁压仪对中固定机构、固结T型板、上端盖和加载端盖。所述反应釜本体的外壁上设置有制冷保温层。所述分流板设置在下端盖的上部且与下端盖之间设置有第一加载空腔。所述旁压仪通过旁压仪对中固定机构固定在反应釜本体的内腔。所述固结T型板包括底板和与底板垂直固定连接的竖板，所述底板设置在下端盖的底部，所述竖板穿过上端盖且与加载端盖之间设置第二加载空腔。方法利用上述装置，装置可应用于获取水合物开采过程中的侧向变形。本发明能够适于含水合物沉积物旁压特性室内模拟。

技术领域

本发明涉及天然气水合物原位工程力学性质测试技术领域，具体涉及含水合物沉积物旁压特性室内模拟装置及方法和应用。

背景技术

海洋天然气水合物开采过程中储层的力学响应是准确评价和预测工程地质风险演化规律并实现有效调控的前提。海底含水合物储层的原位力学测试因海底条件复杂、测试装置技术要求高、成本高、实施困难而难以实施。目前，主要依托于室内实验装置开展相关的测试工作，且主要集中在常规的三轴力学测试方面，对储层的侧向力学行为的表征较为缺乏，不利于全面评价储层的力学性能。利用旁压测试技术对地层的侧向力学性能进行测试是一种极具潜力的工程力学参数评价方法，但目前其在水合物储层测试方面的应用鲜见报道。

旁压测试技术在常规岩土体侧向力学行为测试领域的应用目前已经比较广泛，专利公开号CN110749504A、CN210768587U、CN108952694A、CN109799144A均公开了不同类型的、能够适用于现场原位监测的旁压测试装置及方法。但实际野外海洋天然气水合物实际储层旁压测试施工难度大、成本高，在室内研发小型试验设备开展模型试验，获取含水合物沉积物的侧向变形特征迫在眉睫。

目前，旁压测试技术应用在天然气水合物沉积物室内实验模拟中存在的主要挑战为：(1)水合物合成需达15MPa的釜内孔隙压力，而常规旁压仪需要在沉积物内部预设钻孔后下放测量，常规下方操作模式难以实现。(2)为避免水合物沉积物样品温度导致造成的水合物分解，无法采用先钻孔再下入旁压仪的常规操作模式开展旁压测试。(3)旁压测试要避免沉积物纵向伸缩的影响，常规测试一般要求旁压仪下放到一定地层深度，室内实验受样品尺寸限制难以满足。(4)旁压测试必须保证钻孔垂直，室内反应釜本体模拟条件下的防斜难度大。

考虑上述难题并结合天然气水合物室内模拟的基本特点，现在亟需研发一种含水合物沉积物旁压特性室内模拟装置及方法和应用。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明提供了含水合物沉积物旁压特性室内模拟装置及方法和应用，上述装置和方法能够直接用于预测海底水合物储层在开采过程中的潜在破坏的发生和发展特征，同时获取的基本参数可为大尺度的数值模拟提供数据支撑。

本发明的技术方案为：

含水合物沉积物旁压特性室内模拟装置，包括反应釜本体、下端盖、分流板、旁压仪、旁压仪对中固定机构、固结T型板、上端盖和加载端盖。所述反应釜本体的外壁上设置有制冷保温层。所述下端盖固定在反应釜本体的底部，所述分流板设置在下端盖的上部且与下端盖之间设置有第一加载空腔。所述旁压仪通过旁压仪对中固定机构竖直固定在反应釜本体的内腔。所述上端盖固定在反应釜本体的顶部，所述加载端盖固定在上端盖的上端。所述固结T型板包括底板和与底板垂直固定连接的竖板，所述底板下部与反应釜本体内部的沉积物接触，所述竖板穿过上端盖且与加载端盖之间设置第二加载空腔。

进一步的，所述竖板的底部中心位置设置有上对中杆穿孔，所述上对中杆穿孔穿过底板，所述上对中杆穿孔的孔径大于所述上对中杆的直径。

进一步的，所述下端盖上设置与第一加载空腔连通的第一进口。

进一步的，所述分流板设置为多孔分流板包括多孔网板和固定在多孔网板上的透气不透水半透膜。