天然氣水合物開采過程中,厘清儲(chǔ)層力學(xué)參數(shù)的演化特征是進(jìn)行工程地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的基礎(chǔ),但目前針對(duì)中國南海含天然氣水合物泥質(zhì)粉砂儲(chǔ)層力學(xué)性質(zhì)評(píng)價(jià)與測(cè)試相關(guān)研究的報(bào)道卻鮮見。為此,以南海北部神弧海域W18/19礦體天然氣水合物頂界沉積物為研究對(duì)象,用四氫呋喃（THF）水合物代替天然氣水合物,以此來探討泥質(zhì)粉砂沉積物—天然氣水合物混合體系的力學(xué)參數(shù)演化特征。研究結(jié)果表明:①在低質(zhì)量豐度條件（小于等于16.7%）下泥質(zhì)粉砂沉積物—天然氣水合物混合體系呈現(xiàn)應(yīng)變硬化破壞特征,抗剪強(qiáng)度、切線模量、內(nèi)聚力隨著水合物含量的增大而增大;②純天然氣水合物的應(yīng)力—應(yīng)變曲線表現(xiàn)出明顯的脆性破壞特征,與低豐度條件下的泥質(zhì)粉砂沉積物—天然氣水合物混合體系破壞特征截然不同。進(jìn)而提出了采用豐度（質(zhì)量豐度或體積豐度）代替原有的砂質(zhì)沉積物中飽和度概念來表征天然氣水合物含量的建議,在考慮天然氣水合物合成結(jié)束后泥質(zhì)粉砂沉積物含水率影響的基礎(chǔ)上,將泥質(zhì)粉砂型天然氣水合物—沉積物混合體系劃分為純沉積物、含天然氣水合物沉積物、含沉積物天然氣水合物和純天然氣水合物4種基本類型,以克服目前針對(duì)含天然氣水合物泥質(zhì)粉砂儲(chǔ)層力學(xué)性質(zhì)研究中所存在的不... 

【文章來源】：天然氣工業(yè). 2020,40(08)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

含水合物沉積物三軸儀流程圖[16]

根據(jù)Liu等[32]、Lei等[17]的結(jié)論，泥質(zhì)粉砂沉積物中水合物合成將會(huì)排擠置換原有沉積物顆粒，形成脈狀、透鏡體狀等非連續(xù)、非均質(zhì)體系，原有沉積物孔隙結(jié)構(gòu)完全破壞，在泥質(zhì)粉砂微孔中沒有明顯的水合物顯示。因此，筆者采用平均質(zhì)量豐度（Rmh）來指示沉積物中的水合物含量，其定義為：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的沉積物—水合物混合體系中，水合物所占的質(zhì)量百分比，即式中Rmh表示水合物—沉積物混合體系中水合物的質(zhì)量豐度；ms、mwf、mh、mTHF分別表示水合物—沉積物混合體系中沉積物、殘余孔隙水、水合物、水合物反應(yīng)所需THF的質(zhì)量，g;MTHF、Mh、分別表示THF、THF水合物和水的摩爾質(zhì)量，g/mol;Rmw表示殘余含水率，即當(dāng)THF完全反應(yīng)后，剩余的孔隙水含量占水合物沉積物體系總質(zhì)量的百分比；Rms表示水合物—沉積物混合體系中沉積物所占的質(zhì)量百分比。

上述應(yīng)力—應(yīng)變曲線特征與Yun等[40]基于含THF水合物松散高嶺土獲得的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系變形規(guī)律類似（圖3-a）。為便于描述，將這種存在明顯拐點(diǎn)的應(yīng)力—應(yīng)變曲線稱為雙線性變形，其中第一線性段對(duì)應(yīng)的軸向變形約為1%，第二線性段軸向變形介于1.5%～15.0%，軸向變形介于1.0%～1.5%，為兩個(gè)線性段的過渡期。雙線性應(yīng)力—應(yīng)變曲線特征可能反映了沉積物內(nèi)部雙重介質(zhì)特征，以水合物在沉積物中呈透鏡體狀分布條件下的可能變形破壞特征為例（圖4）。其中圖4-a為實(shí)際泥質(zhì)粉砂沉積物中THF水合物脈狀賦存狀態(tài)的X-CT掃描結(jié)果[32]，圖4-b為無軸向加載條件下泥質(zhì)粉砂沉積物中水合物透鏡體伸展?fàn)顟B(tài)。在三軸加載作用下，沿豎向定向排布的水合物透鏡體會(huì)向最小主應(yīng)力方向翻轉(zhuǎn)，水合物透鏡體發(fā)生方位重整，翻轉(zhuǎn)嵌入到沉積物中，同時(shí)沉積物被壓密（圖4-c），因此沉積物整體呈現(xiàn)出應(yīng)變硬化特征。然而，受當(dāng)前剪切軸向應(yīng)變極限通用做法的制約，在應(yīng)變硬化條件下目前通常認(rèn)為軸向應(yīng)變達(dá)到15%以后不再繼續(xù)觀察后續(xù)變化特征，因此15%的應(yīng)變量可能不足以排除進(jìn)一步壓縮狀態(tài)下水合物透鏡體及沉積物內(nèi)部可能的變形行為（圖4-d），這將在后文中作進(jìn)一步的討論。2.2 抗剪強(qiáng)度與切線模量

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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