甲烷及二氧化碳水合物沉積物力學(xué)特性研究.pdf

1、因其巨大的資源儲(chǔ)量，天然氣水合物被公認(rèn)為最具潛力緩解世界能源危機(jī)的一種新型能源，然而其開采可能會(huì)引發(fā)海底地質(zhì)災(zāi)害，加劇全球溫室效應(yīng)以及破壞海洋生態(tài)平衡。因此，本研究利用大連理工大學(xué)自行研制的低溫高壓水合物三軸儀，研究了水合物的分解對(duì)天然氣水合物沉積物三軸壓縮強(qiáng)度和蠕變壓縮強(qiáng)度的影響，為天然氣水合物的安全開采提供一些具有指導(dǎo)意義的變形數(shù)據(jù)。結(jié)果表明，水合物的分解對(duì)CH4水合物沉積物三軸壓縮強(qiáng)度和蠕變壓縮強(qiáng)度的影響因分解溫度而異。當(dāng)分解溫度

2、低于且不是非?？拷鼘?duì)應(yīng)壓力下冰的融點(diǎn)時(shí)，水合物的分解并未對(duì)CH4水合物沉積物的三軸壓縮強(qiáng)度和蠕變變形量產(chǎn)生明顯的影響;當(dāng)分解溫度接近于對(duì)應(yīng)壓力下冰的融點(diǎn)時(shí)，水合物的分解極大地降低了水合物沉積物的三軸壓縮強(qiáng)度，同時(shí)極大地增加了水合物沉積物的蠕變變形量。然而，在較小的恒定荷載作用下，水合物的分解并未對(duì)CH4水合物沉積物的蠕變速率造成明顯的影響，沉積物的蠕變速率最終都趨于零。
　　此外，因其在開采出天然氣水合物的同時(shí)能夠?qū)厥覛怏wCO2

3、封存于海底，并且有望于能夠維持水合物沉積物的力學(xué)穩(wěn)定性，CH4-CO2置換開采法引起了人們的極大關(guān)注。因此，本研究又對(duì)CO2水合物沉積物進(jìn)行了三軸壓縮實(shí)驗(yàn)，然后將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與前期工作中CH4水合物沉積物的三軸壓縮結(jié)果進(jìn)行比較，以此對(duì)CH4-CO2置換開采法的力學(xué)安全性進(jìn)行初步的評(píng)價(jià)，為后期的工作奠定一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。結(jié)果表明，CH4和CO2水合物沉積物的強(qiáng)度都受到溫度、圍壓、應(yīng)變速率和孔隙度的影響，且強(qiáng)度隨影響因素的變化趨勢(shì)基本一致:隨著溫

4、度的降低，強(qiáng)度明顯增加，而強(qiáng)度增長(zhǎng)速率卻逐漸減小;當(dāng)圍壓小于5MPa時(shí)，強(qiáng)度隨著圍壓的增加呈現(xiàn)出近線性增長(zhǎng)趨勢(shì)，然而，隨著圍壓的進(jìn)一步升高，強(qiáng)度卻反而呈現(xiàn)出下降趨勢(shì);隨著應(yīng)變速率的提高，沉積物的強(qiáng)度也明顯增大;沉積物的強(qiáng)度隨著孔隙度的減小而增加，且強(qiáng)度與孔隙度之間呈現(xiàn)出近線性關(guān)系。然而，在同樣的條件下，CO2水合物沉積物的強(qiáng)度略微大于CH4水合物沉積物的強(qiáng)度，由生成條件差異或客體分子特性差異而導(dǎo)致的水合物物理性質(zhì)的差異，很可能是引起這種