天然气水合物开采过程粉质沉积物力学特性研究
发布时间：2022-12-05 00:51
天然气水合物储量丰富,广泛分布于永久冻土带和深海沉积层中,被认为是21世纪最具商业开发前景的新型能源。天然气水合物开采过程可能引起储层胶结弱化和强度衰减,进而引起储层沉降和变形,甚至引发储层失稳和结构物破坏等工程地质灾害。我国南海水合物储层以非成岩的粉质沉积物为主,全面评价其力学特性是我国天然气水合物安全开采面临的一项重要课题。本文以此为背景,分析了天然气水合物沉积物模量、强度和变形特性及其影响因素,探明了二氧化碳置换、降压分解和注热分解三种过程对天然气水合物粉质沉积物力学特性影响规律,并基于获得的南海重塑天然气水合物沉积物强度及变形特性数据,结合水合物开采全耦合模型模拟了南海神狐海域GMGS3-W19低渗透水合物储层降压开采过程,为我国天然气水合物安全开采提供理论依据和方法。具体工作如下:制备了多种砂质和粉质天然气水合物沉积物,并进行探针、剪切和分解实验研究,分析了宿主颗粒、围压和温度等因素对天然气水合物沉积物强度特性影响规律,发现较大平均粒径可以提高天然气水合物沉积物强度。同时,研究了水合物生成过程宿主沉积物小应变模量和强度演化规律,发现了水合物生成过程宿主沉积物小应变泊松比逐渐降...
【文章页数】：160 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号表
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外相关工作研究进展
1.2.1 水合物沉积物制备方法
1.2.2 水合物沉积物力学特性测试设备研究
1.2.3 稳态下水合物沉积物力学特性研究
1.2.4 分解状态下水合物沉积物力学特性研究
1.2.5 水合物岩心和重塑水合物沉积物力学特性研究
1.2.6 南海水合物开采模拟研究
1.3 本文主要研究思路及论文框架
2 天然气水合物沉积物力学特性影响因素研究
2.1 实验装置介绍
2.1.1 TAW-60水合物三轴仪
2.1.2 UOS-200水合物三轴仪
2.2 天然气水合物粉质沉积物强度特性
2.2.1 实验材料、方法及内容
2.2.2 平均粒径影响
2.2.3 围压、温度和剪切速率影响
2.2.4 摩尔库伦准则分析
2.3 天然气水合物砂质沉积物小应变模量特性
2.3.1 平均粒径影响
2.3.2 细颗粒影响
2.4 天然气水合物砂质沉积物强度和变形特性
2.5 本章小结
3 二氧化碳置换前后天然气水合物粉质沉积物力学特性研究
3.1 实验材料、方法及内容
3.2 天然气和二氧化碳水合物粉质沉积物等压固结特性
3.3 天然气水合物粉质沉积物剪切特性
3.3.1 水合物饱和度影响
3.3.2 有效围压影响
3.3.3 屈服线和剪缩特性分析
3.4 二氧化碳水合物粉质沉积物剪切特性
3.4.1 水合物饱和度和有效围压影响
3.4.2 屈服线和剪缩特性分析
3.5 本章小结
4 降压和注热分解过程天然气水合物粉质沉积物力学特性研究
4.1 实验内容
4.2 降压分解过程天然气水合物粉质沉积物力学特性
4.2.1 降压幅度对变形影响
4.2.2 轴向荷载对变形影响
4.2.3 初始水合物饱和度对变形影响
4.3 注热分解过程天然气水合物粉质沉积物力学特性
4.3.1 注热温度对变形影响
4.3.2 初始水合物饱和度对变形影响
4.3.3 初始水合物饱和度对强度影响
4.3.4 有效围压对强度影响
4.4 本章小结
5 南海重塑天然气水合物沉积物力学特性及储层降压开采模拟研究
5.1 重塑天然气水合物沉积物强度特性
5.1.1 宿主颗粒影响
5.1.2 水合物饱和度和有效围压影响
5.2 降压分解过程重塑天然气水合物沉积物变形特性
5.2.1 有效围压影响
5.2.2 轴向荷载影响
5.2.3 初始水合物饱和度影响
5.3 南海GMGS3-W19水合物储层降压开采模拟研究
5.3.1 模型介绍
5.3.2 产气产水量、孔隙压力、温度和饱和度分布
5.3.3 米塞斯应力、平均有效应力和储层位移场分布
5.4 本章小结
6 结论与展望
6.1 结论
6.2 创新点
6.3 展望
参考文献
攻读博士学位期间发表学术论文情况及参与科研项目
致谢
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]南海神狐海域天然气水合物降压开采过程中储层的稳定性[J]. 万义钊,吴能友,胡高伟,辛欣,金光荣,刘昌岭,陈强. 天然气工业. 2018(04)
[2]南海北部神狐海域GMGS1和GMGS3钻探区天然气水合物运聚成藏的差异性[J]. 张伟,梁金强,何家雄,丛晓荣,苏丕波,林霖,梁劲. 天然气工业. 2018(03)
[3]我国主要冻土区天然气水合物形成条件及成藏模式探讨[J]. 张金华,魏伟,魏兴华,王媛媛,李小龙. 中国石油勘探. 2013(05)
[4]祁连山冻土区天然气水合物DK-8孔岩芯顶空气地球化学特征及其运移指示意义[J]. 卢振权,饶竹,祝有海,刘晖,张永勤. 地质学报. 2013(08)
[5]祁连山冻土区天然气水合物地质控制因素分析[J]. 庞守吉,苏新,何浩,赵倩,祝有海,王平康,李永红,李清海. 地学前缘. 2013(01)
[6]An experimental study of shear strength of gas-hydrate-bearing core samples[J]. Zhang Weidong,Ma Qingtao,Wang Ruihe and Ren Shaoran School of Petroleum Engineering,China University of Petroleum,Dongying,Shandong 257061,China. Petroleum Science. 2011(02)
[7]四氢呋喃水合物沉积物静动力学性质试验研究[J]. 张旭辉,鲁晓兵,王淑云,李清平. 岩土力学. 2011(S1)
[8]Experimental Study on Mechanical Properties of Gas Hydrate-Bearing Sediments Using Kaolin Clay[J]. 李洋辉,宋永臣,于锋,刘卫国,赵佳飞. China Ocean Engineering. 2011(01)
[9]天然气水合物沉积物力学性质的试验研究[J]. 张旭辉,王淑云,李清平,赵京,王爱兰. 岩土力学. 2010(10)
[10]南海神狐海域天然气水合物开采数值模拟[J]. 李刚,李小森,陈琦,陈朝阳. 化学学报. 2010(11)
博士论文
[1]考虑水合物分解影响的沉积物力学行为数值模拟研究[D]. 孙翔.大连理工大学 2017
[2]天然气水合物沉积物强度及变形特性研究[D]. 李洋辉.大连理工大学 2013
本文编号：3709334
【文章页数】：160 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号表
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外相关工作研究进展
1.2.1 水合物沉积物制备方法
1.2.2 水合物沉积物力学特性测试设备研究
1.2.3 稳态下水合物沉积物力学特性研究
1.2.4 分解状态下水合物沉积物力学特性研究
1.2.5 水合物岩心和重塑水合物沉积物力学特性研究
1.2.6 南海水合物开采模拟研究
1.3 本文主要研究思路及论文框架
2 天然气水合物沉积物力学特性影响因素研究
2.1 实验装置介绍
2.1.1 TAW-60水合物三轴仪
2.1.2 UOS-200水合物三轴仪
2.2 天然气水合物粉质沉积物强度特性
2.2.1 实验材料、方法及内容
2.2.2 平均粒径影响
2.2.3 围压、温度和剪切速率影响
2.2.4 摩尔库伦准则分析
2.3 天然气水合物砂质沉积物小应变模量特性
2.3.1 平均粒径影响
2.3.2 细颗粒影响
2.4 天然气水合物砂质沉积物强度和变形特性
2.5 本章小结
3 二氧化碳置换前后天然气水合物粉质沉积物力学特性研究
3.1 实验材料、方法及内容
3.2 天然气和二氧化碳水合物粉质沉积物等压固结特性
3.3 天然气水合物粉质沉积物剪切特性
3.3.1 水合物饱和度影响
3.3.2 有效围压影响
3.3.3 屈服线和剪缩特性分析
3.4 二氧化碳水合物粉质沉积物剪切特性
3.4.1 水合物饱和度和有效围压影响
3.4.2 屈服线和剪缩特性分析
3.5 本章小结
4 降压和注热分解过程天然气水合物粉质沉积物力学特性研究
4.1 实验内容
4.2 降压分解过程天然气水合物粉质沉积物力学特性
4.2.1 降压幅度对变形影响
4.2.2 轴向荷载对变形影响
4.2.3 初始水合物饱和度对变形影响
4.3 注热分解过程天然气水合物粉质沉积物力学特性
4.3.1 注热温度对变形影响
4.3.2 初始水合物饱和度对变形影响
4.3.3 初始水合物饱和度对强度影响
4.3.4 有效围压对强度影响
4.4 本章小结
5 南海重塑天然气水合物沉积物力学特性及储层降压开采模拟研究
5.1 重塑天然气水合物沉积物强度特性
5.1.1 宿主颗粒影响
5.1.2 水合物饱和度和有效围压影响
5.2 降压分解过程重塑天然气水合物沉积物变形特性
5.2.1 有效围压影响
5.2.2 轴向荷载影响
5.2.3 初始水合物饱和度影响
5.3 南海GMGS3-W19水合物储层降压开采模拟研究
5.3.1 模型介绍
5.3.2 产气产水量、孔隙压力、温度和饱和度分布
5.3.3 米塞斯应力、平均有效应力和储层位移场分布
5.4 本章小结
6 结论与展望
6.1 结论
6.2 创新点
6.3 展望
参考文献
攻读博士学位期间发表学术论文情况及参与科研项目
致谢
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]南海神狐海域天然气水合物降压开采过程中储层的稳定性[J]. 万义钊,吴能友,胡高伟,辛欣,金光荣,刘昌岭,陈强. 天然气工业. 2018(04)
[2]南海北部神狐海域GMGS1和GMGS3钻探区天然气水合物运聚成藏的差异性[J]. 张伟,梁金强,何家雄,丛晓荣,苏丕波,林霖,梁劲. 天然气工业. 2018(03)
[3]我国主要冻土区天然气水合物形成条件及成藏模式探讨[J]. 张金华,魏伟,魏兴华,王媛媛,李小龙. 中国石油勘探. 2013(05)
[4]祁连山冻土区天然气水合物DK-8孔岩芯顶空气地球化学特征及其运移指示意义[J]. 卢振权,饶竹,祝有海,刘晖,张永勤. 地质学报. 2013(08)
[5]祁连山冻土区天然气水合物地质控制因素分析[J]. 庞守吉,苏新,何浩,赵倩,祝有海,王平康,李永红,李清海. 地学前缘. 2013(01)
[6]An experimental study of shear strength of gas-hydrate-bearing core samples[J]. Zhang Weidong,Ma Qingtao,Wang Ruihe and Ren Shaoran School of Petroleum Engineering,China University of Petroleum,Dongying,Shandong 257061,China. Petroleum Science. 2011(02)
[7]四氢呋喃水合物沉积物静动力学性质试验研究[J]. 张旭辉,鲁晓兵,王淑云,李清平. 岩土力学. 2011(S1)
[8]Experimental Study on Mechanical Properties of Gas Hydrate-Bearing Sediments Using Kaolin Clay[J]. 李洋辉,宋永臣,于锋,刘卫国,赵佳飞. China Ocean Engineering. 2011(01)
[9]天然气水合物沉积物力学性质的试验研究[J]. 张旭辉,王淑云,李清平,赵京,王爱兰. 岩土力学. 2010(10)
[10]南海神狐海域天然气水合物开采数值模拟[J]. 李刚,李小森,陈琦,陈朝阳. 化学学报. 2010(11)
博士论文
[1]考虑水合物分解影响的沉积物力学行为数值模拟研究[D]. 孙翔.大连理工大学 2017
[2]天然气水合物沉积物强度及变形特性研究[D]. 李洋辉.大连理工大学 2013
本文编号：3709334
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