氣體水合物沉積物力學(xué)特性研究.pdf

1、碩士學(xué)位論文氣體水合物沉積物力學(xué)特性研究ResearchontheMechanicalCharacteristicsofGasHydrate—bearingSediments作者姓名：學(xué)科、專業(yè)：學(xué)號：指導(dǎo)教師：完成日期：呂炎能源與環(huán)境工程21210062劉衛(wèi)國20155——4大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnobgy大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要天然氣水合物因儲量大、清潔無污染等優(yōu)點(diǎn)，成為世界范圍廣泛關(guān)注、研究的

2、新型能源。中國青藏高原、祁連山凍土帶及大興安嶺等地區(qū)存在大量凍土區(qū)水合物。C02置換法在開采天然氣同時(shí)可以封存C02，被認(rèn)為是一種很有前景的開采方式，且在凍土區(qū)具有可行性。然而，天然氣水合物的開采可能導(dǎo)致儲層結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)，進(jìn)而引起如鉆井坍塌、海底滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，及溫室效應(yīng)等氣候?yàn)?zāi)害。因此在天然氣水合物的商業(yè)開采前，必須研究水合物沉積物的強(qiáng)度和變形特性，及水合物開采對礦藏沉積層力學(xué)特性的影響。本文針對凍土區(qū)C02置換開采法，開采過程中及開采

3、后沉積物的力學(xué)特性進(jìn)行研究。本研究利用大連理工大學(xué)自行研制的TAW60型低溫高壓三軸儀，研究了二氧化碳水合物體積分?jǐn)?shù)、圍壓對CH4、C02混合水合物沉積物強(qiáng)度和變形特性的影響，建立了水合物沉積物破壞強(qiáng)度Om與二氧化碳水合物體積分?jǐn)?shù)a、圍壓0“3的變化關(guān)系式，及粘聚力c與二氧化碳水合物體積分?jǐn)?shù)a的關(guān)系式。結(jié)果表明：試樣破壞過程可分為彈性變形、應(yīng)變硬化、試樣屈服三階段；不同圍壓下，試樣最大偏應(yīng)力都隨二氧化碳水合物體積分?jǐn)?shù)的增加呈線性增大；5

4、MPa以下，試樣最大偏應(yīng)力隨圍壓的增加而增大；5MPa以上，試樣最大偏應(yīng)力隨圍壓的增加而減?。辉嚇诱尘哿﹄S二氧化碳水合物體積分?jǐn)?shù)的增加近似線性增大，內(nèi)摩擦角則變化不大且數(shù)值較小，粘聚力對試樣抗剪強(qiáng)度起主導(dǎo)作用。此外，研究了圍壓對二氧化碳水合物沉積物蠕變特性的影響，建立了與溫度、孔隙度、蠕變加載系數(shù)等實(shí)驗(yàn)參數(shù)關(guān)聯(lián)的流變起始時(shí)間及流變速率計(jì)算公式。結(jié)果表明：試樣的蠕變曲線呈現(xiàn)對數(shù)形，顯示出明顯的衰減蠕變特征；試樣流變起始時(shí)間、流變起始應(yīng)變和

5、穩(wěn)態(tài)蠕變速率隨圍壓增大呈指數(shù)型減?。粐鷫旱脑龃?，導(dǎo)致試樣抵抗蠕變能力的增強(qiáng)，在低圍壓條件時(shí)尤為明顯，高圍壓下影響趨于微弱。最后，利用島津公司生產(chǎn)的inspeXioSMX225CT型微焦點(diǎn)X射線CT系統(tǒng)，首次研究了不同三軸壓縮階段下，甲烷水合物沉積物試樣細(xì)觀結(jié)構(gòu)演變過程。結(jié)果表明：試樣5％應(yīng)變以前主要為彈性變形，內(nèi)部水合物形態(tài)、分布變化不大，膠結(jié)結(jié)構(gòu)完整，卸荷后高度回彈；5％15％應(yīng)變過程主要為塑性變形，試樣中部向外隆起，內(nèi)部存在水合物的