考虑时间效应的含水合物沉积物蠕变本构模型构建方法技术

本发明专利技术公开一种考虑时间效应的含水合物沉积物蠕变本构模型构建方法，通过含水合物沉积物分级加载蠕变实验，获取试样蠕变应变时程曲线和超声波速变化数据，以超声波速变化表征加载过程的蠕变损伤，并考虑加载过程中有效轴向载荷变化。形成一种含水合物沉积物蠕变本构模型构建方法。本发明专利技术方案考虑时间效应对含水合物沉积物储层变形的影响，真实反映含水合物沉积物储层实际失稳特征，有效提高水合物试采井壁稳定分析计算精度，为现场水合物试采作业提供理论支撑。提供理论支撑。提供理论支撑。

【技术实现步骤摘要】
考虑时间效应的含水合物沉积物蠕变本构模型构建方法


[0001]本专利技术属于海洋天然气水合物沉积物本构模型
，具体涉及一种考虑时间效应的含水合物沉积物蠕变本构模型构建方法。

技术介绍

[0002]天然气属于低碳清洁化石能源，大力发展天然气产业，提高天然气在一次能源消费结构中的占比是实现“碳达峰、碳中和”的重要举措。随着天然气消费量的日益增加，面对巨大的天然气能源的增长需求，常规天然气资源开发已不能满足，大力发展非常规天然气资源具有重大意义。非常规天然气资源包括致密气、页岩气、煤层气、天然气水合物等。
[0003]海洋水合物资源开发过程中，需要预先在水合物储层建立井眼，再采用降压法、热激发、CO2置换和固态流化等方法进行开采。钻井与试采过程中，井壁附近水合物沉积物储层受到外力作用产生变形，随外力的持续作用岩石的变形不断增加，最终将导致井壁失稳，引起地层垮塌，海底滑坡等地质灾害，保证井壁稳定与地层稳定对水合物安全开发和环境保护具有重要意义。
[0004]对于水合物储层井壁稳定分析，通常采用理论推导或数值模拟等方法进行，这些方法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.考虑时间效应的含水合物沉积物蠕变本构模型构建方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A、对含水合物沉积物开展分级加载蠕变实验，获取分级加载应变时程曲线和超声波速变化曲线，并将蠕变应变时程曲线分为稳态蠕变阶段、长期强度阶段和非稳态蠕变阶段；步骤B、基于声波速度变化和加载过程中轴向有效应变力变化，建立含水合物沉积物分级加载蠕变本构模型；步骤B1、构建稳态蠕变阶段的蠕变方程：基于广义开尔文体模型，构建稳态蠕变阶段的本构方程，广义开尔文体模型由胡克体和开尔文体串联构成，对稳态蠕变阶段的本构方程进行求解，得到稳态蠕变阶段的蠕变方程；步骤B2、构建长期强度阶段的蠕变方程：(1)对长期强度阶段应变时程曲线描述，在广义开尔文体模型的基础上串联一个理想粘塑体模型，变形为西原模型，构建长期强度阶段的本构方程，并对其进行求解得到初步的长期强度阶段的蠕变方程；(2)蠕变实验稳定加载过程中，轴向有效载荷随轴向位移的增加逐渐减小，考虑该因素对长期强度阶段的西原模型进行改进，将其中理想粘塑体模型中摩擦片改为圣维南体，构建考虑轴向有效载荷变化的长期强度阶段本构方程，对初步的长期强度阶段的蠕变方程进行修正；步骤B3、构建非稳态蠕变阶段的蠕变方程：对于非稳态蠕变阶段，在考虑轴向有效载荷变化影响的西原模型的基础上，再串联一个非线性粘塑体模型，进而得到非稳态蠕变阶段的蠕变方程；步骤B4、基于超声速度变化，获得声波修正系数对步骤B1、B2和B3三个阶段的蠕变方程修正，得到考虑声速变化和实验中有效载荷变化的含天然气水合物沉积物全阶段蠕变本构模型。2.根据权利要求1所述的考虑时间效应的含水合物沉积物蠕变本构模型构建方法，其特征在于：所述步骤A中，含水合物沉积物分级加载蠕变实验具体包括以下步骤：步骤A1、水合物生成：(1)含水合物沉积物试样制备：含水合物沉积物基质为砂或泥质粉砂，与循环介质均匀混合装填进反应釜腔室；(2)含水合物沉积物蠕变设备组装：反应釜腔室两端安装超声传感器，封闭反应釜，连接管线并测压检漏，进行数据采集连接；(3)含水合物沉积物生成：加载预设围压和孔压，调节至设定温度，水合物随即开始生成；步骤A2、含水合物沉积物分级加载蠕变实验：(1)预加载：施加轴向初始载荷，使轴向载荷与有效围压达到平衡，持续一定时间，待压力/位移数据稳定后再进行下一步加载；(2)加载：加载至设置载荷，保持围压孔压稳定，开始进行分级加载蠕变实验，记录轴向位移数据并采集超声速度数据；当前一级蠕变变形趋于稳定，进行下一级加载，直至...

【专利技术属性】
技术研发人员：李彦龙，胡乔波，吴能友，孙晓峰，宁伏龙，胡高伟，
申请(专利权)人：青岛海洋地质研究所，
类型：发明
国别省市：