[发明专利]含气体水合物沉积物土水特征曲线的测量系统及其方法

说明书

本发明公开了含气体水合物沉积物土水特征曲线的测量系统及其方法。该系统包括低场核磁共振测试仪、岩心夹持器、水合物制备装置、温度控制装置、气体驱替装置和围压控制装置；沉积物样品通过岩心夹持器固定于低场核磁共振测试仪的置样箱内，水合物制备装置为沉积物样品提供水合物生成所需物；温度控制装置用于控制水合物生成和分解的温度；围压控制装置为沉积物样品提供围压；气体驱替装置用于驱替沉积物样品中的水分；该系统能测试水合物聚散和有效应力作用下的沉积物土水特征曲线，可用于探究降压开采过程中含水合物沉积物微观结构参数演化及其对气、水相对渗透率的影响规律，为我国南海水物开采产水、产气规律提供技术支撑。

技术领域

本发明涉及天然气水合物储层物性参数测量技术领域，尤其涉及含气体水合物沉积物土水特征曲线的测量系统及其方法。

背景技术

天然气水合物广泛分布于极地冻土环境和海洋大陆架区域，由于其储量巨大、高效、清洁无污染等特点，被认为是21世纪最重要的替代能源之一。近年来，天然气水合物勘探开发逐渐受到各个国家的高度重视，水合物试开采的相继成功证实了水合物藏开采的可能性。2017年和2020年，我国南海神狐海域水合物两次试开采取得圆满成功，加快了我国商业化开采水合物的步伐。

试开采的成功并不等于商业化开采，水合物开采仍需克服很多挑战。目前，降压开采是被认为最有效的开采方式，水合物降压开采是一个多相渗流过程，系统发展生产潜力预测和开采方案设计需要含水合物沉积物的气、水相对渗透率的准确预测；进行含水合物沉积物气、水相对渗透率研究，对于深刻理解水合物降压开采规律并切实改善其产气效率具有重要的工程意义；但现有的气、水相对渗透率模型不能较好地满足工程实际需求，现有技术中，渗透率理论模型在应用到南海水合物试开采时偏差能达到2～3个数量级。

鉴于现场测试的成本高、难度大，室内实验具有成本低廉和操作简便的特点，是实验研究的主要对象。由于水合物特殊的物理性质，直观的含水合物沉积物气、水相对渗透率测量实验非常困难。现有的含水合物沉积物气、水相对渗透率普遍依赖于Van Genuchten模型，而Van Genuchten模型是一个半经验的拟合公式，气、水相对渗透率作为水饱和度的函数表达式需要拟合参数，而拟合参数的选择有赖于土水特征曲线的精确测量。

目前，由于实验仪器的限制及有限的实验方法，现有的含水合物沉积物的土水特征曲线研究对象主要集中在低温常压赋存的四氢呋喃含水合物上，而针对甲烷水合物，到目前为止尚没有合适的仪器来测量不同甲烷水合物饱和度下的土水特征曲线。而四氢呋喃水合物和甲烷水合物物理性质存在很大的不同，四氢呋喃水合物的相关实验结果并不能用于认识甲烷水合物的相关物性。

因此，为满足我国南海水合物资源的开发需求，有效评估天然气水合物开采过程中的气、水相对渗透率，亟待设计一种能精准测量不同甲烷水合物饱和度下的土水特征曲线的装置及方法。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，本发明的提供一种含气体水合物沉积物土水特征曲线的测量系统及其方法，该系统能够模拟气体水合物(主要是甲烷水合物)的成藏过程与开采过程，用于精确测量水合物聚散过程和有效应力条件下沉积物土水特征曲线，并探究水合物降压开采过程中气、水相对渗透率变化规律，为含水合物沉积物基础物性参数变化机制奠定理论基础。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：