CH4-CO2水合物沉積物力學(xué)性質(zhì)研究.pdf

1、天然氣水合物具有儲(chǔ)量巨大、分布廣泛、燃燒清潔等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此被全世界公認(rèn)為最具有潛能的新型替代能源。但是在開采過程中，水合物的相平衡條件被破壞，會(huì)對(duì)水合物沉積層的力學(xué)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，進(jìn)而產(chǎn)生應(yīng)力場(chǎng)分布不均的現(xiàn)象，形成海底滑坡等災(zāi)害，進(jìn)一步影響到地質(zhì)構(gòu)造的完整性和工程設(shè)施的穩(wěn)定性;另外，開采過程中可能泄露大量的甲烷氣體，散逸到海水和大氣中，引起氣候變化。因此，天然氣水合物開采之前，需要對(duì)水合物沉積層的力學(xué)性質(zhì)給出充分地研究和評(píng)價(jià)。

2、　　在天然氣水合物眾多的開采方法中，CH4-CO2置換法作為一種新型的開采方式得到了人們的極大認(rèn)可，因?yàn)檫@種方法不僅可以將貯存在海底的CH4氣體置換出來為人類所用，而且還能夠?qū)⒃斐蓽厥倚?yīng)的CO2氣體封存在海底。為了評(píng)價(jià)CH4-CO2置換開采后水合物沉積物基礎(chǔ)力學(xué)性質(zhì)的變化，本文主要進(jìn)行了以下研究工作:
　　首先，利用自主研制的低溫高壓天然氣水合物三軸儀對(duì)CH4水合物，CO2水合物進(jìn)行混合，生成CH4-CO2水合物沉積物進(jìn)行壓縮剪

3、切實(shí)驗(yàn)，分析和比較了CH4、CO2兩種水合物以不同的比例配比生成沉積物力學(xué)性質(zhì)隨著二者含量不同的變化情況。結(jié)果表明，在相同剪切條件下，隨著CH4-CO2水合物沉積物中CO2水合物含量的增加，沉積物的強(qiáng)度逐漸增大，CH4-CO2水合物沉積物的強(qiáng)度始終比純CH4水合物沉積物強(qiáng)度大，且小于CO2水合物沉積物強(qiáng)度，根據(jù)摩爾庫倫準(zhǔn)則分析，可以發(fā)現(xiàn)內(nèi)聚力隨著CO2水合物含量的變化影響不明顯，內(nèi)摩擦角與CO2水合物含量呈現(xiàn)明顯的增加趨勢(shì)。
　　

4、另外，本文還對(duì)CH4-CO2水合物沉積物力學(xué)性質(zhì)隨著圍壓、溫度、應(yīng)變速率、孔隙度變化關(guān)系進(jìn)行了研究，結(jié)果表明:強(qiáng)度隨影響因素的變化與純水合物沉積物變化趨勢(shì)基本一致。當(dāng)圍壓介于0-5MPa之間，沉積物破壞強(qiáng)度隨著圍壓的增加呈現(xiàn)增加，即圍壓增強(qiáng)效應(yīng)，當(dāng)圍壓達(dá)到5MPa以上時(shí)，破壞強(qiáng)度反而呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，即圍壓減弱效應(yīng);隨著溫度的降低，破壞強(qiáng)度增加，但是破壞強(qiáng)度增長速率卻逐漸減小;隨著應(yīng)變速率的提高，沉積物的破壞強(qiáng)度呈增大趨勢(shì);沉積物的強(qiáng)度與孔