發(fā)布時間：2021-06-06 02:47

　　自然界中的水合物一般產(chǎn)出于深水海底淺層未固結(jié)成巖的松散沉積物中和陸域凍土區(qū)巖石裂隙或孔隙中。水合物的分解會導致地層膠結(jié)強度、孔隙度、地質(zhì)結(jié)構(gòu)等發(fā)生變化,從而引發(fā)地質(zhì)災害,嚴重威脅水合物資源的安全開采。本文在大量調(diào)研文獻的基礎上,結(jié)合已有的天然氣水合物制樣、三軸力學測試研究現(xiàn)狀和本構(gòu)模型研究進展,系統(tǒng)分析影響含水合物沉積物的力學特性的主要因素和本構(gòu)模型的發(fā)展趨勢,梳理了獲得的共識和存在的問題,提出了下一步研究方向,從而為下一步含水合物沉積物力學強度實驗、本構(gòu)模型開發(fā)以及儲層穩(wěn)定性研究等提供參考。 

【文章來源】：新能源進展. 2019,7(01)

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

混合制樣法示意圖

閃碩?躉?妓?銜锍粱?鍤匝??⒔?辛巳??壓縮實驗，發(fā)現(xiàn)不同的制樣方法得到試樣的強度隨水合物飽和度變化影響并不完全一致。由于目前沒有統(tǒng)一的制樣方法和標準，不同的研究者采用的實驗方法各有差異，但總體而言可以分為兩類，也即混合制樣法和原位合成法�；旌现茦臃ㄊ紫戎苽浼兯衔�，并將其制成粉末狀，然后與沉積物混合（圖1）。該方法可以很好地控制水合物飽和度，保證水合物在沉積物中均勻分布，且操作簡單，可提高三軸試驗的制樣效率[5]。圖1混合制樣法示意圖Fig.1Schematicdiagramofmixedsamplemethod圖2水合物原位生成系統(tǒng)Fig.2Hydrateinsituformationsystem

；Gsat為剪切模量；Gdry為干固體骨架的剪切模量�？紫赌Ｊ街�，水合物被認為是孔隙流體的一部分，僅改變流體的彈性模量；對于骨架模式，水合物被認為是巖石骨架的一部分，產(chǎn)生了兩個效應，一個是使孔隙度減小，另一個是改變了骨架的體積模量和剪切模量；對于膠結(jié)模式，一方面在孔隙度降低方面等同于骨架模式，另一方面，巖石骨架的體積模量和剪切模量也需修正。有研究表明，當水合物飽和度為25%~40%時，孔隙填充模式很可能轉(zhuǎn)化為膠結(jié)模式[39-40]。UCHIDA分析了水合物分解對含水合物沉積物試樣的力學影響過程[41]，如圖6所示，當水合物顆粒對試樣成承載作用時，軸向應力會使沉積物顆粒與水合物顆粒發(fā)生擠壓，此時試樣的主應力差會呈現(xiàn)增強狀態(tài)，當水合物分解后，沉積物顆粒失穩(wěn)，主應力差出現(xiàn)短暫的下降趨勢，待沉積物顆粒重新擠壓排列后，主應力差重新上升，并呈現(xiàn)新的應力應變模式。圖6水合物分解對沉積物的力學影響過程示意圖[41]Fig.6Schematicdiagramofthemechanicalinfluenceofhydratedecompositiononsediments當水合物飽和度較高時，水合物可能在沉積物的某些部位充當了骨架結(jié)構(gòu)。當降壓操作開始后，試樣的孔隙壓強降低，引發(fā)試樣內(nèi)部的水合物分解，當承當骨架的那部分沉積物被破壞和分解時，試樣的受力變化和體積變化都會受到較大的影響。相反，當水合物飽和度較低時，大部分的水合物在沉積物顆粒的孔隙中，極少的水合物對沉積物有膠結(jié)作用，所以當水合物分解后，沉積物體積和受力都不會發(fā)生特別顯著的變化。但是，水合物對沉積物顆粒的膠結(jié)作用一旦被破壞，沉積物顆粒的束縛就會顯著降低，所以即使水合物飽和度較低時，降壓也會引發(fā)沉積物的應力減弱。3.2變形實驗進展HYODO等[32]實驗發(fā)現(xiàn)在水合物分解過程中，

【參考文獻】：
期刊論文
[1]含水合物黏土的力學性質(zhì)試驗研究[J]. 王淑云,羅大雙,張旭輝,魯曉兵,石要紅.  實驗力學. 2018(02)
[2]含天然氣水合物沉積介質(zhì)力學本構(gòu)關系及數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀[J]. 張峰,劉麗華,吳能友,盧靜生,吳起.  新能源進展. 2017(06)
[3]海域天然氣水合物開采的地質(zhì)控制因素和科學挑戰(zhàn)[J]. 吳能友,黃麗,胡高偉,李彥龍,陳強,劉昌嶺.  海洋地質(zhì)與第四紀地質(zhì). 2017(05)
[4]含水合物砂土力學特性及本構(gòu)模型[J]. 顏榮濤,李揚,楊德歡,韋昌富,陳學軍.  地下空間與工程學報. 2017(04)
[5]天然氣水合物沉積物顆粒影響實驗[J]. 劉艷軍,董孟陽,江磊磊,李文,黃志強.  儲能科學與技術(shù). 2017(04)
[6]高壓下南海神狐水合物區(qū)域海底沉積地層三軸力學性質(zhì)初步測試[J]. 關進安,盧靜生,梁德青,李棟梁,萬麗華.  新能源進展. 2017(01)
[7]考慮賦存模式影響的含水合物沉積物的本構(gòu)模型研究[J]. 顏榮濤,梁維云,韋昌富,吳二林.  巖土力學. 2017(01)
[8]含水合物沉積物損傷統(tǒng)計本構(gòu)模型及其參數(shù)確定方法[J]. 李彥龍,劉昌嶺,劉樂樂.  石油學報. 2016(10)
[9]水合物沉積物三軸試驗存在的關鍵問題分析[J]. 李彥龍,劉昌嶺,劉樂樂,黃萌,孫建業(yè),李承峰.  新能源進展. 2016(04)
[10]含水合物沉積物三軸剪切試驗與損傷統(tǒng)計分析[J]. 劉樂樂,張旭輝,劉昌嶺,業(yè)渝光.  力學學報. 2016(03)

碩士論文
[1]沉積物中水合物飽和度及其相應力學特性的實驗研究[D]. 孫中明.中國石油大學（華東） 2013
[2]甲烷水合物及其沉積物的蠕變特性研究[D]. 王銳.大連理工大學 2012



本文編號：3213437