(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 202210704581.1 (22)申请日 2022.06.21 (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) G06F 17/10(2006.01) G01N 33/22(2006.01) G01N 3/12(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种开采过程水合物地层强度准则的建立 方法 (57)摘要 本发明涉及一种天然气水合物开采技术领 域， 特别涉及一种开采 过程水合物 地层强度准则 的建立方法。 包括以下步骤： 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力学实验， 确定其包括破 坏强度在内的各项力学参数； 基于M ‑C强度准则， 根据三轴力学 实验结果绘制应力莫尔圆， 得到试 样的内聚力和内摩擦角； 利用初始水合物饱和 度、 置换率参数对内聚力和内摩擦角进行修正， 拟合得到修正系数； 将建立的考虑CO2置换影响 下的强度准则的计算曲线与实验 结果进行对比， 验证所建立强度准则的准确性。 本发明对于CO2 置换影响下的天然气水合物储层具有较好的适 用性， 可为后续的理论研究及工程设计提供帮 助。 权利要求书2页 说明书6页 附图4页 CN 115270398 A 2022.11.01 CN 115270398 A 1.一种开采过程水合物地层强度准则的建立方法， 其特 征是： 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 进行三轴力学实验， 确定其包括破坏强度在内的各项力学参数； 步骤2： 基于M ‑C强度准则， 根据三轴力学实验结果绘制应力莫尔圆， 得到试样的内聚力 和内摩擦角； 步骤3： 利用初始水合物饱和度、 置换率参数对内聚力和内摩擦角进行修正， 根据实验 结果拟合得到修 正系数； 步骤4： 将建立的考虑CO2置换影响下的强度准则计算曲线与实验结果进行对比， 验证所 建立强度准则的准确性。 2.根据权利要求1所述的开采过程水合物地层强度准则的建立方法， 其特征是： 所述M ‑ C强度准则的表达式如下：                  （1） 式中， 和 分别表示剪切破坏面上的剪应力和正应力， MPa； 为内聚力， MPa； 为 内摩擦角， °； 所述试样的内聚力 和内摩擦角 由不同有效围压下应力莫尔圆的强度包络线确 定。 3.根据权利要求2所述的开采过程水合物地层强度准则的建立方法， 其特征是： 所述置 换率的定义式如下：                          （2） 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。 4.根据权利要求3所述的开采过程水合物地层强度准则的建立方法， 其特征是： 所述内 聚力 是初始水合物饱和度 和置换率 的函数， 表达式为             （3） 式中， 、 、 、 为修正系数， 根据不同实验条件下 试样的内聚力拟合获得； 将式 （3） 代入式 （1） 得到考虑CO2置换影响的天然气水合物储层强度准则为：            （4） 式 （4） 可简写为如下 形式                         （5） 其中 式中， 表示内聚力， MPa， 与初始水合物饱和度 和置换率 有关。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115270398 A 25.根据权利要求1所述的开采过程水合物地层强度准则的建立方法， 其特征是： 所述人 工制备的含甲烷水合物沉积物试样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。 6.根据权利要 求1所述的开采过程水合物地层强度准则的建立方法， 其特征是： 所述CO2 置换实验的温度和压力条件须满足使C H4水合物分解、 CO2水合物稳定存在。 7.根据权利要求1所述的开采过程水合物地层强度准则的建立方法， 其特征是： 所述步 骤4的验证方法采用： 方法1： 基于实验结果， 根据式 （4） 可以得到不同置换率 和初始水合物 饱和度 下试 样的强度包 络线， 再根据有效围压 绘制对应的与强度包 络线相切的应力莫尔圆， 从而得 到建立的强度准则预测的试样破坏强度 。 8.根据权利要求1所述的开采过程水合物地层强度准则的建立方法， 其特征是： 所述步 骤4的验证方法采用： 方法2： 式 （1） 用最大有效主应力 和最小有效主应力 表示为：     （6） 将式 （3） 代入式 （6） 可 得：   （7） 根据式 （7） 计算出破坏强度 的值。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115270398 A 3