含水合物沉积物静动力学行为与规律研究

发布时间：2021-02-23 06:54

　　自然界中的天然气水合物（以下简称水合物）作为一种新型的非常规能源,具有能量密度高,分布范围广,资源储量大的特点。进入二十一世纪以来,随着人类能源需求的日益增加以及化石能源的逐渐减少,人们将目光投向了这一充满潜力的优质清洁能源,水合物商业化开发步伐不断加速。2017年我国已正式将水合物列为第173个矿种。此外,天然气水合物作为全球碳循环的有机组成部分,对全球气候和环境变化有着巨大的影响。因此,水合物已成为地球科学和能源领域的研究热点。尽管世界各国包括美国、日本、加拿大、德国、韩国、印度和中国等国对其进行了大量研究,但如何安全高效长期开发水合物仍面临巨大的挑战。其中安全风险问题是最主要的挑战之一,包括钻井和生产过程中的井壁垮塌、出砂、地层沉降以及诱发地质灾害和甲烷泄漏等问题。要解决上述问题,就需要准确掌握水合物系统力学特性及其行为规律,这是水合物能否高效持续开采的基础。因此,本文采用实验测试、微观观测和理论分析结合的方式,利用改造的实验设备测试了含水合物沉积物试样（以下简称水合物沉积物）静、动力学性能,分析了实际工程条件下水合物沉积物力学性质的演化规律。结合CT观测初步厘清了水合物沉积物的... 

【文章来源】：中国地质大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：158 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
作者简历
摘要
abstract
含水合物沉积物静动力学行为与规律研究创新点摘要
第一章 绪论
    1.1 天然气水合物概述
        1.1.1 天然气水合物简介
        1.1.2 自然界中的天然气水合物
        1.1.3 天然气水合物的能源与环境意义
    1.2 研究对象、目的和意义
    1.3 研究现状和主要问题
        1.3.1 国内外研究现状
        1.3.2 存在的主要问题及不足
    1.4 研究内容与技术路线
        1.4.1 研究内容
        1.4.2 研究目标
        1.4.3 拟解决的关键科学问题
        1.4.4 技术路线
第二章 水合物沉积物静力学性质研究
    2.1 实验设备、材料和方法
        2.1.1 实验设备
        2.1.2 实验材料
        2.1.3 实验方法
    2.2 水合物分解前沉积物试样应力和体变曲线
        2.2.1 水合物饱和度对试样剪切应力、体变曲线的影响
        2.2.2 竖向应力对试样剪切应力、体变曲线的影响
        2.2.3 骨架材料对试样剪切应力、体变曲线的影响
        2.2.4 剪切速率对试样剪切应力曲线的影响
        2.2.5 形成温度对试样剪切应力曲线的影响
    2.3 水合物分解前沉积物静力学行为特征
        2.3.1 峰值剪切强度差值
        2.3.2 峰值剪切强度-粘聚力和摩擦角
        2.3.3 残余剪切强度
        2.3.4 脆性行为指数
        2.3.5 剪胀角
    2.4 水合物分解后沉积物剪切应力和体变曲线
        2.4.1 分解时长对试样剪切应力、体变曲线的影响
        2.4.2 分解初始水合物饱和度对试样剪切应力、体变曲线的影响
        2.4.3 分解骨架类型对试样剪切应力、体变曲线的影响
        2.4.4 分解方式对试样剪切应力、体变曲线的影响
    2.5 水合物分解后沉积物静力学行为特征
        2.5.1 剩余强度随分解时间的变化
        2.5.2 剩余强度随分解初始水合物饱和度的变化
        2.5.3 剩余强度随分解骨架类型的变化
        2.5.4 剩余强度随分解方式的变化
    2.6 本章小结
第三章 水合物沉积物动力学性质研究
    3.1 实验设备、材料和方法
        3.1.1 实验设备
        3.1.2 实验材料
        3.1.3 实验方法
    3.2 水合物沉积物动力学行为特征-共振柱测试
        3.2.1 剪切模量和阻尼的应力响应规律
        3.2.2 剪切模量和阻尼的应变响应规律
        3.2.3 水合物饱和度对剪切模量和阻尼的影响
        3.2.4 水合物饱和度对剪切模量敏感指数的影响
        3.2.5 水合物饱和度对剪切模量衰减曲线的影响
    3.3 水合物沉积物动力学行为特征-波速测试
        3.3.1 P波和S波波谱信号
        3.3.2 水合物饱和度对波速的影响
        3.3.3 水合物饱和度对泊松比的影响
        3.3.4 水合物饱和度对衰减系数的影响
    3.4 本章小结
第四章 水合物沉积物微观结构特征
    4.1 实验设备、材料和方法
        4.1.1 实验设备
        4.1.2 实验材料
        4.1.3 实验方法
    4.2 砂质水合物沉积物微观结构特征
        4.2.1 水合物CT图像处理与解析
        4.2.2 温度压力路径对水合物分布的影响
        4.2.3 细粒含量对水合物分布的影响
        4.2.4 含水量对水合物分布的影响
        4.2.5 冷冻过程对水合物分布的影响
    4.3 砂质水合物沉积物中水合物生长分布特性
        4.3.1 水合物优先生长区域
        4.3.2 初始填充状态
    4.4 粘土质水合物沉积物微观结构特征
        4.4.1 不同过冷度的温度曲线
        4.4.2 水合物形成转化率
        4.4.3 水合物三维分布状态与形貌结构
    4.5 本章小结
第五章 水合物储层静、动力学行为关联与强度预测
    5.1 沉积物基本物理模型
        5.1.1 干燥均质沉积物的岩石物理模型
        5.1.2 饱和非均质沉积物的岩石物理模型
        5.1.3 水合物沉积物的岩石物理模型
    5.2 水合物沉积物静、动力学参数映射
        5.2.1 水合物沉积物饱和度-强度关联
        5.2.2 水合物沉积物饱和度-波速关联
        5.2.3 水合物沉积物波速-强度模型
    5.3 本章小结
第六章 结论
    6.1 主要结论和认识
    6.2 不足之处与展望
致谢
参考文献


【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑赋存模式影响的含水合物沉积物的本构模型研究[J]. 颜荣涛,梁维云,韦昌富,吴二林.  岩土力学. 2017(01)
[2]孔隙填充型深海能源土的离散元成样新方法及宏观力学特性[J]. 贺洁,蒋明镜.  同济大学学报(自然科学版). 2016(05)
[3]含水合物沉积物等效弹性模量混合律模型[J]. 刘乐乐,张旭辉,刘昌岭,张剑,业渝光.  地下空间与工程学报. 2015(S2)
[4]胶结型深海能源土升温降压联合分解离散元分析[J]. 蒋明镜,付昌,贺洁,朱方园.  同济大学学报(自然科学版). 2015(10)
[5]不同开采方法下深海能源土离散元模拟[J]. 蒋明镜,付昌,贺洁,申志福,朱方园.  岩土力学. 2015(S2)
[6]不同胶结宽度粒间胶结特性试验研究[J]. 蒋明镜,张宁,金树楼.  岩土力学. 2015(04)
[7]南海水合物黏土沉积物力学特性试验模拟研究[J]. 石要红,张旭辉,鲁晓兵,王淑云,王爱兰.  力学学报. 2015(03)
[8]三维离散元单轴试验模拟甲烷水合物宏观三轴强度特性[J]. 蒋明镜,贺洁.  岩土力学. 2014(09)
[9]深海能源土剪切带形成机理离散元分析[J]. 蒋明镜,彭镝,申志福,张望城,朱方园.  岩土工程学报. 2014(09)
[10]考虑水合物胶结厚度的深海能源土粒间胶结模型研究[J]. 蒋明镜,贺洁,周雅萍.  岩土力学. 2014(05)

博士论文
[1]钻采条件下南海水合物储层响应特性模拟研究[D]. 孙嘉鑫.中国地质大学 2018



本文编号：3047193