水合物储层颗粒间微力测试与分析

摘要

海域天然气水合物储层具有离散特征,从颗粒角度研究水合物与储层泥砂之间的力学行为,有助于揭示水合物储层力学和出砂行为的微观机理,为离散元数值模拟提供参数。本文基于自行搭建的颗粒间微力测试装置,分析了模拟水合物储层中水滴与砂团的吸附行为,测试了水合物颗粒与砂板在干燥和润湿条件下的黏附力,以及不同法向力、接触时间和温度条件下的水合物颗粒与砂团间的切向力,并模拟观测了水合物储层在加热分解过程中的介观剪切滑移。研究结果表明:干燥砂团对水滴产生了强烈的吸附;在干燥条件下,砂板与水合物颗粒无明显黏附行为,润湿条件下黏附力急剧增大;水合物颗粒与砂团的接触切向力与法向力符合摩尔-库仑准则,短接触时间(120 s)内接触切向力增大趋势不明显,在相平衡温度附近出现微弱峰值。在温度稳定条件下,水合物储层介观滑移中未观测到明显的砂团破坏和砂粒剥离;在加热分解条件下,分解水迅速进入砂团中,造成砂团局部砂粒剥离,随着分解水增多,剪切滑移过程中砂团整体被破坏,可能诱发储层出砂和沉降。