含四氫呋喃水合物沉積物力學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、天然氣水合物作為21世紀(jì)潛在的能源,具有巨大的應(yīng)用前景。然而其在開(kāi)采過(guò)程中導(dǎo)致的沉積層力學(xué)性質(zhì)的變化卻可能引起海底滑坡等地質(zhì)災(zāi)害,因而含水合物沉積物力學(xué)性質(zhì)的研究受到了人們的重視。基于四氫呋喃(THF)在含水合物沉積物力學(xué)性質(zhì)研究中的優(yōu)勢(shì),本實(shí)驗(yàn)采用THF替代甲烷。利用研制的含水合物沉積物力學(xué)實(shí)驗(yàn)一體化裝置,在砂沉積物中生成、分解THF水合物,通過(guò)時(shí)域反射技術(shù)(TDR)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)飽和度的變化,研究了THF水合物在沉積物中的生成、分解規(guī)律,

2、重點(diǎn)開(kāi)展了沉積物中水合物飽和度與力學(xué)參數(shù)相關(guān)關(guān)系的研究,并獲取了圍壓、應(yīng)變率對(duì)含水合物沉積物力學(xué)性質(zhì)的影響。結(jié)合THF水合物的性質(zhì),求出了計(jì)算不同濃度THF溶液生成水合物飽和度的公式,對(duì)四種飽和度的THF水合物進(jìn)行了生成、分解實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明,較高的飽和度下THF水合物生成過(guò)程中有明顯的生長(zhǎng)變緩的階段,相比生成,THF水合物的分解要快得多,而100％飽和度THF水合物分解過(guò)程可以分為緩慢分解—快速分解兩個(gè)階段。含水合物沉積物的力學(xué)參數(shù)(峰

3、值強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、彈性模量和粘聚力)在低飽和度下(＜50％)增加緩慢,而高飽和度下(≥50％)增速明顯變快,水合物的生成對(duì)沉積物的內(nèi)摩擦角影響并不大;在微觀(guān)分布模式上,THF水合物在沉積物中的生成更接近自然界中水合物的真實(shí)情況;求出了不同圍壓、不同飽和度下沉積物的峰值強(qiáng)度計(jì)算公式。圍壓增大,含水合物沉積物的峰值強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度非線(xiàn)性增加,破壞時(shí)間減小;低飽和度下(＜50％),沉積物的彈性模量是由圍壓控制的,高飽和度下(≥50％)由水合物飽