天然氣水合物作為一種新型能源,成為改善能源結(jié)構(gòu)、探索高效清潔能源的熱點。我國南海水合物資源豐富,對其高效安全開發(fā)已列入戰(zhàn)略研究規(guī)劃。水合物開采伴隨著相變分解,可引起儲層的軟化,導(dǎo)致地層的變形破壞、開采工程設(shè)施的損壞,嚴(yán)重時引發(fā)海底滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。本文針對南海水合物試采地層穩(wěn)定性問題,以粉細(xì)砂及南海淺表層粉質(zhì)黏土為骨架,通過室內(nèi)實驗研究多孔介質(zhì)中水合物的合成與分解特性,綜合研究水合物分解前后沉積物的宏微觀力學(xué)特性;基于實測地貌特征及地層參數(shù),通過數(shù)值模擬分析水平井開采井周地層及井的變形破壞特征,為保障井口安全提供參考依據(jù)。首先,基于含水合物沉積物核磁共振實驗平臺,開展核磁共振成像實驗及T2譜實驗,對多孔介質(zhì)中THF水合物的合成生長過程以及分解過程進(jìn)行觀測。實驗結(jié)果表明:質(zhì)量比為19:81的四氫呋喃溶液合成水合物時,觀測到粘結(jié)型、包覆型及懸浮型的水合物,其合成過程可分為初始期、誘導(dǎo)期、快速合成期與穩(wěn)定期四個階段,分解過程沒有明顯的階段性,沿固-液界面由外向內(nèi)推進(jìn)。其次,利用含水合物沉積物合成、分解與動靜力學(xué)性質(zhì)測試一體化裝置和固結(jié)儀,開展初始含裂隙水合物沉積物靜三軸實驗、水合物分解前后沉積... 

【文章來源】： 張良華 中國地質(zhì)大學(xué)(北京)

【文章頁數(shù)】：86 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

世界各地天然氣水合物分布圖（魏偉，2018）

3氣總量86.14萬立方米，日均產(chǎn)氣量2.87萬立方米”兩項新的世界記錄，攻克了深海淺軟地層水平井鉆采核心技術(shù)（鐘艷平，2020）。目前，天然氣水合物降壓開采被認(rèn)為是最有效的方法之一，通過抽水或者氣舉的方法降低井口壓力，使得固體水合物處于相平衡條件之下而分解成天然氣和水，然后再將天然氣收集（張旭輝，2014、2019），如圖1-3。水合物的分解釋放出大量甲烷氣體，未成功收集的游離甲烷氣體會造成海水富甲烷化，破壞海洋生態(tài)環(huán)境（吳能友，2017）。同時，水合物分解破壞土體的膠結(jié)和骨架結(jié)構(gòu)，使得沉積物的強度降低，導(dǎo)致地層軟化破壞，進(jìn)而引起土層失穩(wěn)與結(jié)構(gòu)安全問題，甚至引發(fā)海底滑坡、海嘯等對工程與環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)重威脅的地質(zhì)災(zāi)害（張煒，2018）。經(jīng)濟(jì)高效的開采方法以及相關(guān)的災(zāi)害控制和環(huán)境保護(hù)是對天然氣水合物進(jìn)行商業(yè)開采必須要解決好的兩個關(guān)鍵問題（鄭哲敏，2019）。因此，在天然氣水合物商業(yè)開采之前，需要系統(tǒng)的評價開采過程中沉積層的力學(xué)穩(wěn)定性，即首先明晰水合物的合成分解特性，獲取天然氣水合物沉積層的力學(xué)參數(shù)，然后精細(xì)評價開采過程中地層與開采井的穩(wěn)定性問題。圖1-3水合物降壓法開采示意圖（羅大雙，2018）1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1多孔介質(zhì)中水合物合成與分解特性研究現(xiàn)狀水合物的合成與分解特性，與水合物儲層的穩(wěn)定性、勘探及開采的安全問題

9形問題的數(shù)值模擬研究，探究不同分解相變范圍下的變形和破壞特征，對天然氣水合物的實際開采工況提供指導(dǎo)。1.3.2技術(shù)路線圖1-4本研究的技術(shù)路線圖針對本文的主要研究內(nèi)容，具體按照圖1-4所示的技術(shù)路線開展相關(guān)的研究工作�？偟募夹g(shù)路線為：（1）首先依托水合物核磁共振實驗平臺，利用核磁共振成像技術(shù)對多孔介質(zhì)中THF水合物的合成生長過程以及相變分解過程進(jìn)行觀測，并測量各時間段T2信號的變化，對多孔介質(zhì)中THF水合物的合成特性及分解特性進(jìn)行分析；（2）重塑含裂隙與不含裂隙的四氫呋喃水合物粉細(xì)砂及黏土試樣，利用中國科學(xué)院力學(xué)研究所的GCTS實驗裝置開展靜載力學(xué)實驗及動載力學(xué)實驗，獲得含裂隙水合物沉積物在不同裂隙厚度下的應(yīng)力應(yīng)變曲線、強度、變形特征等參數(shù)，

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]2018年中國能源產(chǎn)業(yè)回顧及2019年展望[J]. 許萍,楊晶.  石油科技論壇. 2019(01)
[2]關(guān)于天然氣水合物開發(fā)工程科學(xué)研究的一點認(rèn)識[J]. 鄭哲敏.  中國科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué). 2019(03)
[3]天然氣水合物開采方法的研究綜述[J]. 張旭輝,魯曉兵,李鵬.  中國科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué). 2019(03)
[4]世界天然氣水合物鉆探歷程與試采進(jìn)展[J]. 張煒,邵明娟,姜重昕,田黔寧.  海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì). 2018(05)
[5]南海神狐海域天然氣水合物降壓開采過程中儲層的穩(wěn)定性[J]. 萬義釗,吳能友,胡高偉,辛欣,金光榮,劉昌嶺,陳強.  天然氣工業(yè). 2018(04)
[6]2017年天然氣水合物研發(fā)熱點回眸[J]. 魏偉,張金華,于榮澤,林斌斌,陳龍橋,彭涌,肖紅平.  科技導(dǎo)報. 2018(01)
[7]海域天然氣水合物開采的地質(zhì)控制因素和科學(xué)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(jì)地質(zhì). 2017(05)
[8]黏土水合物沉積物力學(xué)特性及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系[J]. 魯曉兵,張旭輝,石要紅,王淑云,羅大雙.  中國海洋大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2017(10)
[9]天然氣水合物加熱分解儲層變形破壞規(guī)律研究[J]. 孫可明,王婷婷,翟誠,羅惠玉.  特種油氣藏. 2017(05)
[10]含甲烷水合物松散沉積物的力學(xué)特性[J]. 李彥龍,劉昌嶺,劉樂樂,陳強,胡高偉.  中國石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2017(03)

博士論文
[1]氣體水合物相變過程微觀結(jié)構(gòu)演變及對宏觀物性影響[D]. 楊磊.大連理工大學(xué) 2017
[2]天然氣水合物沉積物靜動力學(xué)特性研究[D]. 朱一銘.大連理工大學(xué) 2016
[3]多孔介質(zhì)中水合物賦存規(guī)律與分解特性研究[D]. 薛鎧華.大連理工大學(xué) 2016
[4]天然氣水合物沉積物強度及變形特性研究[D]. 李洋輝.大連理工大學(xué) 2013

碩士論文
[1]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(xué) 2012



本文編號：2998772