CN109900726A - 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 - Google Patents
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 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109900726A CN109900726A CN201910261036.8A CN201910261036A CN109900726A CN 109900726 A CN109900726 A CN 109900726A CN 201910261036 A CN201910261036 A CN 201910261036A CN 109900726 A CN109900726 A CN 109900726A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sample
- large scale
- hydrate
- natural gas
- pressure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
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。
Description
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。
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。立方体沉积物试样10由六组千斤顶加载模组8进行加载，提供模拟试验所需的地应力边界条件。试样上部压板6中的注液管道9与试样10中的钻孔11相通，通过注液管道9向试样10内部注入压裂液将试样10压裂产生缝网。桶形反力框2的整体刚度大于10GPa，上部盖板1与底部盖板3为硬化处理钢，上部盖板1与底部盖板3的反力由紧固螺杆4和紧固螺母5来提供。
压裂缝网观测方法为：试验后将试样10置于保温容器内，加入液氮保持低温环境以避免试样内水合物分解。使用电子加速器CT对压裂后的试样10进行扫描，通过计算机重构获得试样及其内部缝网的三维数字模型，使用金刚石线锯对压裂后的试样进行切割，直接观察内部缝网的展布情况。
附图说明 1：上部盖板；2：桶形反力框；3：底部盖板；4：紧固螺杆；5：紧固螺母；6：试样上部钢板；7：试样托底钢板；8：千斤顶加载模组；9：注液管道；10：含天然气水合物沉积物试样；11：试样钻孔。
具体实施方式 1.根据拟研究天然气水合物储层的孔隙度及预设的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，将干土与过量四氢呋喃水溶液充分混合后置于压裂试验设备中由千斤顶加载模组8对混合物进行压缩固结，使该混合物体积达到所需的试样体积，之后对试样降温冷冻一段时间使其内部形成水合物，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10。
2.试样制备完成后，首先在电子加速器CT上进行扫面，获得试验前的试样三维数字模型，以进行后期比较。扫面完成后将试样10置于压裂试验设备中，调整千斤顶加载模组8的荷载，对试样10施加所需的地应力边界条件，而后通过注液管道9向试样10内部泵送压裂液将试样10压裂产生缝网。
3.将压裂后的试样10置于保温容器内，容器内加入液氮保持低温环境以避免试样内水合物分解。使用电子加速器CT对压裂后的大尺寸含天然气水合物沉积物试样进行扫描，通过计算机重构获得试样及其内部缝网的三维数字模型，使用金刚石线锯对压裂后的试样进行切割，直接观察内部缝网的展布情况。
Claims (1)
1.一种能够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试验方法，分为三个部分：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；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，六组千斤顶加载模组8可实现真三轴加载，对试样10施加所模拟的地应力边界条件，注液管道9与试样10中的钻孔11连同，通过泵送压裂液将试样10压裂；所述压裂缝网观测方法为：压裂试验后将试样10置于保温容器内，在其中加入液氮以保持低温环境，避免试样内水合物分解，使用电子加速器CT对压裂后的试样10进行扫描，通过计算机重构获得试样及其内部缝网的三维数字模型，使用金刚石线锯对压裂后的试样进行切割，直接观察内部缝网的展布情况。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910261036.8A CN109900726A (zh) | 2019-04-02 | 2019-04-02 | 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 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910261036.8A CN109900726A (zh) | 2019-04-02 | 2019-04-02 | 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 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109900726A true CN109900726A (zh) | 2019-06-18 |
Family
ID=66955315
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910261036.8A Pending CN109900726A (zh) | 2019-04-02 | 2019-04-02 | 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 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109900726A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110469308A (zh) * | 2019-08-07 | 2019-11-19 | 北京九恒质信能源技术有限公司 | 一种直井缝内暂堵转向压裂实验方法 |
| CN113008682A (zh) * | 2021-02-07 | 2021-06-22 | 山东科技大学 | 天然气水合物储层真三轴水力压裂模拟试验装置及方法 |
| CN114088487A (zh) * | 2021-11-12 | 2022-02-25 | 中国地质调查局油气资源调查中心 | 一种含块状水合物沉积物样品的制备方法及模量分析方法 |
| CN115450598A (zh) * | 2021-12-07 | 2022-12-09 | 中国矿业大学 | 一种海域天然气水合物固态流化绿色开采***及方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1429896A (zh) * | 2001-12-29 | 2003-07-16 | 中国科学院广州能源研究所 | 一种制备天然气水合物的方法及装置 |
| CN101246117A (zh) * | 2008-03-25 | 2008-08-20 | 中国科学院力学研究所 | 一种天然气水合物合成与宏微观力学性质综合实验*** |
| CN101696949A (zh) * | 2009-10-27 | 2010-04-21 | 中国科学院力学研究所 | 柱形水合物沉积物中含相变热传导测量装置 |
| CN103206210A (zh) * | 2013-04-15 | 2013-07-17 | 中国石油大学(华东) | 热流体压裂开采天然气水合物藏实验装置 |
| CN104406864A (zh) * | 2014-12-01 | 2015-03-11 | 中国科学院广州能源研究所 | 一种天然气水合物力学特性测试装置 |
| CN106323999A (zh) * | 2016-08-12 | 2017-01-11 | 中国科学院地质与地球物理研究所 | 一种岩石水力压裂试验裂缝介入增强成像方法 |
| CN107701181A (zh) * | 2017-10-23 | 2018-02-16 | 大庆东油睿佳石油科技有限公司 | 一种天然气水合物水平井压裂模拟的实验装置 |
| CN109113717A (zh) * | 2018-09-27 | 2019-01-01 | 中国石油大学(华东) | 一种深水天然气水合物井口稳定性实验装置及方法 |
-
2019
- 2019-04-02 CN CN201910261036.8A patent/CN109900726A/zh active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1429896A (zh) * | 2001-12-29 | 2003-07-16 | 中国科学院广州能源研究所 | 一种制备天然气水合物的方法及装置 |
| CN101246117A (zh) * | 2008-03-25 | 2008-08-20 | 中国科学院力学研究所 | 一种天然气水合物合成与宏微观力学性质综合实验*** |
| CN101696949A (zh) * | 2009-10-27 | 2010-04-21 | 中国科学院力学研究所 | 柱形水合物沉积物中含相变热传导测量装置 |
| CN103206210A (zh) * | 2013-04-15 | 2013-07-17 | 中国石油大学(华东) | 热流体压裂开采天然气水合物藏实验装置 |
| CN104406864A (zh) * | 2014-12-01 | 2015-03-11 | 中国科学院广州能源研究所 | 一种天然气水合物力学特性测试装置 |
| CN106323999A (zh) * | 2016-08-12 | 2017-01-11 | 中国科学院地质与地球物理研究所 | 一种岩石水力压裂试验裂缝介入增强成像方法 |
| CN107701181A (zh) * | 2017-10-23 | 2018-02-16 | 大庆东油睿佳石油科技有限公司 | 一种天然气水合物水平井压裂模拟的实验装置 |
| CN109113717A (zh) * | 2018-09-27 | 2019-01-01 | 中国石油大学(华东) | 一种深水天然气水合物井口稳定性实验装置及方法 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110469308A (zh) * | 2019-08-07 | 2019-11-19 | 北京九恒质信能源技术有限公司 | 一种直井缝内暂堵转向压裂实验方法 |
| CN113008682A (zh) * | 2021-02-07 | 2021-06-22 | 山东科技大学 | 天然气水合物储层真三轴水力压裂模拟试验装置及方法 |
| CN114088487A (zh) * | 2021-11-12 | 2022-02-25 | 中国地质调查局油气资源调查中心 | 一种含块状水合物沉积物样品的制备方法及模量分析方法 |
| CN115450598A (zh) * | 2021-12-07 | 2022-12-09 | 中国矿业大学 | 一种海域天然气水合物固态流化绿色开采***及方法 |
| CN115450598B (zh) * | 2021-12-07 | 2023-12-15 | 中国矿业大学 | 一种海域天然气水合物固态流化绿色开采***及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109900726A (zh) | 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 | |
| Fu et al. | Progressive failure of new modelling material with a single internal crack under biaxial compression and the 3-D numerical simulation | |
| CN114486532B (zh) | 测试含冰软岩样品蠕变中流体运移规律的装置和方法 | |
| CN104949870B (zh) | 一种含甲烷水合物的岩心样品压制方法 | |
| CN108386176B (zh) | 一种天然裂缝与人工裂缝延伸规律物模试验方法 | |
| CN101846605B (zh) | 含天然气水合物土压缩系数测试装置及其方法 | |
| AU2020103924A4 (en) | Artificial core preparation method for rock drillability test | |
| CN109827829B (zh) | 一种轮转式水合物沉积物试样制备及力学特性试验装置 | |
| CN103868772A (zh) | 一种用于岩石可钻性测试的人造岩心制备方法 | |
| Karunakaran et al. | Experimental investigations on synthesis and characterization of tamarind seed powder reinforced Bio-composites | |
| Manakov et al. | Laboratory modeling of hydrate formation in rock specimens (a review) | |
| CN113087455B (zh) | 一种高液限大孔隙结构性土及其制样方法 | |
| CN110196185A (zh) | 一种固液耦合物理相似模拟实验材料及其制备方法 | |
| CN116517517B (zh) | 一种拟三轴下水合物原位合成压裂驱替一体化装置 | |
| Ma et al. | Mechanical behavior and constitutive model of methane hydrate bearing sediments | |
| Zhang et al. | Preparation of metakaolin based geopolymer and its three-dimensional pore structural characterization | |
| CN112414827A (zh) | 非均质各向异性透明类岩石材料试样的制备方法 | |
| CN111965017A (zh) | 一种测量水合物沉积物抗拉强度的方法 | |
| CN109752230A (zh) | 一种含人工充填节理的岩体试样的制作方法 | |
| CN113092272B (zh) | 块状天然气水合物样品制备与分解*** | |
| CN112525661B (zh) | 一种天然气水合物模拟岩样制备方法 | |
| Gong et al. | Experimental investigation of mechanical compaction on the physical and elastic properties of synthetic shales | |
| CN113916886A (zh) | 一种基于微观形貌图像分析的泥岩重塑方法 | |
| CN102200496A (zh) | 重塑土室内中型剪切试验方法及其专用设备 | |
| CN111829847A (zh) | 一种常温条件下制备高含冰量冻土试样的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190618 |