压应力对模拟胶结态水合物岩心纵波波速影响实验研究

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天然气水合物作为一种新型的清洁能源,正在日益备受关注。准确获得天然气水合物地层的位置、储量信息已成为开发天然气水合物资源的首要关键,能反映天然气水合物储层准确信息的岩心和测井资料的研究已成为天然气水合物勘探开发的关键,而岩心和测井资料的基础是水合物的波速。水合物的声波波速主要的影响因素是水合物地层的饱和度,在钻井过程中,钻头对井周地层的扰动会影响水合物地层的声波波速,针对这一问题,本文开展了胶结态水合物模型的压应力-波速的系列实验。水合物样品的纵波波速是其声学参数的一项重要指标,能够间接反映出水合物的存储结构、分布形态、饱和度等重要性质。但在测量水合物样品的声学参数时,外部实验条件对实验结果能够产生重要的影响,因此,在水合物样品声学参数测量之前必须进行校正实验,以提高实验结果的准确性和可靠性。本文主要以实验室合成水合物样品所需的反应器的结构和测量的外部可控条件为切入点,深入研究了水合物样品声学参数测量的影响因素。研究发现不同的容器结构参数、不同频率的换能器以及不同的激发电压都对超声波的传递有影响。容器底厚越小、换能器频率越大、激发电压越大都有利于超声波的传播以及实验中获得首波。通过优选容器的结构参数,控制外部实验条件,在确保实验结果的准确性前提下,以控制荷载的大小和胶结态水合物样品的饱和度为基准,开展了压应力-波速的系列实验,研究发现压应力、饱和度对水合物岩心的纵波的传递有影响。实验结果表明:(1)不同饱和度的胶结态水合物样品的纵波波速都随着压应力的增大而增大。在实验过程中,随着压应力的不断增大,模拟岩心骨架颗粒发生挤密、错动,导致孔隙度的减小,有利于超声波的传递,故而波速随压应力的增大而增大。(2)对于某一饱和度样品而言,当压力较小时,波速随压力增大变化不大,当压力达到一定值时,波速随压力增大的幅度变大,当压力再继续增加,波速随压力的增大而增大但变化量不大。分析可以发现对于胶结态水合物模拟岩心,压力较小时,不能破坏其内部孔隙结构,因而波速随压力的增大的幅度不大,当压力到达一定值(临界值)时,孔隙结构被严重破坏,波速随压力增大的变化量较大,而后岩心样品孔隙结构被彻底破坏,岩心的孔隙率、饱和度变化较小,因此波速随压力的变化幅度较小。
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