天然氣水合物儲量豐富,廣泛分布于永久凍土帶和深海沉積層中,被認(rèn)為是21世紀(jì)最具商業(yè)開發(fā)前景的新型能源。天然氣水合物開采過程可能引起儲層膠結(jié)弱化和強(qiáng)度衰減,進(jìn)而引起儲層沉降和變形,甚至引發(fā)儲層失穩(wěn)和結(jié)構(gòu)物破壞等工程地質(zhì)災(zāi)害。我國南海水合物儲層以非成巖的粉質(zhì)沉積物為主,全面評價其力學(xué)特性是我國天然氣水合物安全開采面臨的一項(xiàng)重要課題。本文以此為背景,分析了天然氣水合物沉積物模量、強(qiáng)度和變形特性及其影響因素,探明了二氧化碳置換、降壓分解和注熱分解三種過程對天然氣水合物粉質(zhì)沉積物力學(xué)特性影響規(guī)律,并基于獲得的南海重塑天然氣水合物沉積物強(qiáng)度及變形特性數(shù)據(jù),結(jié)合水合物開采全耦合模型模擬了南海神狐海域GMGS3-W19低滲透水合物儲層降壓開采過程,為我國天然氣水合物安全開采提供理論依據(jù)和方法。具體工作如下:制備了多種砂質(zhì)和粉質(zhì)天然氣水合物沉積物,并進(jìn)行探針、剪切和分解實(shí)驗(yàn)研究,分析了宿主顆粒、圍壓和溫度等因素對天然氣水合物沉積物強(qiáng)度特性影響規(guī)律,發(fā)現(xiàn)較大平均粒徑可以提高天然氣水合物沉積物強(qiáng)度。同時,研究了水合物生成過程宿主沉積物小應(yīng)變模量和強(qiáng)度演化規(guī)律,發(fā)現(xiàn)了水合物生成過程宿主沉積物小應(yīng)變泊松比逐漸降... 

【文章頁數(shù)】：160 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
主要符號表
1 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 國內(nèi)外相關(guān)工作研究進(jìn)展
        1.2.1 水合物沉積物制備方法
        1.2.2 水合物沉積物力學(xué)特性測試設(shè)備研究
        1.2.3 穩(wěn)態(tài)下水合物沉積物力學(xué)特性研究
        1.2.4 分解狀態(tài)下水合物沉積物力學(xué)特性研究
        1.2.5 水合物巖心和重塑水合物沉積物力學(xué)特性研究
        1.2.6 南海水合物開采模擬研究
    1.3 本文主要研究思路及論文框架
2 天然氣水合物沉積物力學(xué)特性影響因素研究
    2.1 實(shí)驗(yàn)裝置介紹
        2.1.1 TAW-60水合物三軸儀
        2.1.2 UOS-200水合物三軸儀
    2.2 天然氣水合物粉質(zhì)沉積物強(qiáng)度特性
        2.2.1 實(shí)驗(yàn)材料、方法及內(nèi)容
        2.2.2 平均粒徑影響
        2.2.3 圍壓、溫度和剪切速率影響
        2.2.4 摩爾庫倫準(zhǔn)則分析
    2.3 天然氣水合物砂質(zhì)沉積物小應(yīng)變模量特性
        2.3.1 平均粒徑影響
        2.3.2 細(xì)顆粒影響
    2.4 天然氣水合物砂質(zhì)沉積物強(qiáng)度和變形特性
    2.5 本章小結(jié)
3 二氧化碳置換前后天然氣水合物粉質(zhì)沉積物力學(xué)特性研究
    3.1 實(shí)驗(yàn)材料、方法及內(nèi)容
    3.2 天然氣和二氧化碳水合物粉質(zhì)沉積物等壓固結(jié)特性
    3.3 天然氣水合物粉質(zhì)沉積物剪切特性
        3.3.1 水合物飽和度影響
        3.3.2 有效圍壓影響
        3.3.3 屈服線和剪縮特性分析
    3.4 二氧化碳水合物粉質(zhì)沉積物剪切特性
        3.4.1 水合物飽和度和有效圍壓影響
        3.4.2 屈服線和剪縮特性分析
    3.5 本章小結(jié)
4 降壓和注熱分解過程天然氣水合物粉質(zhì)沉積物力學(xué)特性研究
    4.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
    4.2 降壓分解過程天然氣水合物粉質(zhì)沉積物力學(xué)特性
        4.2.1 降壓幅度對變形影響
        4.2.2 軸向荷載對變形影響
        4.2.3 初始水合物飽和度對變形影響
    4.3 注熱分解過程天然氣水合物粉質(zhì)沉積物力學(xué)特性
        4.3.1 注熱溫度對變形影響
        4.3.2 初始水合物飽和度對變形影響
        4.3.3 初始水合物飽和度對強(qiáng)度影響
        4.3.4 有效圍壓對強(qiáng)度影響
    4.4 本章小結(jié)
5 南海重塑天然氣水合物沉積物力學(xué)特性及儲層降壓開采模擬研究
    5.1 重塑天然氣水合物沉積物強(qiáng)度特性
        5.1.1 宿主顆粒影響
        5.1.2 水合物飽和度和有效圍壓影響
    5.2 降壓分解過程重塑天然氣水合物沉積物變形特性
        5.2.1 有效圍壓影響
        5.2.2 軸向荷載影響
        5.2.3 初始水合物飽和度影響
    5.3 南海GMGS3-W19水合物儲層降壓開采模擬研究
        5.3.1 模型介紹
        5.3.2 產(chǎn)氣產(chǎn)水量、孔隙壓力、溫度和飽和度分布
        5.3.3 米塞斯應(yīng)力、平均有效應(yīng)力和儲層位移場分布
    5.4 本章小結(jié)
6 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 創(chuàng)新點(diǎn)
    6.3 展望
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況及參與科研項(xiàng)目
致謝
作者簡介


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]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(qiáng).  天然氣工業(yè). 2018(04)
[2]南海北部神狐海域GMGS1和GMGS3鉆探區(qū)天然氣水合物運(yùn)聚成藏的差異性[J]. 張偉,梁金強(qiáng),何家雄,叢曉榮,蘇丕波,林霖,梁勁.  天然氣工業(yè). 2018(03)
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[4]祁連山凍土區(qū)天然氣水合物DK-8孔巖芯頂空氣地球化學(xué)特征及其運(yùn)移指示意義[J]. 盧振權(quán),饒竹,祝有海,劉暉,張永勤.  地質(zhì)學(xué)報(bào). 2013(08)
[5]祁連山凍土區(qū)天然氣水合物地質(zhì)控制因素分析[J]. 龐守吉,蘇新,何浩,趙倩,祝有海,王平康,李永紅,李清海.  地學(xué)前緣. 2013(01)
[6]An experimental study of shear strength of gas-hydrate-bearing core samples[J]. Zhang Weidong,Ma Qingtao,Wang Ruihe and Ren Shaoran School of Petroleum Engineering,China University of Petroleum,Dongying,Shandong 257061,China.  Petroleum Science. 2011(02)
[7]四氫呋喃水合物沉積物靜動力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)研究[J]. 張旭輝,魯曉兵,王淑云,李清平.  巖土力學(xué). 2011(S1)
[8]Experimental Study on Mechanical Properties of Gas Hydrate-Bearing Sediments Using Kaolin Clay[J]. 李洋輝,宋永臣,于鋒,劉衛(wèi)國,趙佳飛.  China Ocean Engineering. 2011(01)
[9]天然氣水合物沉積物力學(xué)性質(zhì)的試驗(yàn)研究[J]. 張旭輝,王淑云,李清平,趙京,王愛蘭.  巖土力學(xué). 2010(10)
[10]南海神狐海域天然氣水合物開采數(shù)值模擬[J]. 李剛,李小森,陳琦,陳朝陽.  化學(xué)學(xué)報(bào). 2010(11)

博士論文
[1]考慮水合物分解影響的沉積物力學(xué)行為數(shù)值模擬研究[D]. 孫翔.大連理工大學(xué) 2017
[2]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



本文編號：3709334