天然气水合物分解对地层及地层中结构安全性影响研究

IMECH-IR > 流固耦合系统力学重点实验室

	天然气水合物分解对地层及地层中结构安全性影响研究
英文题名	Study on the Safety of Stratum and Structures with Gas Hydrate Dissociation
	陈旭东
导师	鲁晓兵
	2015
学位授予单位	中国科学院研究生院
学位授予地点	北京
学位类别	硕士
学位专业	工程力学
摘要	天然气水合物具高效、清洁、储量大的特点，是21世纪的新型能源，也是近年来世界各国研究的主要新型能源之一。然而，在水合物开采过程中水合物分解可能会导致海底地层产生较大的变形，甚至引起局部开采井筒、钻井平台的失稳以及大范围的海底滑坡等灾害。因此，非常有必要开展水合物开采安全性问题的研究。本文以数值模拟为主，结合实验和理论分析手段，分析了水合物分解对海底地层以及结构物不稳定性的影响。首先，通过水合物沉积物合成与力学性质测试一体化装置，制备含水合物粘土沉积物，并进行力学性质研究，测试含水合物粘土沉积物的应力应变曲线，得到了不同水合物饱和度和围压条件下水合物沉积物的弹性模量，粘聚力和内摩擦角等参数；结果表明，围压越大，水合物饱和度越高，含水合物粘土沉积物的强度越高，而且水合物分解后沉积物的强度是分解前的1/2。然后，进行了离心机模型实验，获得了水合物分解导致土层不稳定性的基本现象、演化特征。实验结果表明：水合物分解范围很小时，土层整体处于稳定状态，仅在水合物分解范围附近发生沉陷；地层中水合物完全分解后，土层失稳，有明显的整体滑动。最后，利用商用数值模拟软件FLAC3D对水合物分解导致地层和结构物的变形以及不同工况下水合物分解能导致滑坡的临界分解长度进行模拟计算。结果表明：水合物分解范围越大，地层的变形越大，井筒的变形也越大；弹性模量增加为原来的1.5倍时，土体沉陷位移减小为原来的70%左右，井筒位移也变小。弹性模量减小为原来的1/2时，土体沉降在原来的基础上增加了80%左右，井筒上部和下部的水平位移都增加；分解后土体的强度越低，影响区的沉降越大，影响范围也越大。沉积物厚度越厚，发生滑动所需的临界分解长度越长；海水深度的存在对斜坡的不稳定性具有一定的抑制作用。在只考虑沉积物厚度以及水深的情况下，将两者的计算结果进行拟合得到使坡体发生破坏时所需水合物临界分解长度：z=20x+14.7y^(-0.78)。关键词：水合物分解，离心机，FLAC3D，地层变形
索取号	31207
语种	中文
文献类型	学位论文
条目标识符	http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/55113
专题	流固耦合系统力学重点实验室
推荐引用方式 GB/T 7714	陈旭东. 天然气水合物分解对地层及地层中结构安全性影响研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院,2015.

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