围压对含水合物沉积物力学特性的影响

将实验室人工合成天然气水合物与高岭土混合制成岩心样以模拟海底含水合物沉积层,在不同围压条件下,对不同高岭土体积含量的含水合物沉积物进行三轴压缩试验。试验结果表明,当围压较低时,含水合物沉积物试样破坏强度随围压的增大而增大;而随着围压的进一步增加,试样强度有平缓下降的趋势。围压对含水合物沉积物试样的初始弹性模量影响很小,而割线模量受围压的影响较大,割线模量先随着围压的增大而增大,达到峰值后逐渐降低。高岭土含量对含水合物沉积物的内摩擦角影响不大,但对黏聚力有一定影响,随高岭土含量的增加,沉积物强度增大。图6表2参9     

层状型天然气水合物沉积物力学特性研究

为保障天然气水合物开采过程中储层的安全稳定,针对沉积物内水合物赋存方式对储层力学稳定性存在显著影响的问题,开展了天然气水合物沉积物三轴压缩试验研究工作,探讨了水合物位置和围压对水合物沉积物的强度和变形特性影响。结果表明：1)低围压下,试样应力应变曲线类型与水合物层位置无关,试样变形呈应变硬化现象;2)试样的破坏强度随围压增大和水合物层下移而增大;3)起始屈服强度、起始屈服模量及割线模量均随着围压增大表现为整体增大趋势,与水合物层位置之间的关系较为复杂;4)由摩尔-库伦准则分析可知,层状型水合物沉积物力学性质的差异主要体现为粘聚力对试样强度的影响。该研究对认识层状型天然气水合物沉积物的力学特性,评价层状型天然气水合物储层的开采稳定性具有一定的指导意义。     

水合物沉积物动态弹性力学参数试验研究

水合物沉积物的声学特性是水合物藏资源评估、水合物地层钻探开发的重要依据,而目前实际原状取心难度大、成本高,故通过试验的方法对该问题进行研究具有重要意义。利用中国石油大学岩石力学实验室自主设计开发的水合物声波原位测量系统,在不同围压条件下对不同水合物饱和度的原位合成沉积物岩样进行了声波测试,并根据弹性理论,利用所测得的超声波波速,计算得到试样的动弹性力学参数。结果表明:水合物沉积物的纵横波速以及动态弹性模量均随着围压、水合物饱和度的增大而增大。      

颗粒抗滚动作用对水合物沉积物宏观及微观力学特性的影响

因其清洁无污染且储量巨大,天然水合物被认为是21世纪重要的战略资源。为有效考虑水合物沉积物中由于不规则的颗粒形状对宏观响应产生的影响,在离散元数值模拟中引入抗滚动线性接触模型,对抗滚动系数为0、0.2、0.4、0.6、0.8以及不同饱和度(10%、20%、30%、40%)的水合物沉积物数值试样进行了20组常规三轴压缩试验,探究了抗滚动作用对水合物沉积物的宏观力学特性的影响及微观作用机理。研究结果表明:抗滚动作用可以有效提高水合物沉积物的宏观强度和剪胀程度,但是抗滚动作用对于强度和剪胀的促进作用并不会无限增大,而是存在一个临界值,大于临界值之后,抗滚动作用对宏观力学特性的影响越来越小。这是由水合物沉积物内部微观结构的演化决定的:抗滚动系数的增大,虽然配位数降低,孔隙率有所增加,但颗粒的平均接触力将会随之增大,内部形成贯穿试样的强力链,从而使沉积物体系更加稳定,而当抗滚动系数增大至特定值时,平均接触力、配位数以及孔隙率受到抗滚动作用的影响逐渐减小,从而使水合物沉积物的宏观力学特性受到抗滚动作用的影响也会越来越小。     

温度和应变速率对水合物沉积物强度影响试验研究

在不同温度和应变速率条件下,对天然气水合物沉积物进行三轴压缩试验。试验结果表明:(1)温度越低,水合物沉积物破坏强度越大,在一定温度范围内可用线性表示。随着温度的进一步降低,破坏强度的增加趋势有所减小,最终趋于定值;(2)水合物沉积物试样的破坏强度随着应变速率的增大而增大。另外,应变速率可明显的改变材料的塑性性能。(3)割线模量E50随着温度的降低线性增加。     

岩石破坏后力学特性及其对天然气开采的影响

地层在失去应力平衡后,岩石将发生破坏,而岩石的岩性差异导致破坏后的力学特性也相差较大。岩石在峰值强度后将产生走向各异的裂缝;若岩石在破坏后产生大量岩粉,将堵塞地层中的喉道和裂缝,导致储层的渗流能力降低。选用四川盆地4个区块的4类岩性的多个岩样进行三轴压缩实验,根据岩样峰值强度后的破坏模式定义了3种类型:Ⅰ型岩样破坏后将产生拉伸裂缝,并且应力突降;Ⅱ型岩样破坏后将产生剪切裂缝,应力缓慢降低;Ⅲ型岩样破坏后将产生拉伸与剪切裂缝,应力往复变化。Ⅰ型与Ⅱ型岩样在破坏后形成的裂缝较为单一,且裂缝面光滑;Ⅲ型岩样在破坏后形成走向各异的裂缝,且产生大量的岩粉,影响天然气开采。针对Ⅲ型岩样破坏后产生大量的岩粉,以煤岩为例,提出采用超前预防处理以及在排采期进行治理的措施。