CN113252507A - 不同埋深水合物藏的扰动与稳定性分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及不同埋深水合物藏的扰动，特别是一种不同埋深水合物藏的扰动与稳定性分析方法。制备一系列与水合物相平衡曲线平行的稳定水合物体系，各水合物体系的孔隙度、水合物饱和度均一致、但埋深不同；对第一步制备得到的一系列水合物体系进行扰动，针对不同埋深水合物体系采用不同条件扰动，监测并收集体系扰动情况下的产气量Vg和产水量Mw；根据产气量Vg和产水量Mw的实时变化量，对不同埋深水合物藏的稳定性进行分析。通过控制扰动条件，可以使不同埋深的水合物体系分别沿着其水合物相平衡曲线或水合物非稳定区域内分解，通过监测实验过程中分解情况，可以直观、科学地模拟不同埋深水合物藏的分解产能差异。

Description

不同埋深水合物藏的扰动与稳定性分析方法
技术领域
本发明涉及不同埋深水合物藏的扰动，特别是一种不同埋深水合物藏的扰动与稳定性分析方法。
背景技术
水合物广泛地分布于海底与陆地冻土带，全球水合物勘探取芯结果显示，水合物不仅产出形态多样，呈现脉状、层状、块状等赋存状态，水合物的富集浓度、赋存深度、温度压力等也存在较大差异。如何针对产出特征多样化的水合物藏系统进行开发选址以及解答其可能涉及到的环境问题一直是水合物开发的重点和核心。
目前，高渗透、高饱和度的砂质水合物藏被认为是最有利的水合物开发目标，且已有实地海域试采作业证明其开发的可行性。但是，当水合物藏孔隙度、水合物饱和度等各储层特征参数相近时，如何针对不同埋深水合物藏进行开发选址，目前尚无统一定论。尽管开采工艺方面认为，深部水合物储藏因为其有利于生产固井等操作应该成为水合物藏试采早期的重点靶区，但是随着2019年我国水合物“试验性”生产中已攻克浅软地层布井技术，浅埋藏储藏开发工艺已不存在技术壁垒，因此，如何从根本上综合评价不同埋深水合物藏的稳定性及其产能差异显得更为重要和迫切。
此外，由于水合物广泛地分布于海底且处于稳定状态，当地层遇到较大构造运动时，水合物发生扰动，若扰动后的水合物藏仍处于相平衡临界条件，此时水合物体系是否会发生失稳而分解？若会发生失稳，不同埋深水合物体系发生失稳情况又是否相同，目前这些问题也都无明确解释。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提出了一种不同埋深水合物藏的扰动与稳定性分析方法，通过控制扰动条件，可以使不同埋深的水合物体系分别沿着其水合物相平衡曲线或水合物非稳定区域内分解，通过监测实验过程中分解情况，可以直观、科学地模拟不同埋深水合物藏的分解产能差异。
本发明的技术方案是：一种不同埋深水合物藏的扰动与稳定性分析方法，其中，包括以下步骤：
S1.制备一系列与水合物相平衡曲线平行的稳定水合物体系，各水合物体系的孔隙度、水合物饱和度均一致、但埋深不同，稳定水合物体系的温度值和压力值分别为(Ti，Pi)，其中i代表不同埋深的稳定水合物体系i，不同埋深水合物体系对应的温度值和压力值须满足以下条件：
ln(Pi)＝-1.9413850446456×105+3.31018213397926×103(Ti+Tt)-22.5540264493806(Ti+Tt)2+0.0767559117787059(Ti+Tt)3-1.30465829788791×10-4(Ti+Tt)4+8.86065316687571×10-8(Ti+Tt)5，
其中，Tt为指定数值，单位为℃；
S2.对第一步制备得到的一系列水合物体系进行扰动，针对不同埋深水合物体系采用不同条件扰动，监测并收集体系扰动情况下的产气量Vg和产水量Mw；
S3.根据产气量Vg和产水量Mw的实时变化量，对不同埋深水合物藏的稳定性进行分析。
上述步骤S1中，稳定水合物体系的制备过程包括以下步骤：
S1.1.在已清洗过且干燥的已知容积Vhf的反应釜内填满密度已知的沉积物并压实，记录填入沉积物的重量,盖上釜盖，利用甲烷气进行数次吹扫后，再持续注入纯甲烷气，通过气体流量计控制进入反应釜的甲烷气含量为VCH4，此时系统内注入的甲烷气体摩尔质量nCH4＝VCH4/22.4，关闭反应釜注入阀门，将系统温度设定为室温，并待系统稳定,在制备不同埋深水合物体系时，沉积物的注入量和甲烷气的注入量均相同，其中VCH4的单位为mL，nCH4的单位为mol；
S1.2.再次打开注入阀门，向反应釜内注入去离子水，去离子水的注入量为Vwi，不同埋深水合物体系的去离子水的注入量不同，随着水合物体系埋深的增加，去离子水的注入量增加，关闭阀门并待系统稳定后，将反应釜的温度降至0.5℃，待水合物合成和水合物体系最终稳定后，记录此时体系的平均温度Thdi与压力Phdi，其中Thdi的单位为℃，Phdi的单位为MPa，Vwi单位为mL；
去离子水注入量Vwi的衡量标准为Vwi/18≥6nCH4，并且待水合物合成后，该注入量保证系统压力条件Phdi＞Pei，其中Pei为系统平均温度Thdi条件下对应的水合物相平衡压力，其计算公式为：
ln(Pei)＝a0+a1T+a2T2+a3T3+a4T4+a5T5, (1)
其中，T＝Thdi+273.15，T的单位为K，a0～a5取值条件如下：
Figure BDA0003040667950000031
Figure BDA0003040667950000032
S1.3.通过公式(1),反向求得系统稳定压力Phdi条件下对应的平衡温度Tei，以1/4～2℃/小时的速率将系统温度缓慢升温至(Tei-Tt)，其中，Tt为指定数值，且Tt<Tei，此时不同埋深的水合物体系的最终平均温度为Ti＝Tendi＝Tei-Tt，压力为Pi＝Phdi。
上述步骤S2中，当模拟自然环境下构造运动导致的水合物扰动，对不同埋深的稳定水合物体系进行升温扰动时，将S1制备得到的一系列稳定水合物体系的温度以1/2～1℃/小时的速率缓慢升温至(Ti+Tt)并稳定12小时以上，其中Tt为指定数值，此时水合物体系仍处于相平衡条件，升温及温度稳定过程中实时监测并收集系统扰动情况下的产气量Vg和产水量Mw。
上述步骤S2中，当模拟自然环境下构造运动导致的水合物扰动，对不同埋深的稳定水合物体系进行降压扰动，将水合物体系的系统压力值Pi降至Pwi，扰动后的水合物处于相平衡条件，则Pwi满足以下条件：
Pwi＝exp(-1.9413850446456×105+3.31018213397926×103Ti-22.5540264493806Ti 2+0.0767559117787059Ti 3-1.30465829788791×10-4Ti 4+8.86065316687571×10-8Ti 5)。
降压扰动过程中，实时监测并收集系统扰动情况下的产气量Vg和产水量Mw。
上述步骤S2中，当模拟降压人为开发导致的水合物扰动时，模拟不同埋深水合物体系在相同程度降压条件下的分解，对不同埋深水合物系统所采用的分解压力为Pwi，Pwi满足以下条件：
Pwi＝exp(-1.9413850446456×105+3.31018213397926×103Ti-22.5540264493806Ti 2+0.0767559117787059Ti 3-1.30465829788791×10-4Ti 4+8.86065316687571×10-8TF 5)-Py，
其中Py为指定数值，取0.5MPa、1MPa、2MPa或3MPa等，但保证Py＜Pi；
采用不同压力Pwi对不同埋深的水合物体系进行模拟开发，实时监测并收集系统在开发过程中产气量Vg与产水量Mw的实时变化，产气量Vg单位为L，产水量Mw单位为g。
上述步骤S3中，当模拟自然环境下构造运动导致的水合物扰动时，根据产气量Vg和产水量Mw对不同埋深水合物藏的稳定性的分析如下：
若Vg与Mw增加缓慢，
Figure BDA0003040667950000041
ΔMw≤1g/min，或Vg与Mw无变化，则表明对应埋深的水合物体系在沿着水合物相平衡条件下扰动时水合物稳定；
若Vg与Mw不断增大，则表明对应埋深的水合物体系在沿水合物相平衡条件扰动时，水合物不稳定；
对比不同埋深的水合物体系，若Vg变化显著，
Figure BDA0003040667950000042
Mw变化不明显，ΔMw≤1g/min，则表明对应埋深的水合物体系在自然扰动下仍处于相平衡条件时，会发生分解，且气体存在泄露的风险；若Mw变化明显，ΔMw≥1g/min，Vg变化不显著，
Figure BDA0003040667950000043
则表明对应埋深的水合物体系在自然扰动下仍处于相平衡条件时，但水饱和度体系水的产出可能会改变区域海水盐度，破坏原位生态环境。
上述步骤S3中，当模拟降压人为开发导致的水合物扰动时，根据产气量Vg和产水量Mw对不同埋深水合物藏的稳定性的分析如下：
若不同埋深水合物体系在分解过程中的气体产出量Vg和产水量Mw相似，则表明不同埋深水合物体系在采用相同程度降压分解时产能优势相似，储藏的深度或温压对产能影响有限；
若某一埋深水合物体系的气体产出量Vg增加越快，代表对应的埋深水合物体系产气潜力较高；若气体产出量Vg表现出阶段性变化，表明不同埋深水合物藏在相同程度降压过程中具有阶段性产气能力；
通过
Figure BDA0003040667950000044
分析不同埋深水合物体系的产水规律，其中Min为制备对应埋深水合物体系时注入的去离子水量，单位为mL，RGNW越大，表明对应埋深的水合物体系开发的相对经济性越好。
本发明的有益效果是：
通过该方法控制扰动条件，可以使不同埋深的水合物体系分别沿着其水合物相平衡曲线或者水合物非稳定区域内分解，通过监测实验过程中水合物的分解情况，可以直观、科学地模拟并分析不同埋深水合物藏的分解产能差异。
附图说明
图1是实现水合物扰动分解过程的装置结构示意图。
图中：1温控系统；2水合物制备系统；3降压控制系统；4产气计量控制系统；5产水计量控制系统。
具体实施方式
为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。
本发明提出了一种不同埋深水合物藏的扰动与稳定性分析方法，该方法包括以下步骤。
第一步，制备一系列与水合物相平衡曲线平行的稳定水合物体系，各水合物体系的孔隙度、水合物饱和度均一致，仅埋深不同。稳定水合物体系的温度值和压力值分别为(Ti，Pi)，其中i代表不同埋深的稳定水合物体系i，且不同埋深水合物体系对应的温度值和压力值必须满足以下条件：
ln(Pi)＝-1.9413850446456×105+3.31018213397926×103(Ti+Tt)-22.5540264493806(Ti+Tt)2+0.0767559117787059(Ti+Tt)3-1.30465829788791×10-4(Ti+Tt)4+8.86065316687571×10-8(Ti+Tt)5，
其中，Tt为指定数值，单位为℃。
在该步骤中，稳定水合物体系的制备过程包括以下步骤。
首先，在已清洗过且干燥的已知容积Vhf的反应釜内填满密度已知的沉积物并压实，记录填入沉积物的重量M，其目的是保证在制备不同埋深水合物体系时，沉积物的注入量均为相同。盖上釜盖，利用甲烷气进行数次吹扫后，再持续注入纯甲烷气，通过气体流量计控制进入反应釜的甲烷气含量为VCH4，此时系统内注入的甲烷气体摩尔质量nCH4＝VCH4/22.4，关闭反应釜注入阀门，将系统温度设定为室温，并待系统稳定。在制备不同埋深水合物体系时，沉积物的注入量和甲烷气的注入量均相同。
然后，再次打开注入阀门，向反应釜内注入去离子水，去离子水的注入量为Vwi，不同埋深水合物体系的去离子水的注入量不同，随着水合物体系埋深的增加，去离子水的注入量增加。关闭阀门并待系统稳定后，将反应釜的温度降至0.5℃，待水合物合成和水合物体系最终稳定后，记录此时体系的平均温度Thdi与压力Phdi，其中Thdi的单位为℃，Phdi的单位为MPa，Vwi单位为mL。
在上述步骤中，去离子水注入量Vwi的衡量标准为Vwi/18≥6nCH4，并且待水合物合成后，该注入量保证系统压力条件Phdi＞Pei，其中Pei为系统平均温度Thdi条件下对应的水合物相平衡压力，其计算公式为：
ln(Pei)＝a0+a1T+a2T2+a3T3+a4T4+a5T5, (1)
其中，T＝Thdi+273.15，T的单位K；a0～a5取值条件如下：
Figure BDA0003040667950000061
Figure BDA0003040667950000062
最后，通过公式(1),反向求得系统稳定压力Phdi条件下对应的平衡温度Tei，以1/4-2℃/小时的速率将系统温度缓慢升温至(Tei-Tt)，其中，Tt为指定数值，且Tt<Tei，此时不同埋深的水合物体系的最终平均温度为Ti＝Tendi＝Tei-Tt，压力为Pi＝Phdi。
第二步，对第一步制备得到的一系列水合物体系进行扰动，针对不同埋深水合物体系采用不同条件扰动，收集体系扰动情况下的产气量Vg和产水量Mw。
第三步，根据产气量Vg和产水量Mw的实时变化量，对不同埋深水合物藏的稳定性进行分析，以及在失稳过程中的产能情况进行探讨。
当模拟自然环境下构造运动导致的水合物扰动时，在制备得到一系列稳定的水合物体系后，可以对水合物体系进行升温扰动和降压扰动。
当对水合物体系进行升温扰动时，将第一步制备得到的一系列稳定水合物体系的温度以1/2～1℃/小时的速率缓慢升温至(Ti+Tt)并稳定12小时以上，其中Tt为指定数值，此时水合物体系仍处于相平衡条件，升温与温度稳定过程中实时监测并收集系统扰动情况下的产气量Vg和产水量Mw，对不同埋深水合物藏的稳定性进行分析。
对第一步制备得到的一系列水合物体系进行降压扰动，使扰动后的水合物仍处于相平衡条件，此时将水合物体系的系统压力值Pi降至Pwi，Pwi满足以下条件：
Pwi＝exp(-1.9413850446456×105+3.31018213397926×103Ti-22.5540264493806Ti 2+0.0767559117787059Ti 3-1.30465829788791×10-4Ti 4+8.86065316687571×10-8Ti 5)。
针对不同埋深水合物体系采用不同降压条件扰动时，实时监测并收集系统扰动情况下的产气量Vg和产水量Mw，对不同埋深水合物藏的稳定性进行分析。
当模拟自然环境下构造运动导致的水合物扰动时，根据产气量Vg和产水量Mw对不同埋深水合物藏的稳定性的分析如下：
若Vg与Mw增加缓慢，
Figure BDA0003040667950000071
ΔMw≤1g/min，或甚至是几乎无变化，则表明对应埋深的水合物体系在沿着水合物相平衡条件下扰动时水合物较稳定；
若Vg与Mw不断增大，则表明对应埋深的水合物体系在沿水合物相平衡条件扰动时，系统不稳定；
对比不同埋深的水合物体系，若Vg变化显著，
Figure BDA0003040667950000072
变化不明显，ΔMw≤1g/min，则表明对应埋深的水合物体系在自然扰动下仍处于相平衡条件时，会发生分解，且气体存在泄露的风险；若Mw变化明显，ΔMw≥1g/min，Vg变化不显著，
Figure BDA0003040667950000073
则表明对应埋深的水合物体系在自然扰动下仍处于相平衡条件时，几乎不分解，但水饱和度体系水的产出可能会改变区域海水盐度，破坏原位生态环境。
当模拟降压人为开发导致的水合物扰动时，扰动后的水合物体系处于不稳定状态，模拟不同埋深水合物体系在相同程度降压条件下的分解，对不同埋深水合物系统所采用的分解压力为Pwi，Pwi满足以下条件：
Pwi＝exp(-1.9413850446456×105+3.31018213397926×103Ti-22.5540264493806Ti 2+0.0767559117787059Ti 3-1.30465829788791×10-4Ti 4+8.86065316687571×10-8TF 5)-Py，
其中Py为指定数值，可以取0.5MPa、1MPa、2MPa或3MPa等具体数值，但保证Py＜Pi。
采用不同压力Pwi对不同埋深的水合物体系进行模拟开发，实时监测并收集系统在开发过程中产气量Vg与产水量Mw的实时变化。
模拟降压人为开发导致的水合物扰动时，在实验过程中水合物体系的产气量Vg和产水量Mw会逐渐增加，根据产气量Vg和产水量Mw对不同埋深水合物藏的稳定性的分析如下：
若不同埋深水合物体系在分解过程中的气体产出量Vg和产水量Mw相似，则表明不同埋深水合物体系在采用相同程度降压分解时产能优势相似，储藏的深度或温压对产能影响有限；
若某一埋深水合物体系的气体产出量Vg增加越快，代表对应的埋深水合物体系产气潜力较高；若气体产出量Vg表现出阶段性变化，表明不同埋深水合物藏在相同程度降压过程中具有阶段性产气能力；
通过
Figure BDA0003040667950000074
分析不同埋深水合物体系的产水规律，其中Min为制备对应埋深水合物体系时注入的去离子水量，单位为mL，RGNW越大，表明对应埋深的水合物体系开发的相对经济性越好。
实施例1
如图1所示，用于实现水合物扰动分解过程的装置包括温控系统1、水合物制备系统2、降压控制系统3、产气计量系统4和产水计量系统5，水合物制备系统2包括反应釜，在反应釜内，通过温控系统1控制水合物合制备系统2的温度，使甲烷气、去离子水和沉积物合成水合物。同时，通过温控系统1和降压控制系统3，实现了对水合物制备系统内水合物的扰动分解，通过产气计量系统4对水合物扰动分解过程中的产气量Vg进行计量，通过产水计量系统5对水合物扰动分解过程中的产水量Mw进行计量。
本实施例中，通过图1所示的装置模拟自然环境下构造运动导致的水合物扰动，例如发生强烈构造抬升、或海平面下降等情况，水合物体系在扰动后仍处于相平衡条件。本实施例中采用了三种埋深的水合物体系，其中A代表浅部埋藏水合物体系，B代表中部埋藏水合物体系，C代表深部埋藏水合物体系。
本实施例中，上述三种埋深水合物藏的扰动与稳定性分析方法包括以下步骤。
第一步，在体积为Vhf的容器内制备一系列与水合物相平衡条件平行的稳定水合物体系A、B与C，Vhf的单位L。制备得到的三种埋深水合物体系的温度值和压力值分别为(TA，PA)、(TB、PB)、和(TC、PC)，其中，TA＜TB＜TC，且上述三种埋深水合物体系的温度值和压力值必须满足以下条件：
ln(PA)＝-1.9413850446456×105+3.31018213397926×103(TA+Tt)-22.5540264493806(TA+Tt)2+0.0767559117787059(TA+Tt)3-1.30465829788791×10-4(TA+Tt)4+8.86065316687571×10-8(TA+Tt)5；
ln(PB)＝-1.9413850446456×105+3.31018213397926×103(TB+Tt)-22.5540264493806(TB+Tt)2+0.0767559117787059(TB+Tt)3-1.30465829788791×10-4(TB+Tt)4+8.86065316687571×10-8(TB+Tt)5；
ln(PC)＝-1.9413850446456×105+3.31018213397926×103(TC+Tt)-22.5540264493806(TC+Tt)2+0.0767559117787059(TC+Tt)3-1.30465829788791×10-4(TC+Tt)4+8.86065316687571×10-8(TC+Tt)5.
其中，Tt为指定数值，单位为℃。
上述三种埋深的稳定水合物体系的制备过程包括以下步骤。
首先，在已清洗过且干燥的已知容积Vhf的反应釜内填满密度已知的沉积物并压实，Vhf单位为mL，记录填入沉积物的重量M，M单位为g。盖上釜盖，利用甲烷气进行数次吹扫后，再持续注入纯甲烷气，通过气体流量计控制进入反应釜的甲烷气含量为VCH4，此时系统内注入的甲烷气体摩尔质量nCH4＝VCH4/22.4，关闭反应釜注入阀门，将系统温度设定为室温，并待系统稳定。在制备不同埋深水合物体系时，沉积物的注入量M和甲烷气的注入量nCH4均相同。
然后，再次打开注入阀门，向反应釜内注入去离子水，去离子水的注入量为Vwi，不同埋深水合物体系的去离子水的注入量不同，随着水合物体系埋深的增加，去离子水的注入量增加，其中i＝A，B，C。关闭阀门并待系统稳定后，将反应釜的温度降至0.5℃，待水合物合成和水合物体系最终稳定后，记录此时体系的平均温度Thdi与压力Phdi，其中Thdi的单位为℃，Phdi的单位为MPa，Vwi单位为mL。
在上述步骤中，去离子水注入量Vwi的衡量标准为Vwi/18≥6nCH4，并且待水合物合成后，该注入量保证系统压力条件Phdi＞Pei，其中Pei为系统平均温度Thdi条件下对应的水合物相平衡压力，其计算公式为：
ln(Pei)＝a0+a1T+a2T2+a3T3+a4T4+a5T5, (1)
其中，T＝Thdi+273.15，T的单位为K，a0～a5取值条件如下：
Figure BDA0003040667950000091
Figure BDA0003040667950000092
最后，通过公式(1),反向求得系统稳定压力Phdi条件下对应的平衡温度Tei，以1/4～2℃/小时的速率将系统温度缓慢升温至(Tei-Tt)，其中，Tt为指定数值，且Tt<Tei，此时形成的不同埋深的水合物体系i的最终平均温度为Ti＝Tendi＝Tei-Tt，压力为Pi＝Phdi。
第二步，对第一步制备得到的三种埋深水合物体系A、B和C进行扰动，并收集体系扰动情况下的产气量Vg和产水量Mw。本实施例中通过升温扰动和降压扰动两种方式实现水合物体系扰动。
当对水合物体系进行升温扰动时，利用温控系统1，分别将三种埋深水合物体系采用1℃/小时的升温速度，将系统温度依次增加至Ti+1、Ti+2，直至升高到Ti+Tt，所需用时Tt时，并保持该温度12小时以上，此时不同埋深的水合物体系均仍处于相平衡条件。升温和温度稳定过程中，利用产气计量系统4监测并收集不同埋深水合物体系扰动过程中的产气量Vg的变化情况，产气量Vg的单位为L,利用产水计量系统监测并收集不同埋深水合物体系扰动过程中的产水量Mw的变化情况，Mw的单位为g。
当对水合物体系进行降压扰动时，利用降压控制系统3，分别对三种埋深水合物体系进行降压扰动，水合物体系的压力由Phdi降至Pwi，降压扰动过程中，可以采用不同的降压速率，或者采用分段式降压，并且扰动后的水合物体系仍处于相平衡条件，则Pwi满足以下要求：
PwA＝exp(-1.9413850446456×105+3.31018213397926×103TA-22.5540264493806TA 2+0.0767559117787059TA 3-1.30465829788791×10-4TA 4+8.86065316687571×10-8TA 5)
PwB＝exp(-1.9413850446456×105+3.31018213397926×103TB-22.5540264493806TB 2+0.0767559117787059TB 3-1.30465829788791×10-4TB 4+8.86065316687571×10-8TB 5)
PwC＝exp(-1.9413850446456×105+3.31018213397926×103TC-22.5540264493806TC 2+0.0767559117787059TC 3-1.30465829788791×10-4TC 4+8.86065316687571×10-8TC 5)
针对不同埋深水合物体系采用不同降压条件扰动时，收集系统扰动情况下的产气量Vg与产水量Mw。
第三步，根据产气量Vg和产水量Mw的实时变化量，对不同埋深水合物藏的稳定性进行分析。
若Vg与Mw增加缓慢，
Figure BDA0003040667950000101
ΔMw≤1g/min，或甚至是几乎无变化，则表明对应埋深的水合物体系在沿着水合物相平衡条件下扰动时水合物较稳定。
若Vg与Mw不断增大，则表明对应埋深的水合物体系在沿水合物相平衡条件扰动时，系统不稳定。进一步地，Vg与Mw增加速率越大，则对应埋深的水合物体系稳定性越差；若Vg与Mw表现出阶段性变化，则表明对应埋深的水合物体系稳定性的阶段性差异。
对比不同埋深的水合物体系，若Vg变化显著，
Figure BDA0003040667950000102
变化不明显，ΔMw≤1g/min，则表明对应埋深的水合物体系在自然扰动下仍处于相平衡条件时，会发生分解，且气体存在泄露的风险，在区域大构造运动时需采取响应措施，以防分解气体泄露至海底乃至大气圈；若Mw变化明显，ΔMw≥1g/min，Vg变化不显著，
Figure BDA0003040667950000103
则表明对应埋深的水合物体系在自然扰动下仍处于相平衡条件时，几乎不分解，但水饱和度体系水的产出可能会改变区域海水盐度，破坏原位生态环境，在自然条件下需注意其扰动对海底生态圈的破坏应对策略。
实施例2
本实施例中，通过图1所示的装置模拟降压人为开发扰动，扰动后的水合物体系处于不稳定状态。本实施中也采用了三种埋深的水合物体系，其中D代表浅部埋藏水合物体系，E代表中部埋藏水合物体系，F代表深部埋藏水合物体系。
本实施例中，上述三种不同埋深水合物藏的扰动与稳定性分析方法包括以下步骤。
第一步，按照实施例1中所述的步骤，制备不同埋深条件下，体系孔隙度、水合物饱和度均一致的稳定水合物体系D、E、F，制备得到的三种埋深水合物系统的温度值和压力值分别为(TD，PD)、(TE、PE)、和(TF、PF)，其中TD＜TE＜TF。由于上述三种稳定水合物体系与水合物相平衡条件平行，因此制备得到的不同埋深水合物体系对应的温度值和压力值必须满足以下条件：
ln(PD)＝-1.9413850446456×105+3.31018213397926×103(TD+Ty)-22.5540264493806(TD+Ty)2+0.0767559117787059(TD+Ty)3-1.30465829788791×10-4(TD+Ty)4+8.86065316687571×10-8(TD+Ty)5；
ln(PE)＝-1.9413850446456×105+3.31018213397926×103(TE+Ty)-22.5540264493806(TE+Ty)2+0.0767559117787059(TE+Ty)3-1.30465829788791×10-4(TE+Ty)4+8.86065316687571×10-8(TE+Ty)5；
ln(PF)＝-1.9413850446456×105+3.31018213397926×103(TF+Ty)-22.5540264493806(TF+Ty)2+0.0767559117787059(TF+Ty)3-1.30465829788791×10-4(TF+Ty)4+8.86065316687571×10-8(TF+Ty)5；
第二步，对第一步制备得到的水合物系统D、E、F进行降压扰动，本实施例中通过降压扰动实现不同埋深水合物体系的扰动分解。
利用降压控制系统3控制模拟不同埋深的水合物体系在相同程度降压条件下的分解，对不同埋深的水合物体系所采用的分解压力分别为Pwi(i＝D，E，F)，分解压力满足以下条件：
PwD＝exp(-1.9413850446456×105+3.31018213397926×103TD-22.5540264493806TD 2+0.0767559117787059TD 3-1.30465829788791×10-4TD 4+8.86065316687571×10-8TD 5)-Py；
PwE＝exp(-1.9413850446456×105+3.31018213397926×103TE-22.5540264493806TE 2+0.0767559117787059TE 3-1.30465829788791×10-4TE 4+8.86065316687571×10-8TE 5)-Py；
PwF＝exp(-1.9413850446456×105+3.31018213397926×103TF-22.5540264493806TF 2+0.0767559117787059TF 3-1.30465829788791×10-4TF 4+8.86065316687571×10-8TF 5)-Py；
上式中，Py可采用0.5MPa、1MPa、2MPa或3MPa等具体数值，但保证Py＜Pi。
第三步，采用不同压力Pwi对不同埋深的水合物体系进行模拟开发，记录水合物体系在模拟开发过程中产气量Vg与产水量Mw的实时变化。
与实施例1不同的是，不同埋深水合物体系D、E、F在模拟实验过程中，其Vg与Mw会逐渐增加，根据其增加情况对不同埋深水合物体系的稳定性进行判断。
若不同埋深水合物体系D、E、F在分解过程中的产气量Vg和产水量Mw均相似，则表明不同埋深的水合物体系在采用相同程度降压分解时的产能优势相似，储藏的深度或温压对产能影响有限。
若某一埋深的水合物体系的产气量Vg增加越快，代表对应埋深水合物体系的产气潜力较高。若Vg表现出阶段性变化，表明不同深度水合物藏在相同程度降压过程中具备阶段性产气能力。
分析水合物体系D、E、F的产水规律时，引入系统标准化产水
Figure BDA0003040667950000111
其中Min为制备不同埋深水合物体系时注入的去离子水的水量。通过综合比较
Figure BDA0003040667950000121
RGNW越大，表明对应埋深的水合物体系开发的相对经济性越好。
其他同实施例1。
以上对本发明所提供的不同埋深水合物藏的扰动与稳定性分析方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种不同埋深水合物藏的扰动与稳定性分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.制备一系列与水合物相平衡曲线平行的稳定水合物体系，各水合物体系的孔隙度、水合物饱和度均一致、但埋深不同，稳定水合物体系的温度值和压力值分别为(Ti，Pi)，其中i代表不同埋深的稳定水合物体系i，不同埋深水合物体系对应的温度值和压力值须满足以下条件：
ln(Pi)＝-1.9413850446456×105+3.31018213397926×103(Ti+Tt)-22.5540264493806(Ti+Tt)2+0.0767559117787059(Ti+Tt)3-1.30465829788791×10-4(Ti+Tt)4+8.86065316687571×10-8(Ti+Tt)5，
其中，Tt为指定数值，单位为℃；
S2.对第一步制备得到的一系列水合物体系进行扰动，针对不同埋深水合物体系采用不同条件扰动，监测并收集体系扰动情况下的产气量Vg和产水量Mw；
S3.根据产气量Vg和产水量Mw的实时变化量，对不同埋深水合物藏的稳定性进行分析。
2.根据权利要求1所述的不同埋深水合物藏的扰动与稳定性分析方法，其特征在于，上述步骤S1中，稳定水合物体系的制备过程包括以下步骤：
S1.1.在已清洗过且干燥的已知容积Vhf的反应釜内填满密度已知的沉积物并压实，记录填入沉积物的重量,盖上釜盖，利用甲烷气进行数次吹扫后，再持续注入纯甲烷气，通过气体流量计控制进入反应釜的甲烷气含量为VCH4，此时系统内注入的甲烷气体摩尔质量nCH4＝VCH4/22.4，关闭反应釜注入阀门，将系统温度设定为室温，并待系统稳定,在制备不同埋深水合物体系时，沉积物的注入量和甲烷气的注入量均相同，其中VCH4的单位为mL，nCH4的单位为mol；
S1.2.再次打开注入阀门，向反应釜内注入去离子水，去离子水的注入量为Vwi，不同埋深水合物体系的去离子水的注入量不同，随着水合物体系埋深的增加，去离子水的注入量增加，关闭阀门并待系统稳定后，将反应釜的温度降至0.5℃，待水合物合成和水合物体系最终稳定后，记录此时体系的平均温度Thdi与压力Phdi，其中Thdi的单位为℃，Phdi的单位为MPa，Vwi单位为mL；
去离子水注入量Vwi的衡量标准为
Figure FDA0003040667940000011
并且待水合物合成后，该注入量保证系统压力条件Phdi＞Pei，其中Pei为系统平均温度Thdi条件下对应的水合物相平衡压力，其计算公式为：
ln(Pei)＝a0+a1T+a2T2+a3T3+a4T4+a5T5, (1)
其中，T＝Thdi+273.15，T的单位为K；a0～a5取值条件如下：
Figure FDA0003040667940000021
Figure FDA0003040667940000022
S1.3.通过公式(1),反向求得系统稳定压力Phdi条件下对应的平衡温度Tei，以1/4-2℃/小时的速率将系统温度缓慢升温至(Tei-Tt)，其中，Tt为指定数值，且Tt<Tei，此时不同埋深的水合物体系的最终平均温度为Ti＝Tendi＝Tei-Tt，压力为Pi＝Phdi。
3.根据权利要求1所述的不同埋深水合物藏的扰动与稳定性分析方法，其特征在于，当模拟自然环境下构造运动导致的水合物扰动，对不同埋深的稳定水合物体系进行升温扰动时，将S1制备得到的一系列稳定水合物体系的温度以1/2～1℃/小时的速率缓慢升温至(Ti+Tt)并保持该温度12小时以上，其中Tt为指定数值，此时水合物体系仍处于相平衡条件，整个升温和温度稳定过程中实时监测并收集系统扰动情况下的产气量Vg和产水量Mw。
4.根据权利要求1所述的不同埋深水合物藏的扰动与稳定性分析方法，其特征在于，上述步骤S2中，当模拟自然环境下构造运动导致的水合物扰动，对不同埋深的稳定水合物体系进行降压扰动，将水合物体系的系统压力值Pi降至Pwi，扰动后的水合物处于相平衡条件，则Pwi满足以下条件：
Pwi＝exp(-1.9413850446456×105+3.31018213397926×103Ti-22.5540264493806Ti 2+0.0767559117787059Ti 3-1.30465829788791×10-4Ti 4+8.86065316687571×10-8Ti 5)。
降压扰动过程中，实时监测并收集系统扰动情况下的产气量Vg和产水量Mw。
5.根据权利要求1所述的不同埋深水合物藏的扰动与稳定性分析方法，其特征在于，上述步骤S2中，当模拟降压人为开发导致的水合物扰动时，模拟不同埋深水合物体系在相同程度降压条件下的分解，对不同埋深水合物系统所采用的分解压力为Pwi，Pwi满足以下条件：
Pwi＝exp(-1.9413850446456×105+3.31018213397926×103Ti-22.5540264493806Ti 2+0.0767559117787059Ti 3-1.30465829788791×10-4Ti 4+8.86065316687571×10-8TF 5)-Py，
其中Py为指定数值，取0.5MPa、1MPa、2MPa或3MPa，且Py＜Pi；
采用不同压力Pwi对不同埋深的水合物体系进行模拟开发，实时监测并收集系统在开发过程中产气量Vg与产水量Mw的实时变化，产气量Vg单位为L，产水量Mw单位为g。
6.根据权利要求1所述的不同埋深水合物藏的扰动与稳定性分析方法，其特征在于，上述步骤S3中，当模拟自然环境下构造运动导致的水合物扰动时，根据产气量Vg和产水量Mw对不同埋深水合物藏的稳定性的分析如下：
若Vg与Mw增加缓慢，
Figure FDA0003040667940000031
ΔMw≤1g/min，或Vg与Mw无变化，则表明对应埋深的水合物体系在沿着水合物相平衡条件下扰动时水合物稳定；
若Vg与Mw不断增大，则表明对应埋深的水合物体系在沿水合物相平衡条件扰动时，水合物不稳定；
对比不同埋深的水合物体系，若Vg变化显著，
Figure FDA0003040667940000032
Mw变化不明显，ΔMw≤1g/min，则表明对应埋深的水合物体系在自然扰动下仍处于相平衡条件时，会发生分解，且气体存在泄露的风险；若Mw变化明显，ΔMw≥1g/min，Vg变化不显著，
Figure FDA0003040667940000033
则表明对应埋深的水合物体系在自然扰动下仍处于相平衡条件时，不分解，但水饱和度体系水的产出会改变区域海水盐度，破坏原位生态环境。
7.根据权利要求1所述的不同埋深水合物藏的扰动与稳定性分析方法，其特征在于，上述步骤S3中，当模拟降压人为开发导致的水合物扰动时，根据产气量Vg和产水量Mw对不同埋深水合物藏的稳定性的分析如下：
若不同埋深水合物体系在分解过程中的气体产出量Vg和产水量Mw相似，则表明不同埋深水合物体系在采用相同程度降压分解时产能优势相似，储藏深度或温压对产能影响有限；
若某一埋深水合物体系的气体产出量Vg增加越快，代表对应的埋深水合物体系产气潜力较高；若气体产出量Vg表现出阶段性变化，表明不同埋深水合物藏在相同程度降压过程中具有阶段性产气能力；
通过
Figure FDA0003040667940000034
分析不同埋深水合物体系的产水规律，其中Min为制备对应埋深水合物体系时注入的去离子水量，单位为mL，RGNW越大，表明对应埋深的水合物体系开发的相对经济性越好。
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