天然氣水合物開採過程中沉積層變形機理研究

《天然氣水合物開採過程中沉積層變形機理研究》是依託大連理工大學,由李洋輝擔任醒目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：天然氣水合物開採過程中沉積層變形機理研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李洋輝

項目摘要

天然氣水合物開採過程中水合物分解會導致沉積層變形，可能誘發海底滑坡、甲烷氣體泄漏等災害，揭示其變形機理，是目前天然氣水合物資源安全開採亟待解決的關鍵科學問題。本項目以此為研究背景，擬基於微焦點X射線CT水合物三軸試驗平台模擬天然氣水合物開採過程，進行天然氣水合物穩定條件下和天然氣水合物分解過程中沉積物X射線CT三軸剪下試驗和蠕變試驗，同時獲取巨觀、微觀變形參數，描述不同工況下天然氣水合物沉積物初始組構以及分解、變形過程中沉積物組構演變規律，探明組構演變與沉積物強度和剪脹性等巨觀力學特性的關係，揭示天然氣水合物開採過程中沉積層變形機理。基於獲得的巨觀、微觀實驗數據，通過引入考慮分解、變形階段組構變化的巨觀參量，建立能夠考慮組構演變的天然氣水合物沉積物彈塑性本構模型，為天然氣水合物開採過程中沉積層穩定性分析以及我國未來天然氣水合物資源安全開採提供理論依據和技術支持。

結題摘要

天然氣水合物沉積物是一個具有複雜力學行為特徵的亞穩態結構體，其巨觀變形過程涉及水合物相變、顆粒遷移和膠結結構破壞等微觀結構變化，需要從微觀尺度揭示其變形機理，才能更好地評估水合物開採過程儲層穩定性。本項目以此為研究背景，基於微焦點X射線CT水合物三軸試驗系統，開展了水合物生成、固結、剪下和分解過程中沉積物CT可視化實驗研究，重建了水合物沉積物三維數字岩心，發現水合物首先在顆粒（砂）接觸點處生成，然後逐漸包裹整個顆粒，使顆粒間發生膠結或形成團簇；固結過程中試樣外圍顆粒運移和孔隙收縮現象明顯，靠近中部區域該現象不明顯；水合物飽和度增大能夠明顯提高試樣剪下強度並影響試樣內顆粒運移和膠結結構破壞模式，使試樣從鼓狀破壞轉變為具有固定厚度和傾角的剪下帶破壞；水合物首先在孔隙和顆粒表面開始分解，顆粒接觸點處水合物最後分解，在試樣局部顆粒接觸點附近存在水合物二次生成現象。基於獲得的水合物沉積物宏微觀力學特性數據，採用力學飽和度和結構因子描述膠結結構破壞引起的強度衰減，建立了粘聚力與力學飽和度之間的關係式，結合Drucker-Prager屈服理論，構建了考慮膠結結構破壞的水合物沉積物彈塑性本構模型。為天然氣水合物開採過程中沉積層穩定性分析以及我國未來天然氣水合物資源安全開採提供理論依據和技術支持。