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(diǎn)。我國(guó)南海水合物資源豐富,對(duì)其高效安全開(kāi)發(fā)已列入戰(zhàn)略研究規(guī)劃。水合物開(kāi)采伴隨著相變分解,可引起儲(chǔ)層的軟化,導(dǎo)致地層的變形破壞、開(kāi)采工程設(shè)施的損壞,嚴(yán)重時(shí)引發(fā)海底滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。本文針對(duì)南海水合物試采地層穩(wěn)定性問(wèn)題,以粉細(xì)砂及南海淺表層粉質(zhì)黏土為骨架,通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)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(shí)測(cè)地貌特征及地層參數(shù),通過(guò)數(shù)值模擬分析水平井開(kāi)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(shí)驗(yàn)平臺(tái),開(kāi)展核磁共振成像實(shí)驗(yàn)及T2譜實(shí)驗(yàn),對(duì)多孔介質(zhì)中THF水合物的合成生長(zhǎng)過(guò)程以及分解過(guò)程進(jìn)行觀測(cè)。實(shí)驗(yàn)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(shí),觀測(cè)到粘結(jié)型、包覆型及懸浮型的水合物,其合成過(guò)程可分為初始期、誘導(dǎo)期、快速合成期與穩(wěn)定期四個(gè)階段,分解過(guò)程沒(méi)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(dòng)靜力學(xué)性質(zhì)測(cè)試一體化裝置和固結(jié)儀,開(kāi)展初始含裂隙水合物沉積物靜三軸實(shí)驗(yàn)、水合物分解前后沉積... 

【文章來(lái)源】： 張良華 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)

【文章頁(yè)數(shù)】：86 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)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(wàn)立方米，日均產(chǎn)氣量2.87萬(wàn)立方米”兩項(xiàng)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(kāi)采被認(rèn)為是最有效的方法之一，通過(guò)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(huì)造成海水富甲烷化，破壞海洋生態(tài)環(huán)境（吳能友，2017）。同時(shí)，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(qiáng)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(wèn)題，甚至引發(fā)海底滑坡、海嘯等對(duì)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(kāi)采方法以及相關(guān)的災(zāi)害控制和環(huán)境保護(hù)是對(duì)天然氣水合物進(jìn)行商業(yè)開(kāi)采必須要解決好的兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題（鄭哲敏，2019）。因此，在天然氣水合物商業(yè)開(kāi)采之前，需要系統(tǒng)的評(píng)價(jià)開(kāi)采過(guò)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(píng)價(jià)開(kāi)采過(guò)程中地層與開(kāi)采井的穩(wěn)定性問(wèn)題。圖1-3水合物降壓法開(kāi)采示意圖（羅大雙，2018）1.2國(guó)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(chǔ)層的穩(wěn)定性、勘探及開(kāi)采的安全問(wèn)題

9形問(wèn)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(duì)天然氣水合物的實(shí)際開(kāi)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(duì)本文的主要研究?jī)?nèi)容，具體按照?qǐng)D1-4所示的技術(shù)路線開(kāi)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)，利用核磁共振成像技術(shù)對(duì)多孔介質(zhì)中THF水合物的合成生長(zhǎng)過(guò)程以及相變分解過(guò)程進(jìn)行觀測(cè)，并測(cè)量各時(shí)間段T2信號(hào)的變化，對(duì)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(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所的GCTS實(shí)驗(yàn)裝置開(kāi)展靜載力學(xué)實(shí)驗(yàn)及動(dòng)載力學(xué)實(shí)驗(yàn)，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(qiáng)度、變形特征等參數(shù)，

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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[4]天然氣水合物沉積物強(qiáng)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(hào)：2998772