(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210658843.5 (22)申请日 2022.06.13 (71)申请人 中国石油大 学 （华东） 地址 266580 山东省青岛市黄岛区长江西 路66号 (72)发明人 闫传梁　陈勇　田万顷　程远方　 (74)专利代理 机构 东营双桥专利代理有限责任 公司 37107 专利代理师 赵春利 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) E21B 49/00(2006.01) G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 一种考虑水合物开采影响的储层本构模型 (57)摘要 本发明公开一种考虑水合物开采影响的储 层本构模型， 其技术方案是： 本构模型建立步骤 如下： 对人工制备的含甲烷水合物 沉积物试样进 行CO2置换实验， 并对置换前后 的试样进行三轴 压缩实验， 获得其应力 ‑应变曲线； 根据实验结果 验证Duncan ‑Chang模型对CO2置换影响下的天然 气水合物储层的适用性； 根据不同条件下的三轴 压缩实验结果， 利用置换率、 初始水合物饱和度 参数对8个模型参数进行修正； 将建立的CO2置换 影响下天然气水合物储层的非线性本构模型的 计算曲线与实验结果进行对比。 有益效果是： 本 发明考虑了CO2置换的影响， 能够准确地预测储 层的破坏行为， 并具有较好的适用性， 可为天然 气水合物开采与CO2封存相关的理论研究、 数值 建模以及工程设计提供帮助。 权利要求书2页 说明书11页 附图8页 CN 115169077 A 2022.10.11 CN 115169077 A 1.一种考虑水合物开采影响的储层本构模型， 其特征是： 本构模型的建立过程主要包 括以下步骤： 步骤1： 对人工制备的含甲烷水合物沉积物试样 进行CO2置换实验， 并对置 换前后的试样 进行三轴压缩实验， 获得其应力 ‑应变曲线； 步骤2： 根据实验结果验证Duncan ‑Chang模型对CO2置换影响下的天然气水合物储层的 适用性； 所述Duncan ‑Chang表达式如下： （1） 式 （1） 也可以改写成如下两种形式： （2） 或 （3） 其中， 为偏应力； 为轴向应变， 由实验测定； a、b为决定于材料性质的实验参 数； 步骤3： 基于Duncan ‑Chang模型， 根据 不同条件下的三轴压缩实验结果， 利用置换率、 初 始水合物饱和度参数对Duncan ‑Chang模型的8个模型参数进行修 正； 所述置换率的定义式如下： （4） 式中， 为置换率； 为初始CH4物质的量， mo l； 为置换后剩余C H4物质的量， mo l； 步骤4： 将建立的CO2置换影响下天然气水合物储层的非线性本构模型的计算曲线与实 验结果进行对比， 以验证其 准确性。 2.根据权利要求1所述的考虑水合物开采影响的储层本构模型， 其特征是： 所述人工制 备的含甲烷水合物沉积物试样具有不同的初始水合物饱和度， 且需要根据实际天然气水合 物储层的矿物组成和粒径分布进行制备。 3.根据权利要 求1所述的考虑水合物开采影响的储层本构模型， 其特征是： 所述CO2置换 实验需在满足使C H4水合物分解， 而CO2水合物可以稳定存在的温度和压力条件下进行。 4.根据权利要求1所述的考虑水合物开采影响的储层本构模型， 其特征是： 所述三轴力 学实验为常规三轴压缩实验 或真三轴压缩实验 ； 其中， 为最大 有效主应力， 为中间有效主应力， 为最小有效主应力； 且需要进行不同有效围压下的 三轴力学实验。 5.根据权利要求1所述的考虑水合物开采影响的储层本构模型， 其特征是： 步骤2具体 包括如下步骤： 步骤2.1： 确定所述 步骤1中获得的应力 ‑应变曲线是否满足双曲线特 征； 步骤2.2： 步骤2.1中若满足双曲线特征， 基于三轴压缩实验得到应力 ‑应变曲线拟合出权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115169077 A 2试样 ~ 的关系； 步骤2.3： 判断 与 是否呈线性关系， 从而判断出Duncan ‑Chang模型是否 适用于CO2置换影响下的天然气水合物储层。 6.根据权利要求1所述的一种考虑水合物开采影响的储层本构模型， 其特征是： 所述步 骤3具体包括如下步骤： 步骤3.1： 利用置换率 、 初始水合物饱和度 Sh参数对切线模量 进行修正； 所述修正后的切线模量 计算式为： （2） 式中， 、 、 、 、 、 、 、 为修正系数， 通过实验数据拟合求出； pa= 0.1013MPa， 表示标准大气压力； c为内聚力； φ为内摩擦角； Rf为破坏比； 步骤3.2： 利用置换率、 初始水合物饱和度参数对切线泊松比 进行修正； 所述修正后的切线泊松比 计算式为： （3） 式中， 、 、 、 、 、 、 、 为修正系数， 通过实验数据拟合求出； 为模 型参数， 无量纲。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115169077 A 3