冷冻取样对泥质粉砂储层水合物样品饱和度的影响机制与调控方法研究

Saturation of gas hydrates is a critical parameter to assess the reserves of hydrate resources. Freezing sampling method obtains hydrate core by rapid freezing and lifting. The saturation of hydrate will increase or decrease caused by dynamic changes of pressure and temperature during the process of freezing sampling, which will affect the assessment of hydrate resources. .This project focus on marine clayey siltstone hydrate deposits, investigating the effects mechanism of the change of temperature and pressure on the saturation of hydrate based on the dynamics of formation and decomposition of hydrate. Investigating the regulation method to maintain the stability of saturation of hydrate sample by optimizing the freezing temperature, freezing rate, lifting rate and diameter of hydrate sample, and establishing the inversion model to obtain the original saturation of hydrate deposits. .The achievements of this project will reveal the effect mechanism of freezing sampling in clayey siltstone on saturation of hydrate sample, obtain corresponding regulation method, provide quantized technological parameters for freezing sampling method, and improve the accuracy of assessment of hydrate resources.

水合物样品饱和度是评价水合物资源储量的关键参数。冷冻取样是通过孔底冷冻和快速提升获取水合物岩心样品的钻探取样方法。在冷冻取样过程中，样品温压动态变化会引起水合物饱和度增大或减小，影响水合物资源储量的评价。.本项目以海洋泥质粉砂储层水合物为研究对象，通过分析样品中水合物形成和分解动力学特性，研究样品温度和压力的变化对水合物样品饱和度的影响机制。通过优化样品冷冻温度、冷冻速率、提升速度和岩心直径，探索维持水合物样品饱和度稳定的钻探调控方法，并建立水合物样品原状饱和度的反演模型。.项目成果将揭示冷冻取样对泥质粉砂储层水合物样品饱和度的影响机制，并得到相应的钻探调控方法，为冷冻取样方法的有效应用提供理论基础和定量化工艺参数，提高水合物资源储量评价的准确性。

天然气水合物是一种具有商业开发潜力的清洁能源，我国海域天然气水合物资源丰富。通过天然气水合物钻井取心和样品分析，详实掌握储层信息，圈定天然气水合物矿区，对资源储量预测和安全高效开发具有重要意义。天然气水合物冷冻取样技术基于水合物相平衡理论，在孔底冷冻降温岩心样品，降低样品中天然气水合物的临界分解压力，抑制水合物分解，从而实现保真取样。海洋储层中泥质粉砂水合物具有独特的相平衡条件，样品冷冻和样品提升过程中，可能会存在水合物的形成和分解，因此需要对取样过程样品中水合物饱和度的演变规律进行研究。.本项目以南海泥质粉砂水合物储层为研究对象，通过分析样品中水合物在冷冻和分解过程的动力学特性，研究了变化温度压力场对水合物饱和度的影响机制，确定了样品的冷冻目标温度，建立了维持样品中水合物稳定的整体调控方法，并建立了水合物样品原位饱和度的反演模型。研究结果表明，在冷冻降温过程中，样品中水合物相平衡体系被打破，水合物饱和度增加，这一增量受温度和压力条件控制；在常压条件下，当冷冻温度低于-20℃时，样品中水合物具有极高的稳定性，两小时内水合物分解量小于10%；模拟真实钻探取样环境，在样品匀速提升过程中，当样品压力以0.1MPa/min降低时，冷冻温度-10℃、-20℃、-30℃条件下，样品中水合物的分解占比分别为5.12%、3.77%、2.82%，冷冻取样过程中样品中水合物表现出了很高的稳定性。此外，在样品提升过程中，发现泥质粉砂介质中水合物在-30℃～-15℃具有较好的自保护效应，在-30℃～-20℃具有亚稳态效应，自保护效应和亚稳态效应使样品在提升过程中具有更高的稳定性。.项目成果揭示了冷冻取样过程对泥质粉砂储层水合物饱和度的影响机制，为海洋天然气水合物冷冻取样钻具的设计提供了理论基础，对于精准评价海洋水合物的资源储量和储层物性有重要意义。