13354.凍土區(qū)天然氣水合物沉積物強(qiáng)度特性研究

1、碩士學(xué)位論文凍土區(qū)天然氣水合物沉積物強(qiáng)度特性研究ResearchontheStrengthCharacteristicsofGasHydratebearingSedimentsinthePerma?！痮stedJmentstheermatrost學(xué)21110061完成日期：201454大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要天然氣水合物因其巨大的碳儲(chǔ)量已經(jīng)成為緩解全球能源危機(jī)的一種

2、極具商業(yè)開(kāi)發(fā)價(jià)值新型能源。中國(guó)陸上凍土區(qū)面積廣闊，是天然氣水合物的總要潛在區(qū)。但多年凍土區(qū)天然氣水合物的開(kāi)采具有巨大的環(huán)境影響風(fēng)險(xiǎn)，水合物的開(kāi)采會(huì)導(dǎo)致含水合物凍土層強(qiáng)度降低和變形；甚至?xí)斐伤胶偷叵莸茸匀粸?zāi)害。因此，研究甲烷水合物基礎(chǔ)力學(xué)特性以及水合物開(kāi)采對(duì)甲烷水合物強(qiáng)度特性的影響是甲烷水合物礦藏的商業(yè)開(kāi)采的基礎(chǔ)。本文的主要實(shí)驗(yàn)研究如下：首先，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靜力學(xué)實(shí)驗(yàn)儀，分析和比較了實(shí)驗(yàn)室合成的不同

3、顆粒介質(zhì)(石英砂、高嶺土及砂土混合物)作為骨架的甲烷水合物沉積物的強(qiáng)度特性，結(jié)果表明甲烷水合物沉積物的破壞強(qiáng)度隨著圍壓和含砂量的增加而增加，并且隨著溫度的降低而增加。摩爾庫(kù)倫準(zhǔn)則分析發(fā)現(xiàn)內(nèi)聚力受含砂量的影響較小，內(nèi)摩擦角隨含砂量的增加而顯著增加。此外，本文還對(duì)比分析了不同砂顆粒直徑對(duì)甲烷水合物石英砂沉積物力學(xué)特性的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明砂顆粒越粗，甲烷水合物砂質(zhì)沉積物的破壞強(qiáng)度越大。摩爾庫(kù)倫準(zhǔn)則分析發(fā)現(xiàn)內(nèi)聚力受砂顆粒直徑的影響較小，而砂顆粒

4、越粗，內(nèi)摩擦焦越大。最后比較了不同的開(kāi)采方式對(duì)凍土層水合物沉積物力學(xué)特性的影響。本文首先采用降壓、升溫加熱兩種水合物分解方式，并對(duì)水合物分解前后的水合物沉積物進(jìn)行三軸壓縮實(shí)驗(yàn)，獲得了水合物分解后排氣剪切實(shí)驗(yàn)和不排氣剪切實(shí)驗(yàn)下的強(qiáng)度和應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，以及水合物分解前的沉積物的力學(xué)特性。結(jié)果表明，兩種分解方式下，水合物分解后的沉積物強(qiáng)度明顯降低，排氣、不排氣剪切試驗(yàn)下的強(qiáng)度也有較大差異。另外，本文也結(jié)合了相同工況下C02水合物沉積物與甲烷水合