水合物分解引起的超孔压对海底能源土斜坡稳定性影响分析

发布时间：2020-04-18 17:12

【摘要】：海底能源土斜坡是指含天然气水合物(俗称可燃冰)的海底斜坡。天然气水合物储量大、分布广、能量密度高,是21世纪最具开发前景的新型战略性替代能源。由于天然气水合物高压低温的赋存条件极其苛刻,环境的变化和海底工程等极易引起温压条件改变,导致水合物分解。常温常压下1m~3的天然气水合物分解后可释放出164 m~3的天然气和0.87 m~3的水。随着水合物的分解,土颗粒间胶结能力减弱,孔隙率增加,能源土成为欠固结土或松砂;分解产生的甲烷气体使孔隙水压力急速抬升,进而导致土颗粒间有效应力降低,引起能源土静力液化,最终导致海底斜坡失稳。海底能源土斜坡失稳与水合物分解之间存在密切联系已被国内外众多研究机构证明。建立相关力学模型进行分析,对评估可燃冰开采过程中海底斜坡稳定性有重要意义。在对水合物诱因的海底滑坡进行分析的基础上,本文完成如下工作:(1)简要介绍了有限元强度折减法及数值计算软件ABAQUS,并通过典型斜坡算例验证了以ABAQUS为数值计算平台的有限元强度折减法研究海底滑坡的可行性。(2)采用热力学的基本理论,并考虑水合物最终分解状态下的相态演变以及水合物分解过程中海水对甲烷气体的溶解,修正了孔隙气体非逃逸的Grozic超孔压模型。通过典型海底滑坡案例,对修正的孔压模型进行验证与比较。(3)根据修正的Grozic超孔压模型,计算水合物不同分解程度下的超孔压力数值。结合有限元强度折减法,对水合物层大范围分解情况下海底斜坡稳定性进行数值模拟和评价,对方案中是否考虑超孔压的计算结果进行比较,从而得出在能源土斜坡稳定性分析中,考虑超孔压的必要性。(4)根据产气量推算单一竖井开采所引起的水合物分解范围,并与现场监测数据进行比较,从而保证后续模拟方案的准确性。针对单一竖井开采的不同阶段,水平井水平段不同长度的条件及竖井个数不同的条件分别制定模拟方案,考虑超孔压力、土体强度参数软化、地应力平衡等因素,对不同开采工况下海底能源土斜坡稳定性进行数值模拟和评价。
【图文】：

图 2.1 Mohr-Coulomb 屈服条件图 2.2 Mohr-Coulomb 屈服面oulomb 屈服条件能够较好的描述岩土体材料的破坏行可，在岩土工程领域比如经典的挡土墙土压力问题、

图 2.2 Mohr-Coulomb 屈服面ulomb 屈服条件能够较好的描述岩土体材料的破坏行可，在岩土工程领域比如经典的挡土墙土压力问题定性问题被广泛应用。算中，采用关联还是非关联流动法则，取决于剪胀采用关联流动法则，，当二者不相等时采用非关联流法则的算例[28]进行分析，表明：对于岩土材料，当采的变形将与实际变形相差较大，且会出现过大的剪法时剪胀现象可以得到一定程度的减弱。另外，平面摩擦角的一半时数值计算结果较为精确。基于 ABAQUS 软件采用有限元强度折减法求解海底ohr-Coulomb 屈服准则和非关联流动法则进行稳定性擦角的 1/2。
【学位授予单位】：青岛理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P744.4

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 石要红;张旭辉;鲁晓兵;王淑云;王爱兰;;南海水合物黏土沉积物力学特性试验模拟研究[J];力学学报;2015年03期

2 赵振伟;毕贤顺;付朝江;;水合物开采引起的地层稳定性三场耦合分析[J];辽宁工程技术大学学报(自然科学版);2014年04期

3 颜荣涛;韦昌富;傅鑫晖;钟晓斌;肖桂元;;水合物赋存模式对含水合物土力学特性的影响[J];岩石力学与工程学报;2013年S2期

4 刘芳;寇晓勇;蒋明镜;熊巨华;吴晓峰;;含水合物沉积物强度特性的三轴试验研究[J];岩土工程学报;2013年08期

5 蒋明镜;肖俞;朱方园;;深海能源土宏观力学性质离散元数值模拟分析[J];岩土工程学报;2013年01期

6 代汝林;李忠芳;王姣;;基于ABAQUS的初始地应力平衡方法研究[J];重庆工商大学学报(自然科学版);2012年09期

7 李令东;程远方;孙晓杰;崔青;;水合物沉积物试验岩样制备及力学性质研究[J];中国石油大学学报(自然科学版);2012年04期

8 张亮;栾锡武;;南海北部陆坡稳定性定量分析[J];地球物理学进展;2012年04期

9 徐磊;;一种实现复杂初始地应力场精确平衡的通用方法[J];三峡大学学报(自然科学版);2012年03期

10 李刚;李小森;KeniZhang;GeorgeJ.Moridis;;水平井开采南海神狐海域天然气水合物数值模拟[J];地球物理学报;2011年09期

相关会议论文 前1条

1 矫滨田;鲁晓兵;;水合物开采后的地层稳定性[A];2006年度海洋工程学术会议论文集[C];2006年

相关硕士学位论文 前1条

1 杨晓云;天然气水合物与海底滑坡研究[D];中国石油大学;2010年

本文编号：2632325