天然气水合物分解超孔隙压力研究

针对海洋油气资源开采和海洋工程施工过程中天然气水合物分解所引发的工程风险问题,展开了天然气水合物分解超孔隙压力理论模型研究。研究中采用理论解析方法,基于水合物分解前后的相态模型和热力学中的通用气体定律,推导了水合物分解导致的沉积物体积膨胀模型,进一步采用土力学中土体的压缩和回弹特性,最终获得了水合物分解超孔隙压力理论解析模型。采用典型的海底滑坡工程案例,验证了模型的合理性与正确性,并针对模型中复杂的影响参数展开参数考察,获得了不同参数的影响效应。研究对认识水合物分解产生的超孔隙压力的演变机理,保证水合物的储层稳定性,规避水合物分解带来的工程灾害具有重要的理论价值和现实意义。     

不同细颗粒含量甲烷水合物沉积物三轴剪切试验研究

海域试开采区域含水合物沉积物的粒度分析结果表明水合物沉积物骨架由粗、细颗粒混合构成,通过开展多组低温、高压三轴排水剪切试验研究细颗粒含量和密度对含甲烷水合物沉积物和无水合物沉积物的强度和变形特性的影响。试验结果表明,含水合物沉积物抗剪强度及剪胀性都随细粒含量提高而显著增强。这是由于细颗粒含量增加改变了颗粒间水合物的样貌和分布特征,形成了由水合物包裹着粗颗粒-细颗粒的团簇状集合体。然而,细颗粒含量对无水合物沉积物的强度和变形特性的影响却表现出相反趋势。另外,含水合物沉积物的剪胀关系可以使用修正剑桥模型中的剪胀关系式进行描述。结果表明,剪胀关系的拟合曲线依赖于水合物饱和度的大小。通过对比研究发现,天然水合物和实验室合成水合物试样在较高饱和度时的峰值摩擦角大小及其伴随水合物饱和度的增长趋势存在差异,这种差异主要来源于水合物在沉积物骨架颗粒孔隙中不同的赋存模式及分布特征。     

孔隙压力变化对岩石强度特性的影响

 在油气开采过程中,注采制度的改变必然会引起孔隙压力的波动,进而影响到储层岩石的力学性质。通过三轴抗压实验研究不同孔隙压力下的岩石强度特性及周期性孔隙压力作用下的岩石变形特征,结果表明,围压恒定,随孔隙压力下降,岩石的三轴抗压强度、弹性模量、体积模量、剪切模量都呈现增大趋势,泊松比整体呈下降趋势。对采用降压方式开发的油气藏,随着孔隙压力降低,岩石体积模量增大,体积压缩系数减小,岩石的可压缩性逐渐减弱。孔隙压力周期性加、卸载过程中岩石的轴向应变、径向应变和体积应变都将随循环周期逐渐累积,在加、卸载初期变化较大,随循环次数增加逐渐趋于稳定。岩石强度及变形规律随孔隙压力的变化规律表明,油气藏开发初期的压力降落对储层物性的影响和损害大,在储层开发前期若不采取有效措施稳定地层压力,到储层开发后期,再通过注入流体来改变地层的渗透率不会产生明显的效果,而且岩石变形的累计还可能诱发、诱导地层破坏甚至灾害性事件发生。     

不同细颗粒含量甲烷水合物沉积物三轴剪切试验研究

海域试开采区域含水合物沉积物的粒度分析结果表明水合物沉积物骨架由粗、细颗粒混合构成,通过开展多组低温、高压三轴排水剪切试验研究细颗粒含量和密度对含甲烷水合物沉积物和无水合物沉积物的强度和变形特性的影响.试验结果表明,含水合物沉积物抗剪强度及剪胀性都随细粒含量提高而显著增强.这是由于细颗粒含量增加改变了颗粒间水合物的样貌...     

含水合物砂土力学特性及本构模型

天然气水合物(以下简称水合物)的不当开发可能会带来一系列的地质灾害和环境问题,因此,开展含天然气水合物地层开采过程中的安全稳定性评估显得尤为重要,而建立能有效描述含水合物沉积物的力学行为的本构模型是安全稳定性分析的核心前提。在分析含CO₂水合物砂土的三轴力学特性的基础上,把含水合物沉积物视为水合物和土颗粒骨架组成的复合胶结性材料,参考胶结土体的建模思路,引入附加内变量描述水合物对土体的胶结影响,建立了含水合物砂土的屈服函数和非关联流动法则,建立了含水合物砂土的本构模型。通过模型验证及分析,模型能较好地模拟不同围压下和不同水合物含量下含水合物砂土的应力应变曲线,反映含水合物砂土的力学特性。     

含水合物土体的土水特征曲线及渗透系数

含水合物土的土水特征曲线和渗透系数对分析水合物开采效率和地层稳定性具有重要意义。通过自我改造而成的含水合物土的土水特征曲线的测试装置,测试了含水合物土（黏质粉土和砂土）的土水特征曲线,研究了水合物形成对土体的土水特征曲线的影响规律和机理,并且分析了含水合物土体的非饱和状态下的渗透系数。试验结果分析表明：水合物形成对含水合物土体的土水特征曲线存在明显影响;随着水合物饱和度的增长,可以看到边界效应段明显增大,过渡段土水特征曲线变得逐渐平缓,非饱和残余段对于残余水饱和度更低,但是VG模型仍能有效的描述含水合物土的土水特征曲线;进气值随着水合物饱和度的增加而增大,而残余有效水饱和度则随之减小,这主要是由于水合物形成改变了沉积物内部的孔隙孔径分布特征。在非饱和状态下,由于渗流通道被气体挤占,含水合物土的相对渗透系数随毛细吸力增加而减小,但是在同样的毛细吸力下,越大的水合物饱和度对应的相对渗透系数越小。     

基于起始水力坡降的软土一维大变形固结分析

深厚软黏土的大变形特性以及土中渗流存在的起始水力坡降已分别为人们所认识,但能考虑起始水力坡降的深厚软土大变形固结理论报道甚少。假定土的体积压缩系数保持不变,渗透系数与孔隙比为平方关系,在拉格朗日坐标系中建立以超静孔隙水压力为变量考虑起始水力坡降的软土大变形固结问题的控制方程及求解条件。利用有限差分法解决了由起始水力坡降所引起的动边界问题,将很小起始水力坡降下(10-5)的差分解与达西渗流定律下解析解对比,验证了差分数值计算结果的可靠性,从而为解决移动边界问题提供了一种有效方法。最后着重分析了量纲一变量R对固结性状的影响及在大、小应变不同几何假定下固结性状的区别,结果表明:R值的大小会影响渗流前锋的最终位置及移动速度、超静孔压的消散速率。R值越大,渗流前锋的移动速度越慢,土中超静孔压消散越慢,残留于土中而不能消散的超静孔压越大,进而导致土体发生的最终沉降量就越小。大变形几何假定下土中超静孔压的消散速率要比小变形几何假定下快,且固结完成时残留于土中不能消散的超静孔压值要比小变形几何假定下小,故计算得到的地基最终沉降量要比小变形几何假定下的计算值大。     

饱和城市固废一维降解固结解析解

填埋后的城市固废因降解产生固相质量损失,从而造成在外力作用下的固结是一个相当复杂的过程。为研究饱和城市固废的降解固结特性,建立了一维降解固结普遍模型;基于已有城市固废降解、压缩和渗透特性研究,获得了考虑可降解固相水解、胞内水释放为孔隙水及降解导致压缩性衰变的一维降解固结简化模型;基于简化模型,针对饱和城市固废填埋层底部淤堵不透水和顶部自由排水工况,获得了一维降解固结解析解。针对国内填埋场新鲜城市固废的计算结果表明:在瞬时常荷载作用下,固结初期,填埋层底部的超静孔压值会超过初始值,这主要是因为降解引起固相质量损失导致骨架疏松、压缩性增大;固结后期,整个填埋层出现负的超静孔压,这是因为后期填埋层孔隙比因固相质量损失而增大,而压缩性衰变相对较小。参数敏感性分析表明:降解引起的次压缩速率越大,固结初期超静孔压越大;增加填埋层的先期固结压力会延缓超静孔压的消散。     

人工冻融软黏土微观孔隙变化及分形特性分析

为探讨软黏土融沉及压缩特性的微观机理,以宁波地区软黏土为研究对象,采用冻融、压缩和压汞试验,对冻融和压缩前后的软黏土微观孔隙分布及变化进行了研究。取原状土、融土、压缩原状土、压缩融土4种土样分别进行压汞试验,提出孔径划分方法,结合分形理论对冻融软黏土微观孔隙变化进行分析,研究了软黏土的孔隙分布特征,并采用容量维数对孔体积分布和孔表面积分布进行计算,分析了冻融及压缩前后颗粒接触及孔隙变化。研究结果表明:软黏土冻融后孔体积和孔表面积均增大;原状土和融土压缩后孔体积和孔表面积均减小,软黏土的孔体积和孔表面积80%以上分布于微孔和超微孔中;软黏土冻融及压缩前后孔体积和孔表面积存在分形特性。     

含四氢呋喃水合物沉积物无侧限压缩试验研究

参考南海神狐海域SH2站点含水合物地层沉积物颗粒级配分析结果,人工配置试验土骨架,制备不同水合物饱和度(0%,40%,50%,60%)的含四氢呋喃水合物沉积物试样,并在低温环境下进行无侧限压缩试验,获得了不同水合物饱和度试样的应力应变曲线、刚度和强度。结果表明,试样的应力应变曲线呈现应变软化现象,随着水合物饱和度的增加,软化现象更为明显;水合物能够显著增加试样的弹性模量,并随着水合物饱和度的增大而增大;随着水合物饱和度的增加,试样的无侧限抗压强度呈指数增加,与三轴和直剪试验所测得强度的趋势一致。     

一种纯气体水合物相平衡的判定方法

分析了国内外气体水合物相平衡测定方法,在恒温压力搜索法的基础上,通过合理的改进,设计了一套可以应用于反应盲釜中气体水合物相平衡判定的实验方法。以甲烷水合物相平衡实验为例,介绍了该改进方法的原理、操作步骤及实验结果,实验结果与软件预测结果吻合较好,误差在工程应用的允许范围内。     

天然气水合物技术及供气可行性

分析了天然气水合物技术及其特点,与液化天然气技术、压缩天然气技术及吸附天然气技术进行比较,认为天然气水合物技术可以用于燃气行业。提出了天然气水合物供气技术的流程设想及天然气水合物技术实现工业应用尚需解决的问题。     

天然气长输管道中水化物生成的分析与控制

根据天然气的性质参数，对长输管道输送工况下水化物的生成进行了分析，获得了水化物的生成规律与界限参数，提出了通过控制天然气初始参数防止水化物生成的方法。     

基于水合物技术的天然气储运

阐述了天然气储运方式的现状,总结了水合物的应用,剖析了水合物储运天然气的关键技术,提出了今后水合物技术的研究方向。     

天然气管网压力能利用与水合物联合调峰研究

比较了7种天然气储气调峰方式的优缺点,提出了利用高压天然气管网压力能制冷与水合物储气调峰工艺流程。模拟结果表明,该工艺流程具有良好的节能效果和储气调峰功能。     

混合气体水合物结晶生成过程及其反应速度的实验研究

对混合制冷剂气体水合物HCFC141b/HFC152a在不同外部条件下的结晶生成速度进行了实验研究，通过数据分析得到了水合物结晶生成速度和冷却介质温度，扰动速度，制冷剂比份的依变关系。     

天然气的储存

随着能源结构的调整,天然气在一次能源中的比重逐步增大,天然气的储存成为人们日益关注的课题,作者就此作一综述。     

间接式水合物蓄冷装置中传热传质过程分析

分析了间接接触式水合物蓄冷实验装置的传热及传质过程，指出冷凝器的冷凝传热、氟利昂液体的蒸发及水合反应是耦合过程，而强化气层的冷凝传热、采用表面活性添加剂以减小气泡直径是加快水合速率、提高蓄冷密度的关键。     

R141b气体水合物蓄冷过程现象与机理分析

描述了Ｒ１４１ｂ气体水合物的形成及其结构，分析了Ｒ１４１ｂ气体水合物蓄冷实验过程中的过冷度现象，指出丰度和竞争结构是过冷度出现的主要原因。     

液-液分界面气体水合物生长模型

介绍了液-液分界面气体水合物的生成机理和球形生长模型，为了简化模型，从传热学角度作了假设，认为沿着模型半径方向是一维传热。对数学模型进行了理论推导，计算了在不同水温下生成定量水合物所需的时间，得出相应的理论曲线，分析得到水合物生成的最优温度，从节能和优化的角度对快速制备水合物提供了理论依据。