水合物热分解引起地层破坏问题研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yidatian2009
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目前全世界对于能源的需求缺口日趋增大。水合物以储量大、能量密度大、污染小等优势成为各国争相研究的新型潜在能源。但是,由于水合物对温度、压力变化极为敏感,轻微的温度、压力扰动都会造成水合物的分解,从而可能引起海床的多种破坏如分层、滑坡等地质灾害,成为水合物开采及深海油气开采共同面临的重要威胁。   本论文的主要目的是分析水合物分解引起地层变形和破坏的规律。研究重点是控制参数对水合物分解引起的分层/喷发破坏的影响规律,并初步探讨其临界条件。   首先进行四氢呋喃水合物沉积物在低围压下的三轴和电阻实验,研究水合物沉积物的力学和电阻性质随围压和水合物饱和度的变化规律,为地层的破坏分析提供参考。获得了应力应变曲线,初始弹性模量及内摩擦角、粘聚力等强度参数;以及粉细砂和粘土水合物沉积物的电阻与水合物饱和度、沉积物类型等因素间的大致关系。   然后通过模型实验,进行水合物受热分解引起地层分层/喷发破坏实验,获得了相关的现象和规律。实验表明,水合物受热分解引发沉积层破坏的过程可分为传热阶段、渗流阶段、达到临界条件、多处分层或喷发现象发生这四个阶段。对破坏条件的初步探索表明,地层分层的临界条件为水合物分解产气形成的压力大于等于上层土体的上覆压力及其与筒边壁摩擦力合力。   最后针对南海海域内水合物的勘探钻井问题,采用有限元方法计算井筒周围水合物分解程度和分解范围对井筒周围地层的影响,以及水合物分解区域扩展方向对含水合物地层及井筒的的安全性影响规律。结果表明,水合物的分解范围越大,水合物的分解程度越大,对地层的影响范围越大,地层的最大沉降也越大。分解区域超过一定值,最大沉降不再增加。   今后的研究还需要探讨水合物与沉积物颗粒之间的相互作用以及水合物在孔隙中分布等物性对水合物沉积物力学性质的影响。在室内实验室模拟制样方面,仍需进一步努力获得水合物沉积物现场土样进行规律分析。在水合物热分解引起含水合物沉积地层破坏的实验分析中,需进一步精确测试水合物相变的热交换和热传导过程以及分解产生的气液在孔隙中的渗流过程,提出更加准确的分层临界条件。
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