ICS75.060CCSE24CAOE中 國(guó) 海 洋 工 程 團(tuán) 體 標(biāo) 準(zhǔn)T/CAOE80—2024含水合物沉積物中泥砂遷移試驗(yàn)方法Testmethodforsandandsiltmigrationinhydrate-bearingsediment2024-12-03發(fā)布 2024-12-03實(shí)施中國(guó)海洋工程咨詢協(xié)會(huì)??發(fā)布T/CAOE80T/CAOE80—2024PAGE\*ROMANPAGE\*ROMANIII目 次前 言 II引 言 III范圍 1規(guī)范性引用文件 1術(shù)語(yǔ)和定義 1一般規(guī)定 2試驗(yàn)設(shè)備 2設(shè)備構(gòu)成 2高壓反應(yīng)釜 2流體供給模塊 2溫度控制模塊 3壓力控制模塊 3測(cè)試模塊 3數(shù)據(jù)采集模塊 3試驗(yàn)過(guò)程 3試樣制備 3泥砂遷移測(cè)試 4數(shù)據(jù)采集與處理 4附 錄 A （資料性）含水合物沉積物中泥砂遷移試驗(yàn)基礎(chǔ)信息記錄表格式 6附 錄 B （資料性）含水合物沉積物中泥砂遷移試驗(yàn)記錄表格式 7前 言本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則 第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件由中國(guó)海洋工程咨詢協(xié)會(huì)提出并歸口。本文件起草單位：青島海洋地質(zhì)研究所，嶗山國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢），中國(guó)石油大學(xué)（華東本文件為首次發(fā)布。引 言T/CAOE80T/CAOE80—2024PAGEPAGE4含水合物沉積物中泥砂遷移試驗(yàn)方法范圍本文件規(guī)定了含水合物沉積物中泥砂遷移試驗(yàn)的試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)過(guò)程、數(shù)據(jù)采集與處理方法。本文件適用于人工合成的砂質(zhì)、泥質(zhì)含水合物沉積物樣品。規(guī)范性引用文件（包括所有的修改單適用于本文件。GB/T21650.3-2011 壓汞法和氣體吸附法測(cè)定固體材料孔徑分布和孔隙度GB/T32708-2016 實(shí)驗(yàn)室儀器及設(shè)備安全規(guī)范：反應(yīng)釜GB/T41949-2022 顆粒激光粒度分析儀技術(shù)要求GB/T50123-2019 土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)JB/T4732-1995 鋼制壓力容器——分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)T/CAOE23-2020天然氣水合物實(shí)驗(yàn)測(cè)試技術(shù)規(guī)范T/CAOE52-2023含水合物沉積物三軸剪切試驗(yàn)方法術(shù)語(yǔ)和定義GB/T32708-2016、T/CAOE23-2020、T/CAOE52-2023界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。泥砂遷移通道sandandsiltmigrationchannel泥砂顆粒從沉積物骨架剝落后，在流體沖刷攜帶作用下形成的、有特定幾何形態(tài)的氣-水-砂混相輸運(yùn)高速通道。類蚯蚓洞wormhole-likechannel裂縫狀通道fracture-likechannel液化通道fluidizedchannel模擬生產(chǎn)井physicalmodellingwellbore在泥砂遷移試驗(yàn)中，人工設(shè)置的用于氣、水、砂產(chǎn)出的敞開(kāi)通道。局部垮塌localcollapse泥砂遷移誘發(fā)的模擬生產(chǎn)井周圍含水合物沉積物小范圍失穩(wěn)坍塌現(xiàn)象。連續(xù)垮塌continuouscollapse由多個(gè)局部垮塌相互連通而形成的、圍繞模擬生產(chǎn)井的大面積失穩(wěn)坍塌現(xiàn)象。一般規(guī)定含水合物沉積物中泥砂遷移試驗(yàn)應(yīng)采用定性測(cè)試和定量測(cè)試相結(jié)合的手段展開(kāi)。定性測(cè)試測(cè)試內(nèi)容可包括泥砂遷移通道類型及其演化動(dòng)態(tài)，宜采用超景深顯微鏡。泥砂遷移試驗(yàn)應(yīng)同步采集含水合物沉積物中的溫度、壓力。試驗(yàn)設(shè)備設(shè)備構(gòu)成高壓反應(yīng)釜高壓反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，其構(gòu)成與技術(shù)要求如下：高壓反應(yīng)釜宜為圓柱形，應(yīng)包括上殼體、下殼體、模擬生產(chǎn)井、固相分離部件；上殼體與下殼體宜采用緊固螺栓連接、膠圈密封；模擬生產(chǎn)井與下殼體間應(yīng)固定連接，模擬生產(chǎn)井出口宜設(shè)置在下殼體中央；模擬生產(chǎn)井外部應(yīng)與固相分離裝置相連；10μm；15.0MPa10，20；上殼體應(yīng)設(shè)置耐壓可視窗，可視窗應(yīng)覆蓋整個(gè)含水合物沉積物上表面，可視窗宜選用藍(lán)寶石；高壓反應(yīng)釜內(nèi)應(yīng)設(shè)置溫度傳感器、壓力傳感器；溫度傳感器的測(cè)量精度宜不低于±0.5℃15.0MPa度宜不低于±0.1%F.S.；高壓反應(yīng)釜側(cè)壁應(yīng)設(shè)置流體入口，流體入口與含水合物沉積物間宜設(shè)置導(dǎo)流槽，流體入口應(yīng)與流體供給模塊連接；模擬生產(chǎn)井可安裝防砂篩網(wǎng)或填充礫石層，在模擬生產(chǎn)井外圍的含水合物沉積物中可預(yù)制特定幾何尺寸的人工裂縫；高壓反應(yīng)釜內(nèi)部可設(shè)置對(duì)含水合物沉積物施加縱向應(yīng)力的夾層。圖1 水合物專用反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)示意圖流體供給模塊流體供給模塊的構(gòu)成與技術(shù)要求如下：流體供給模塊應(yīng)包括供液泵、高壓氣瓶和攪拌容器；供液泵、高壓氣瓶與攪拌容器之間應(yīng)采用耐壓管線連接；供液泵宜采用平流泵，平流泵工作壓力宜不小于10MPa，最大注入流量宜不小于mL/min，流量控制精度宜不低于±1%F.S.；高壓氣瓶與攪拌容器之間宜設(shè)置單相閥、氣體流量控制器。溫度控制模塊溫度控制模塊的構(gòu)成與技術(shù)要求如下：溫度控制可選用水浴控溫或氣浴控溫；溫度控制模塊的溫度控制范圍宜為-20~100，控溫精度宜不低于±0.5。壓力控制模塊壓力控制模塊的構(gòu)成與技術(shù)要求如下：壓力控制模塊應(yīng)包括入口壓力控制部件、出口壓力控制部件；壓力控制精度宜不低于±0.1MPa；入口壓力控制部件應(yīng)集成在流體供給模塊中；出口壓力控制部件可選用背壓閥，亦可選用活塞容器與平流泵組合；壓力控制模塊還可包括縱向應(yīng)力控制部件，縱向應(yīng)力控制部件宜選用活塞容器與平流泵組合。測(cè)試模塊測(cè)試模塊的構(gòu)成與技術(shù)要求如下：測(cè)試模塊應(yīng)包含超景深顯微鏡、激光粒度儀、電子天平；超景深顯微鏡的物鏡應(yīng)設(shè)置在可視窗正上方；60mm130cm2；超景深顯微鏡宜配置可視窗低溫吹掃部件；1~500μm，重復(fù)性誤差宜不大于±0.5；電子天平測(cè)量精度宜不小于±0.1mg。數(shù)據(jù)采集模塊數(shù)據(jù)采集模塊的構(gòu)成與技術(shù)要求如下：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)包含數(shù)據(jù)采集卡、圖形工作站；數(shù)據(jù)采集卡應(yīng)與溫度傳感器、壓力傳感器、氣體流量控制器、供液泵、電子天平連接；860KHz；0.0167Hz。試驗(yàn)過(guò)程試樣制備按照GB/T41949-2022GB/T21650.3-2011的規(guī)定確定沉積物平均孔隙度，T/CAOE52-2023的規(guī)定確定沉積物中的水合物飽和度及其對(duì)應(yīng)的水-砂質(zhì)量比，試驗(yàn)基礎(chǔ)信息記AA.1；根據(jù)選定的水-12時(shí)；5~6倍，篩網(wǎng)1.5~2.0倍；0.5~0.9倍；將經(jīng)密閉靜置的水、砂混合物均勻填入高壓反應(yīng)釜；如需模擬水合物開(kāi)采井周的人工造縫工況，則應(yīng)在水、砂混合物中設(shè)置特定幾何尺寸的人工裂6.1.3中尺寸相同的礫石；礫石與沉積物宜具有較大的色差；JB/T4732-1995中的相關(guān)要求檢查高壓反應(yīng)釜?dú)饷苄裕徊捎昧黧w供給模塊向高壓反應(yīng)釜內(nèi)通入氣體，采用溫度控制模塊控制高壓反應(yīng)釜溫度，使高壓反應(yīng)釜內(nèi)的壓力、溫度處于水合物相平衡邊界以內(nèi)；可同步對(duì)水、砂混合物施加縱向應(yīng)力；6.1.810小時(shí)以上，水合物合成完畢；采用流體供給模塊向高壓反應(yīng)釜內(nèi)注入氣飽和水，氣飽和水溫度應(yīng)與高壓反應(yīng)釜內(nèi)溫度相同，泥砂遷移測(cè)試水合物未分解沉積物中的泥砂遷移測(cè)試維持高壓反應(yīng)釜內(nèi)的溫度不變，選擇恒壓模式或恒速模式向高壓反應(yīng)釜內(nèi)注入氣飽和水；若選擇恒速模式，則設(shè)定向高壓反應(yīng)釜內(nèi)注入氣飽和水的速率，注入速率初選值宜為供液泵2~5倍；若選擇恒壓模式，則設(shè)定向高壓反應(yīng)釜內(nèi)注入氣飽和水的壓力，注入壓力初選值宜大于含水0.5MPa；6.2.1.26.2.1.3持續(xù)向高壓反應(yīng)釜內(nèi)注入氣飽和水并維持模擬生產(chǎn)井出口壓力值恒定，直至測(cè)試結(jié)束。水合物未分解沉積物中的泥砂遷移測(cè)試根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求選擇降壓或增溫方式使高壓反應(yīng)釜內(nèi)的水合物發(fā)生分解；若選擇降壓方式，則維持高壓反應(yīng)釜內(nèi)的溫度不變，設(shè)定模擬生產(chǎn)井出口壓力，并維持恒定直至測(cè)試結(jié)束，模擬生產(chǎn)井出口壓力值應(yīng)小于水合物相平衡壓力；若選擇增溫方式，則采用溫度控制模塊對(duì)高壓反應(yīng)釜進(jìn)行加熱至設(shè)定溫度，并維持恒定直至測(cè)試結(jié)束，設(shè)定溫度值應(yīng)大于水合物相平衡溫度。數(shù)據(jù)采集與處理6.2.16.2.2BB.1；7.1同步，在模擬生產(chǎn)井出口收集固液產(chǎn)出物并進(jìn)行固液分離，固液產(chǎn)出物收集頻率宜不5次/小時(shí)；對(duì)固相顆粒進(jìn)行烘干處理，并進(jìn)行分批次稱重，并進(jìn)行其粒度分布、質(zhì)量的測(cè)量；泥砂遷移測(cè)試結(jié)束后，可對(duì)高壓反應(yīng)釜內(nèi)的沉積物進(jìn)行取樣和粒度分布測(cè)試，取樣點(diǎn)宜沿模擬生產(chǎn)井對(duì)稱分布；7.1獲取的超景深顯微圖像進(jìn)行二值化處理，選用的二值化方法宜為自適應(yīng)閾值法；判定泥砂遷移試驗(yàn)過(guò)程中含水合物沉積物的失穩(wěn)類型，可根據(jù)失穩(wěn)范圍將含水合物沉積物的失穩(wěn)模式劃分為局部垮塌和連續(xù)垮塌兩類；6.2.1，整理試驗(yàn)過(guò)程中獲取的流量、壓力數(shù)據(jù)，并應(yīng)用式（1）計(jì)算泥砂遷移試驗(yàn)過(guò)程中試樣的滲透率：式中：

——滲透率，m2；——模擬生產(chǎn)井出口流量，m3/s；

··················································(1)——?dú)怙柡退恼扯龋琍a·s；——模擬沉積物充填半徑，m；——模擬生產(chǎn)井半徑，m；——試樣厚度，m；——供液泵出口壓力，Pa；——模擬生產(chǎn)井出口壓力，Pa。附 錄 A（資料性）含水合物沉積物中泥砂遷移試驗(yàn)基礎(chǔ)信息記錄表格式表A.1給出了含水合物沉積物中泥砂遷移試驗(yàn)基礎(chǔ)信息記錄表格式。A.1含水合物沉積物中泥砂遷移試驗(yàn)基礎(chǔ)信息記錄表試驗(yàn)編號(hào)：水合物沉積物試樣信息樣品編號(hào)沉積物類型平均孔隙度粒度中值/μm水-砂質(zhì)量比模擬水合物飽和度計(jì)算水合物飽和度模擬生產(chǎn)井信息□裸眼完井□礫石充填模擬生產(chǎn)井直徑/cm礫石粒度中值/μm礫石粒度范圍/μm備注試驗(yàn)人： 校核人： 試驗(yàn)日