天然气水合物储层力学特性研究进展
发布时间：2021-06-06 02:47
自然界中的水合物一般产出于深水海底浅层未固结成岩的松散沉积物中和陆域冻土区岩石裂隙或孔隙中。水合物的分解会导致地层胶结强度、孔隙度、地质结构等发生变化,从而引发地质灾害,严重威胁水合物资源的安全开采。本文在大量调研文献的基础上,结合已有的天然气水合物制样、三轴力学测试研究现状和本构模型研究进展,系统分析影响含水合物沉积物的力学特性的主要因素和本构模型的发展趋势,梳理了获得的共识和存在的问题,提出了下一步研究方向,从而为下一步含水合物沉积物力学强度实验、本构模型开发以及储层稳定性研究等提供参考。
【文章来源】：新能源进展. 2019,7(01)
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
混合制样法示意图
闪硕?趸?妓?衔锍粱?锸匝??⒔?辛巳??压缩实验，发现不同的制样方法得到试样的强度随水合物饱和度变化影响并不完全一致。由于目前没有统一的制样方法和标准，不同的研究者采用的实验方法各有差异，但总体而言可以分为两类，也即混合制样法和原位合成法。混合制样法首先制备纯水合物，并将其制成粉末状，然后与沉积物混合（图1）。该方法可以很好地控制水合物饱和度，保证水合物在沉积物中均匀分布，且操作简单，可提高三轴试验的制样效率[5]。图1混合制样法示意图Fig.1Schematicdiagramofmixedsamplemethod图2水合物原位生成系统Fig.2Hydrateinsituformationsystem
；Gsat为剪切模量；Gdry为干固体骨架的剪切模量。孔隙模式中，水合物被认为是孔隙流体的一部分，仅改变流体的弹性模量；对于骨架模式，水合物被认为是岩石骨架的一部分，产生了两个效应，一个是使孔隙度减小，另一个是改变了骨架的体积模量和剪切模量；对于胶结模式，一方面在孔隙度降低方面等同于骨架模式，另一方面，岩石骨架的体积模量和剪切模量也需修正。有研究表明，当水合物饱和度为25%~40%时，孔隙填充模式很可能转化为胶结模式[39-40]。UCHIDA分析了水合物分解对含水合物沉积物试样的力学影响过程[41]，如图6所示，当水合物颗粒对试样成承载作用时，轴向应力会使沉积物颗粒与水合物颗粒发生挤压，此时试样的主应力差会呈现增强状态，当水合物分解后，沉积物颗粒失稳，主应力差出现短暂的下降趋势，待沉积物颗粒重新挤压排列后，主应力差重新上升，并呈现新的应力应变模式。图6水合物分解对沉积物的力学影响过程示意图[41]Fig.6Schematicdiagramofthemechanicalinfluenceofhydratedecompositiononsediments当水合物饱和度较高时，水合物可能在沉积物的某些部位充当了骨架结构。当降压操作开始后，试样的孔隙压强降低，引发试样内部的水合物分解，当承当骨架的那部分沉积物被破坏和分解时，试样的受力变化和体积变化都会受到较大的影响。相反，当水合物饱和度较低时，大部分的水合物在沉积物颗粒的孔隙中，极少的水合物对沉积物有胶结作用，所以当水合物分解后，沉积物体积和受力都不会发生特别显著的变化。但是，水合物对沉积物颗粒的胶结作用一旦被破坏，沉积物颗粒的束缚就会显著降低，所以即使水合物饱和度较低时，降压也会引发沉积物的应力减弱。3.2变形实验进展HYODO等[32]实验发现在水合物分解过程中，
【参考文献】：
期刊论文
[1]含水合物黏土的力学性质试验研究[J]. 王淑云,罗大双,张旭辉,鲁晓兵,石要红. 实验力学. 2018(02)
[2]含天然气水合物沉积介质力学本构关系及数值模拟研究现状[J]. 张峰,刘丽华,吴能友,卢静生,吴起. 新能源进展. 2017(06)
[3]海域天然气水合物开采的地质控制因素和科学挑战[J]. 吴能友,黄丽,胡高伟,李彦龙,陈强,刘昌岭. 海洋地质与第四纪地质. 2017(05)
[4]含水合物砂土力学特性及本构模型[J]. 颜荣涛,李扬,杨德欢,韦昌富,陈学军. 地下空间与工程学报. 2017(04)
[5]天然气水合物沉积物颗粒影响实验[J]. 刘艳军,董孟阳,江磊磊,李文,黄志强. 储能科学与技术. 2017(04)
[6]高压下南海神狐水合物区域海底沉积地层三轴力学性质初步测试[J]. 关进安,卢静生,梁德青,李栋梁,万丽华. 新能源进展. 2017(01)
[7]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)
[8]含水合物沉积物损伤统计本构模型及其参数确定方法[J]. 李彦龙,刘昌岭,刘乐乐. 石油学报. 2016(10)
[9]水合物沉积物三轴试验存在的关键问题分析[J]. 李彦龙,刘昌岭,刘乐乐,黄萌,孙建业,李承峰. 新能源进展. 2016(04)
[10]含水合物沉积物三轴剪切试验与损伤统计分析[J]. 刘乐乐,张旭辉,刘昌岭,业渝光. 力学学报. 2016(03)
硕士论文
[1]沉积物中水合物饱和度及其相应力学特性的实验研究[D]. 孙中明.中国石油大学（华东） 2013
[2]甲烷水合物及其沉积物的蠕变特性研究[D]. 王锐.大连理工大学 2012
本文编号：3213437
【文章来源】：新能源进展. 2019,7(01)
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
混合制样法示意图
闪硕?趸?妓?衔锍粱?锸匝??⒔?辛巳??压缩实验，发现不同的制样方法得到试样的强度随水合物饱和度变化影响并不完全一致。由于目前没有统一的制样方法和标准，不同的研究者采用的实验方法各有差异，但总体而言可以分为两类，也即混合制样法和原位合成法。混合制样法首先制备纯水合物，并将其制成粉末状，然后与沉积物混合（图1）。该方法可以很好地控制水合物饱和度，保证水合物在沉积物中均匀分布，且操作简单，可提高三轴试验的制样效率[5]。图1混合制样法示意图Fig.1Schematicdiagramofmixedsamplemethod图2水合物原位生成系统Fig.2Hydrateinsituformationsystem
；Gsat为剪切模量；Gdry为干固体骨架的剪切模量。孔隙模式中，水合物被认为是孔隙流体的一部分，仅改变流体的弹性模量；对于骨架模式，水合物被认为是岩石骨架的一部分，产生了两个效应，一个是使孔隙度减小，另一个是改变了骨架的体积模量和剪切模量；对于胶结模式，一方面在孔隙度降低方面等同于骨架模式，另一方面，岩石骨架的体积模量和剪切模量也需修正。有研究表明，当水合物饱和度为25%~40%时，孔隙填充模式很可能转化为胶结模式[39-40]。UCHIDA分析了水合物分解对含水合物沉积物试样的力学影响过程[41]，如图6所示，当水合物颗粒对试样成承载作用时，轴向应力会使沉积物颗粒与水合物颗粒发生挤压，此时试样的主应力差会呈现增强状态，当水合物分解后，沉积物颗粒失稳，主应力差出现短暂的下降趋势，待沉积物颗粒重新挤压排列后，主应力差重新上升，并呈现新的应力应变模式。图6水合物分解对沉积物的力学影响过程示意图[41]Fig.6Schematicdiagramofthemechanicalinfluenceofhydratedecompositiononsediments当水合物饱和度较高时，水合物可能在沉积物的某些部位充当了骨架结构。当降压操作开始后，试样的孔隙压强降低，引发试样内部的水合物分解，当承当骨架的那部分沉积物被破坏和分解时，试样的受力变化和体积变化都会受到较大的影响。相反，当水合物饱和度较低时，大部分的水合物在沉积物颗粒的孔隙中，极少的水合物对沉积物有胶结作用，所以当水合物分解后，沉积物体积和受力都不会发生特别显著的变化。但是，水合物对沉积物颗粒的胶结作用一旦被破坏，沉积物颗粒的束缚就会显著降低，所以即使水合物饱和度较低时，降压也会引发沉积物的应力减弱。3.2变形实验进展HYODO等[32]实验发现在水合物分解过程中，
【参考文献】：
期刊论文
[1]含水合物黏土的力学性质试验研究[J]. 王淑云,罗大双,张旭辉,鲁晓兵,石要红. 实验力学. 2018(02)
[2]含天然气水合物沉积介质力学本构关系及数值模拟研究现状[J]. 张峰,刘丽华,吴能友,卢静生,吴起. 新能源进展. 2017(06)
[3]海域天然气水合物开采的地质控制因素和科学挑战[J]. 吴能友,黄丽,胡高伟,李彦龙,陈强,刘昌岭. 海洋地质与第四纪地质. 2017(05)
[4]含水合物砂土力学特性及本构模型[J]. 颜荣涛,李扬,杨德欢,韦昌富,陈学军. 地下空间与工程学报. 2017(04)
[5]天然气水合物沉积物颗粒影响实验[J]. 刘艳军,董孟阳,江磊磊,李文,黄志强. 储能科学与技术. 2017(04)
[6]高压下南海神狐水合物区域海底沉积地层三轴力学性质初步测试[J]. 关进安,卢静生,梁德青,李栋梁,万丽华. 新能源进展. 2017(01)
[7]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)
[8]含水合物沉积物损伤统计本构模型及其参数确定方法[J]. 李彦龙,刘昌岭,刘乐乐. 石油学报. 2016(10)
[9]水合物沉积物三轴试验存在的关键问题分析[J]. 李彦龙,刘昌岭,刘乐乐,黄萌,孙建业,李承峰. 新能源进展. 2016(04)
[10]含水合物沉积物三轴剪切试验与损伤统计分析[J]. 刘乐乐,张旭辉,刘昌岭,业渝光. 力学学报. 2016(03)
硕士论文
[1]沉积物中水合物饱和度及其相应力学特性的实验研究[D]. 孙中明.中国石油大学（华东） 2013
[2]甲烷水合物及其沉积物的蠕变特性研究[D]. 王锐.大连理工大学 2012
本文编号：3213437
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