[发明专利]一种测量水合物储层沉降变形场的装置及方法

说明书

本发明提出一种测量水合物储层沉降变形场的装置及方法，包括天然气水合物储层模拟反应釜模块、流体供给与控制模块、开采过程模拟模块和光纤沉降场感测模块。本发明是一种基于受激布里渊时域分析技术的水合物储层沉降变形场模拟装置及模拟方法，实现了模拟水合物生成的高压低温条件，形成含水合物模拟储层，能够模拟一定上覆地层压力条件和开采条件，观察水合物储层在纵向的沉降变形规律，也能模拟当下伏地层存在一定上拱压力的条件下，水合物储层在纵向的沉降变形规律。本发明实现了模拟测量水合物深部储层沉降变形，能够获得整个变形场的变形特征，对评价工程资质风险发生、发展及其对开采影响意义重大。

技术领域

本发明属于水合物开采过程室内实验评价领域，具体涉及一种测量天然气水合物开采过程中储层沉降规律及其纵向分布特征的装置及方法。

背景技术

海洋天然气水合物开采储层的沉降主要来源于地层物质亏空和应力状态改变两种因素。地层物质亏空主要包括水合物分解产出、地层出砂两种因素，而应力状态改变则主要是指水合物分解导致沉积物力学性能降低、流体产出导致孔隙压力降低，综合作用结果就是沉积物所受的有效应力增大。因而发生水合物储层的沉降，可能导致一系列的工程地质风险。

对现场实际水合物开采过程而言，无法测量实际天然气水合物储层的沉降变形特征，通过室内实验研究水合物开采过程中的沉降行为是预测水合物开采风险的必然需求，但目前缺乏相应的模拟装备及相应的方法。

传统测试储层变形场的方法为点式测量，如采用沉降标的形式，观察储层中具体的某一点的沉降变形特征，这种点式测量结果无法获取整个沉积物深度剖面上的变形变化规律，形不成“场”的概念，因此储层中的很多信息是通过点式测量结果进行推断的，数据精度有待商榷；极端情况下，水合物成藏、开采过程中的储层变形量突出位置可能不会发生在点式测量传感器所处的位置，此时点式测量就完全无法满足模拟需求。

因此，一方面，发展天然气水合物成藏、开采过程中(重点是开采过程)中水合物储层的沉降及其纵向分布规律是预测开采引发的工程地质风险发生、发展及其对开采的潜在影响的基础，亟需开发相应的实验装备及方法来进行此方面的研究；另一方面，目前已有的点式沉降量监测手段无法满足水合物储层沉降场分布监测的需求。

发明内容

针对上述缺陷，本发明将分布式光纤感测技术引入到水合物开采过程室内实验评价领域，提出一种能够连续测量水合物深部储层变形量场的装置，其采用如下技术方案予以实现：

一种测量水合物储层沉降变形场的装置，包括：

天然气水合物储层模拟反应釜模块，该模块包括反应釜本体、包裹反应釜本体的水浴循环制冷腔体，安装在反应釜本体内部的模拟水合物储层样品、上覆地层压力模拟加载活塞、下伏地层应力模拟加载活塞、分流板、模拟开采井管；分别安装在上覆地层压力模拟加载活塞、下伏地层应力模拟加载活塞上的热电偶及位移传感器；密封反应釜端面的反应釜端盖；

流体供给与控制模块，用以提供流体供给，实现对反应釜内部沉积物、上覆地层压力模拟加载活塞、下伏地层应力模拟加载活塞和流体总量的控制；

开采过程模拟模块，用以控制开采过程的模拟压力；

光纤沉降场感测模块，包括BOTDA光纳仪，所述光纳仪上的BOTDA光缆穿越反应釜本体中部，在含水合物沉积物储层布置成二维或三维网格，回路再次穿越本体中部，返回光纳仪。

进一步地，所述反应釜内光缆上间隔安装有若干垂直于光纤的塑料片，所述塑料片平行于反应釜端盖底面。

进一步地，所述反应釜本体中部安装有连接所述BOTDA光缆的航空插头。