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考虑损伤的含天然气水合物沉积物本构模型 被引量:34
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作者 吴二林 魏厚振 +1 位作者 颜荣涛 韦昌富 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第A01期3045-3050,共6页
对含天然气水合物沉积物施加荷载后,其内部固体颗粒间将会发生错动、滑移及滚动,当荷载较小时,沉积物表现为弹性变形;随着荷载的增大,内部将出现塑性流动,水合物晶体重新定向,此时沉积物表现为塑性变形;随着荷载的进一步增大,最终导致... 对含天然气水合物沉积物施加荷载后,其内部固体颗粒间将会发生错动、滑移及滚动,当荷载较小时,沉积物表现为弹性变形;随着荷载的增大,内部将出现塑性流动,水合物晶体重新定向,此时沉积物表现为塑性变形;随着荷载的进一步增大,最终导致沉积物发生破坏,这一过程可以看作是沉积物内部损伤产生和逐渐发展的过程。从复合材料的细观力学机制出发研究含水合物沉积物的材料特性,得到等效弹性常数与水合物含量之间的关系;同时基于损伤力学理论,推导出损伤变量的表达式,建立考虑损伤的含天然气水合物沉积物的本构模型。通过比较不同水合物含量下的计算结果与试验结果,结果表明,所建模型能较好地反映含天然气水合物沉积物的应力–应变关系,验证了模型的可行性。 展开更多
关键词 天然气地质学 含天然气水合物沉积物 细观力学 损伤 本构模型
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Mechanical properties of gas hydrate-bearing sediments during hydrate dissociation 被引量:11
2
作者 X.H.Zhang D.S.Luo +2 位作者 X.B.Lu L.L.Liu C.L.Liu 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第2期266-274,共9页
The changes in the mechanical properties of gas hydrate-bearing sediments(GHBS) induced by gas hydrate(GH) dissociation are essential to the evaluation of GH exploration and stratum instabilities. Previous studies pre... The changes in the mechanical properties of gas hydrate-bearing sediments(GHBS) induced by gas hydrate(GH) dissociation are essential to the evaluation of GH exploration and stratum instabilities. Previous studies present substantial mechanical data and constitutive models for GHBS at a given GH saturation under the non-dissociated condition. In this paper, GHBS was formed by the gas saturated method, GH was dissociated by depressurization until the GH saturation reached different dissociation degrees. The stress–strain curves were measured using triaxial tests at a same pore gas pressure and different confining pressures. The results show that the shear strength decreases progressively by 30%–90% of the initial value with GH dissociation, and the modulus decreases by 50% –75%. Simplified relationships for the modulus, cohesion, and internal friction angle with GH dissociated saturation were presented. 展开更多
关键词 gas hydrate-bearing sediments DISSOCIATION Mechanical properties Shear strength Triaxial test
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考虑水合物填充和胶结效应的深海能源土弹塑性本构模型 被引量:11
3
作者 袁庆盟 孔亮 赵亚鹏 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第7期2304-2312,2341,共10页
水合物的填充效应和胶结效应增大了能源土的密实性和强度,使能源土呈现出类似于密实砂土或胶结土的性质。在黏土和砂土的统一硬化模型(CSUH模型)框架下,总结了能源土的力学性质,引入压硬性参量描述水合物对能源土填充和胶结双重作用下... 水合物的填充效应和胶结效应增大了能源土的密实性和强度,使能源土呈现出类似于密实砂土或胶结土的性质。在黏土和砂土的统一硬化模型(CSUH模型)框架下,总结了能源土的力学性质,引入压硬性参量描述水合物对能源土填充和胶结双重作用下的等向压缩特性,引入黏聚强度修正屈服函数并构建了黏聚强度的演变规律,利用状态参数调整剪胀方程,反映能源土剪胀、软化等特性对密实度的依赖性,从而建立能够描述能源土强度、刚度、剪胀与软化等特性的弹塑性本构模型。编制了模型的测试程序,把模拟结果与能源土室内试验结果进行对比。结果表明:提出的弹塑性本构模型能够较好地描述能源土的应力-应变关系、剪缩硬化和剪胀软化等力学特性。 展开更多
关键词 天然气水合物沉积土 压硬性 黏聚强度 剪胀性 CSUH模型
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含水合物沉积物的弹塑性本构模型 被引量:10
4
作者 刘林 姚仰平 +2 位作者 张旭辉 鲁晓兵 王淑云 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第2期556-566,共11页
土的密度对其力学特性具有明显影响.水合物以一种固相赋存于沉积物的孔隙中,使得水合物的含量和其赋存形式都会影响含水合物沉积物(GHBS)的密度,因此在研究和描述含水合物沉积物的力学性质时应考虑水合物含量和赋存形式对其密度的影响.... 土的密度对其力学特性具有明显影响.水合物以一种固相赋存于沉积物的孔隙中,使得水合物的含量和其赋存形式都会影响含水合物沉积物(GHBS)的密度,因此在研究和描述含水合物沉积物的力学性质时应考虑水合物含量和赋存形式对其密度的影响.本文基于黏土和砂土统一的本构模型(CSUH模型),首先建立水合物体积分数与压硬性参量的关系式来反映水合物对沉积物压缩规律的影响.其次,为了合理考虑水合物含量和赋存形式对沉积物密度的影响,建立了可以描述有效初始孔隙的计算式,并将其引入到状态参量中来描述水合物对沉积物剪胀性和峰值强度的影响.最后,结合CSUH模型中水滴形屈服面,建立了一个含水合物沉积物的弹塑性本构模型.通过与室内试验结果比较,验证了该模型不仅能够合理地描述不同赋存形式、不同水合物含量下含水合物沉积物的应力应变关系,而且在描述具有相同赋存形式含水合物沉积物的力学特性时,不同的水合物含量只需采用一组参数. 展开更多
关键词 含水合物沉积物 应力应变关系 赋存形式 水合物含量
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珠江口盆地东部海域含天然气水合物沉积层的地球物理特征 被引量:8
5
作者 梁劲 王静丽 +3 位作者 杨承志 康冬菊 陆敬安 梁金强 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第2期126-133,共8页
为了弄清珠江口盆地东部海域为何存在渗漏型和扩散型两种天然气水合物(以下简称水合物)类型以及其间的地球物理特征有何区别,根据钻井资料和区域地质条件,对该区地震和测井资料进行了精细分析,总结了不同水合物沉积地层的地球物理特征... 为了弄清珠江口盆地东部海域为何存在渗漏型和扩散型两种天然气水合物(以下简称水合物)类型以及其间的地球物理特征有何区别,根据钻井资料和区域地质条件,对该区地震和测井资料进行了精细分析,总结了不同水合物沉积地层的地球物理特征和构造特征。结果表明:(1)含水合物层的测井曲线具有高电阻率、高声波速度、高中子孔隙度、低补偿密度和低自然伽马值的"三高两低"的异常特征;(2)含水合物层在地震反射剖面上具有似海底反射(BSR)、振幅空白带、BSR与地层斜交及眼球状结构等特征;(3)当地震剖面上存在模糊、杂乱反射且BSR之下气烟囱发育、BSR之上有断裂通道时,通道内容易形成渗漏型水合物矿体,而BSR上面连续性较好的振幅空白带所反映的沉积地层则是扩散型水合物矿藏的主要储集层;(4)渗漏型水合物矿藏上、下两层水合物的物性特征存在着显著区别,下层水合物碳氢气体浓度较高,在断层通道内高度聚集形成块状水合物,上层水合物碳氢气体浓度下降,分布范围较广;(5)扩散型水合物由于气体容积扩散导致气体浓度下降,分布范围较大。 展开更多
关键词 珠江口盆地 东部海域 天然气水合物 含水合物地层 地球物理特征 测井响应 地震反射 碳氢气体浓度
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含天然气水合物沉积物分解过程的有限元模拟 被引量:6
6
作者 吴二林 魏厚振 +1 位作者 颜荣涛 韦昌富 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第9期2811-2821,共11页
温度和压力的变化会引起含天然气水合物沉积物的分解,其过程伴随着相态转换、孔隙水压力和气压力耗散、热传导、骨架变形等过程的相互耦合作用。基于多孔介质理论建立了描述含天然气水合物沉积物分解过程的数学模型,考虑了水合物分解产... 温度和压力的变化会引起含天然气水合物沉积物的分解,其过程伴随着相态转换、孔隙水压力和气压力耗散、热传导、骨架变形等过程的相互耦合作用。基于多孔介质理论建立了描述含天然气水合物沉积物分解过程的数学模型,考虑了水合物分解产生的水、气流动、水合物相变和分解动力学过程、热传导、骨架变形等过程的耦合作用。基于有限元法,建立了模拟水合物分解过程的数值模型,并编制了计算机分析程序。通过对降压法和升温法开采过程的数值模拟,揭示了在水合物分解过程中沉积物储层的变形、压力、温度等因素的变化规律。结果表明:降压法和升温法都会导致储层变形以及产生超孔隙压力,但两种方法作用效果不同;同时,水合物分解过程包含渗流及热传导作用。 展开更多
关键词 含天然气水合物沉积物 降压法 升温法 有限元法
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不同饱和度水合物沉积物的三轴加载渗透率试验 被引量:6
7
作者 孙可明 翟诚 +1 位作者 辛利伟 王婷婷 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第12期61-67,共7页
水合物沉积层的渗透率是影响天然气水合物开采效率的重要物性参数之一,为了探讨在天然气水合物开发过程中有效体积应力和水合物饱和度变化对含水合物沉积层渗透率的影响规律,选取天然粉砂土作为沉积物骨架,进行了不同饱和度水合物沉积... 水合物沉积层的渗透率是影响天然气水合物开采效率的重要物性参数之一,为了探讨在天然气水合物开发过程中有效体积应力和水合物饱和度变化对含水合物沉积层渗透率的影响规律,选取天然粉砂土作为沉积物骨架,进行了不同饱和度水合物沉积物的三轴加载渗透率试验。结果表明:(1)当水合物饱和度恒定时,水合物沉积物的渗透率与有效体积应力呈负指数曲线变化规律,且曲线的斜率随着有效体积应力的增加由大变小;(2)在一定的有效体积应力条件下,水合物沉积物的渗透率随水合物饱和度亦呈指数递减规律变化;(3)有效体积应力和水合物饱和度变化对水合物沉积物渗透率的影响表现为非独立性,即随着前者的增大,后者对水合物沉积物渗透率的影响减弱,而随着后者的增加,前者对水合物沉积物渗透率的影响也减小。由此提出了有效体积应力和水合物饱和度对水合物沉积物渗透率的影响机理,即前者对渗透率的影响在于其对渗流通道的压缩作用,而后者对渗透率的影响则在于水合物对渗流通道的堵塞作用。 展开更多
关键词 天然气水合物 水合物沉积物 三轴加载 渗透率 有效体积应力 饱和度 压缩 堵塞
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海底扩散体系含天然气水合物沉积物制样方法与装置 被引量:5
8
作者 魏厚振 韦昌富 +2 位作者 颜荣涛 吴二林 陈盼 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第10期2972-2976,共5页
天然气水合物是分布在海洋和大陆多年冻土中的一种具有巨大商业开发价值的新型战略性替代能源。同时,含天然气水合物地层中水合物的分解将带来严重的地质灾害和气候问题的关注。试验室内开展含天然气水合物沉积物物理力学性质研究需要... 天然气水合物是分布在海洋和大陆多年冻土中的一种具有巨大商业开发价值的新型战略性替代能源。同时,含天然气水合物地层中水合物的分解将带来严重的地质灾害和气候问题的关注。试验室内开展含天然气水合物沉积物物理力学性质研究需要首先解决的是制样问题,即在试验室内快速形成符合现场原位形成模式的试样,并且水合物均匀分布于土样孔隙中。海洋天然气水合物主要是在扩散体系中形成的,即溶解在水中的气体以扩散迁移的方式进入温压条件适合的地层内与水结合生成天然气水合物。文中试验方法与装置利用高压恒流泵驱动溶有气体的去离子水在土样中循环,采用磁力搅拌装置加速和增大气体在水中的溶解,使土样在较短时间内被溶气水饱和,然后将土样温度降低至与气体压力相对应的相变温度以下后,溶于水中的气体与水结合生成水合物析出,且均匀地填充土样孔隙中。采用粉土和CO2气体试验表明,制得含水合物沉积物大约需1 d的时间,通过观察和测试含水率证明,所制得试样具有良好的均匀性,解决了目前在试验中采用的制样方法所制得的试样中水合物分布不均匀以及水合物形成时间过长的问题,为进一步开展含天然气水合物沉积物物理力学试验提供了技术保证。 展开更多
关键词 天然气水合物 含天然气水合物沉积物 制样方法与装置
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基于均匀化理论的含水合物土弹塑性本构模型 被引量:5
9
作者 梁文鹏 周家作 +1 位作者 陈盼 韦昌富 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期481-490,共10页
将含水合物土视为由土颗粒、孔隙流体及水合物晶体构成的复合材料,其中水合物晶体视为复合材料的夹杂相,其余部分为基质项。分别采用砂土状态相关的临界状态弹塑性模型和弹脆性模型描述基质相和夹杂相的本构关系,同时引入水合物活度因... 将含水合物土视为由土颗粒、孔隙流体及水合物晶体构成的复合材料,其中水合物晶体视为复合材料的夹杂相,其余部分为基质项。分别采用砂土状态相关的临界状态弹塑性模型和弹脆性模型描述基质相和夹杂相的本构关系,同时引入水合物活度因子表示变形过程中可有效承担荷载的水合物的比例。在基质相和夹杂相各自力学性质的基础上,基于细观力学理论中的Eshelby等效夹杂理论和Mori-Tanaka均匀化方法,推导了含水合物土的等效弹塑性刚度矩阵,建立了在不同围压、不同水合物含量及赋存模式等条件下,可考虑含水合物土的赋存模式、强度、应变软化、剪胀等特性的弹塑性本构模型。模型物理意义明确、形式简单且参数易通过简单的室内试验获取。通过已有试验数据对模型进行了验证,结果表明,模型可较好地描述不同试验条件下含水合物土的力学特性。 展开更多
关键词 含水合物土 均匀化理论 弹塑性 本构模型
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考虑深海能源土结构性的统一硬化模型 被引量:4
10
作者 袁庆盟 孔亮 +1 位作者 刘锐明 林星宇 《科学技术与工程》 北大核心 2018年第32期64-70,共7页
从定性和定量两方面对能源土的力学行为进行描述和计算,是高效安全开发天然气水合物资源的重要前提。基于结构性突变屈服破坏机理,可认为能源土结构性突变前为弹性变形,突变后为弹塑性变形。在统一硬化模型(UH模型)的框架下,引入结构性... 从定性和定量两方面对能源土的力学行为进行描述和计算,是高效安全开发天然气水合物资源的重要前提。基于结构性突变屈服破坏机理,可认为能源土结构性突变前为弹性变形,突变后为弹塑性变形。在统一硬化模型(UH模型)的框架下,引入结构性屈服压力;采用统一硬化参数和关联流动法则,构建了一个可以考虑能源土结构性的本构模型。相对于UH模型,改进的模型只增加了结构性屈服压力这一个参数,用以反映初始固结压力和水合物饱和度的综合影响。通过模型探讨和试验对比,所提模型能够在定量上吻合能源土的应力-应变关系,能在定性上反映能源土的剪胀特点。 展开更多
关键词 深海能源土 结构性屈服压力 统一硬化模型 统一硬化参数 剪胀性
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Effect on the Performance of Drilling Fluids at Downhole Rock Surfaces at Low Temperatures 被引量:1
11
作者 Mingming Zheng Guosheng Jiang +3 位作者 Tianle Liu Fulong Ning Ling Zhang V.F.Chikhotkin 《Journal of Earth Science》 SCIE CAS CSCD 2016年第5期856-863,共8页
To maintain gas hydrate stability, low-temperature drilling fluids and high drilling speeds should be used while drilling in gas hydrate-bearing sediments. The effect of the drilling fluid on downhole rock surfaces at... To maintain gas hydrate stability, low-temperature drilling fluids and high drilling speeds should be used while drilling in gas hydrate-bearing sediments. The effect of the drilling fluid on downhole rock surfaces at low temperatures is very important to increase the drilling rate. This paper analyzed the action mechanism of the drilling fluid on downhole rock surfaces and established a corresponding evaluation method. The softening effect of six simulated drilling fluids with 0.1 wt.% of four common surfactants and two common organic salts on the downhole rock surface strength was evaluated experimentally using the established method at low temperature. The experimental results showed that the surfactants and organic salts used in the drilling fluids aided in the reduction of the strength of the downhole rock surface, and the established evaluation method was able to quantitatively reveal the difference in the softening effect of the different drilling fluids through comparison with water. In particular, the most common surfactant that is used in drilling fluids, sodium dodecyl sulfate(SDS), had a very good softening effect while drilling under low-temperature conditions, which can be widely applied during drilling in low-temperature formations, such as natural gas hydrate-bearing sediments, the deep seafloor and permafrost. 展开更多
关键词 gas hydrate bearing sediments low temperature drilling fluid PERFORMANCES downholerock surface strength influence mechanism.
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海底天然气水合物储层性质及其开发的风险因素探讨 被引量:2
12
作者 关进安 《地球科学期刊(中英文版)》 2014年第3期146-155,共10页
海底天然气水合物储层由于分布很广且资源潜力巨大而被视为未来高清洁能源,开发利用这种非常规油气藏是当前各国政府机构、工业界和科研机构的热点问题,然而,开发这种海底水合物资源也存在着巨大的风险,必须仔细分析。由于海底水合... 海底天然气水合物储层由于分布很广且资源潜力巨大而被视为未来高清洁能源,开发利用这种非常规油气藏是当前各国政府机构、工业界和科研机构的热点问题,然而,开发这种海底水合物资源也存在着巨大的风险,必须仔细分析。由于海底水合物的不稳定特性,当周围热力学环境改变时水合物分解会导致一系列相关的海底地质灾害问题,这样必须首先明确海底水合物储层的产状和聚集状态,接着在此分析基础之上阐述了开采海底水合物易导致的三个灾害类型:水合物分解与海底滑坡、水合物分解对钻井设施的破坏及水合物分解导致的周围环境改变等,最后对影响水合物储层开发的风险类型如热力学环境、区域地质构造、聚集产状和技术风险等进行了简要探讨,并提出了相应的9个关键影响参数,为未来工业化生产提供了参考。 展开更多
关键词 天然气水合物 含水合物沉积层 开发 海底地质灾害 风险因素
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天然气水合物沉积物不排水剪切特性的离散元模拟 被引量:10
13
作者 周世琛 郇筱林 +3 位作者 陈宇琪 周博 薛世峰 公彬 《石油学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期73-83,共11页
天然气水合物资源广泛分布于深海浅层沉积物中,具有储量大、能量密度高、燃烧清洁等优点,是一种极具开发前景的环保能源,深入研究天然气水合物沉积物的力学特性是实现天然气水合物资源安全开采的重要前提。利用常体积方法对天然气水合... 天然气水合物资源广泛分布于深海浅层沉积物中,具有储量大、能量密度高、燃烧清洁等优点,是一种极具开发前景的环保能源,深入研究天然气水合物沉积物的力学特性是实现天然气水合物资源安全开采的重要前提。利用常体积方法对天然气水合物沉积物的不排水剪切特性进行了离散元模拟,并依据物理实验结果对数值模拟结果进行了标定,最后对剪切过程中的细观力学机制进行了分析。研究结果表明,离散元模拟能够有效地反映水合物沉积物试样和砂土试样在不排水条件下的宏观力学特性;在剪切过程中,水合物沉积物试样和砂土试样的平均配位数先减小后增加直至达到相对稳定值,而由于水合物的胶结作用,前者配位数的变化幅度较大;接触力链网络初始以环状力链为主,接着以柱状强力链为主,最后以屈曲力链为主;组构异性的演化规律与外部载荷关系密切,接触法向和法向接触力的组构异性的主方向平行于外部荷载方向,而且法向接触力的数值比切向接触力的数值高一个数量级。 展开更多
关键词 天然气水合物沉积物 不排水条件 宏观力学行为 离散元 细观力学机制
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柔性边界三轴压缩条件下胶结型水合物沉积物力学特性的离散元模拟 被引量:8
14
作者 周世琛 霍文星 +1 位作者 周博 薛世峰 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期830-845,共16页
首先,提出了一种胶结型水合物沉积物离散元试样的生成方法,并采用FLAC3D和PFC3D耦合方法创建了侧面柔性边界条件,生成了不同饱和度的水合物试样;其次,考虑水合物的胶结效应,引入线性平行胶结模型并由室内试验结果标定了接触模型参数;第... 首先,提出了一种胶结型水合物沉积物离散元试样的生成方法,并采用FLAC3D和PFC3D耦合方法创建了侧面柔性边界条件,生成了不同饱和度的水合物试样;其次,考虑水合物的胶结效应,引入线性平行胶结模型并由室内试验结果标定了接触模型参数;第三,根据数值模拟结果分析了水合物沉积物的强度和变形破坏特性;最后,从力链和能量角度揭示了水合物在应力传递中的微细观力学机制。研究结果表明:建立的离散元模型能准确计算柔性边界条件下的试样体积变化,其模拟结果与室内试验结果吻合较好;水合物沉积物的黏聚力随着水合物饱和度增加而增大,其内摩擦角与水合物饱和度的关系不大;水合物饱和度对水合物沉积物的应变局部化特征影响很大;水合物颗粒参与力链的形成与演化,水合物饱和度越大,高应力水合物颗粒数目越多,水合物颗粒在力链中占比越大;水合物沉积物的弹性应变能、胶结应变能和摩擦耗能的存储和耗散主要通过砂土与水合物间的接触演化作用完成。 展开更多
关键词 水合物沉积物 离散元法 柔性边界 强度和变形特性 力链 能量耗散
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含水合物沉积物合成方法及其对热、力学性质影响的研究进展 被引量:7
15
作者 张金华 魏伟 +2 位作者 肖红平 彭涌 张巧珍 《科学技术与工程》 北大核心 2017年第26期146-155,共10页
研究含水合物沉积物的热学和力学性质对保障天然气水合物的有效安全开采具有重要和应用意义。鉴于现场保压取样研究非常困难,目前常用的方法是利用实验室人工合成含水合物沉积物样品进行试验。首先总结了孔隙填充型、骨架(颗粒)支撑型... 研究含水合物沉积物的热学和力学性质对保障天然气水合物的有效安全开采具有重要和应用意义。鉴于现场保压取样研究非常困难,目前常用的方法是利用实验室人工合成含水合物沉积物样品进行试验。首先总结了孔隙填充型、骨架(颗粒)支撑型、胶结型和颗粒包裹型的水合物在沉积物中的4种常见生长模式,以及不同生长模式下含水合物沉积物物理性质的差异;然后,介绍了溶解气法、部分水饱和法和种冰法3种实验室水合物合成方法及其对水合物生长模式的影响;最后,指出含水合物沉积物的热学性质和力学性质受到水合物饱和度、水合物生长模式等因素的综合影响,而水合物饱和度又受到水合物合成方法和水合物形成物的影响。因此,在开展实验研究过程中,应根据研究目的,选择合适的水合物形成物和水合物合成方法,以使得实验结果能够更好符合实际情况,从而指导生产实践。 展开更多
关键词 含水合物沉积物 生长模式 合成方法 热学与力学性质
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基于CDEM的天然气水合物沉积物水力压裂裂纹扩展数值模拟
16
作者 黄宇东 王天驹 +3 位作者 王蕊 王昊天 鲁晓兵 张旭辉 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第2期28-38,共11页
目前,天然气水合物开采存在储层渗透率低和热传导导致生产效率低等问题.作为一种常规油气勘探中有效提高储层渗透率的技术,水力压裂有望用于改善天然气水合物储层的渗透率,提高采收效率.然而,有关含天然气水合物沉积物(GHBS)水力压裂应... 目前,天然气水合物开采存在储层渗透率低和热传导导致生产效率低等问题.作为一种常规油气勘探中有效提高储层渗透率的技术,水力压裂有望用于改善天然气水合物储层的渗透率,提高采收效率.然而,有关含天然气水合物沉积物(GHBS)水力压裂应用的研究却很少.本文采用有限元和离散元耦合的连续离散元法(CDEM),对不同地层性质的天然气水合物沉积物(GHBS)的水力压裂过程进行了二维的数值模拟,研究了储层性质和压裂参数对GHBS中裂缝生成的影响.主要结论是,在本研究考虑的压裂参数和沉积物性质中,内摩擦角越小、注入流量越大对产生裂缝越有利;当饱和度和黏聚力处于适当范围时,最有利于产生裂缝;当各方向的地应力相等时,最有利于压裂产生裂缝,但最不利于主要裂缝向更远的方向延伸. 展开更多
关键词 含天然气水合物沉积物 水力压裂 离散元法 地层性质 水合物储层 天然气水合物开采 内摩擦角 裂纹扩展
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基于离散元法的天然气水合物沉积物剪切带演化机理 被引量:4
17
作者 周世琛 周博 +1 位作者 薛世峰 公彬 《石油学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期101-111,共11页
钻采工程会影响天然气水合物沉积层的地质环境,这可能导致水合物沉积层的变形和破坏,继而可能引发一系列工程问题。因此,要实现天然气水合物资源的安全有效开发,需要对天然气水合物沉积物的变形破坏特性开展研究。考虑水合物的胶结效应... 钻采工程会影响天然气水合物沉积层的地质环境,这可能导致水合物沉积层的变形和破坏,继而可能引发一系列工程问题。因此,要实现天然气水合物资源的安全有效开发,需要对天然气水合物沉积物的变形破坏特性开展研究。考虑水合物的胶结效应,采用胶结接触模型,用离散单元法模拟了胶结型天然气水合物沉积物试样的三轴试验,通过局部变形、孔隙率、颗粒的旋转及胶结破坏的特征研究了剪切带的萌生发展规律及其细观机理。研究结果表明:(1)离散元数值试验能有效模拟水合物沉积物的强度和变形特性;(2)不同水合物饱和度试样的剪切带的模式不尽相同,当水合物饱和度为26%和40%时,趋向于形成两条分叉结构的剪切带,而当水合物饱和度为55%时,趋向于形成单一斜向剪切带;(3)剪切带萌生于应变硬化阶段,完全形成于应变软化阶段,是局部变形渐进发展的结果;(4)剪切带内外的局部应变、孔隙率、颗粒的旋转等特征差异明显,具有强烈的局部化特征;(5)水合物胶结对剪切带的萌生和发展具有双重作用,微裂纹首先因水合物颗粒间的胶结破坏而产生,砂土和水合物之间的胶结则限制了裂纹的扩展,而砂土和水合物之间的胶结破坏又促进了裂纹扩展形成剪切带。研究结果对于理解天然气水合物沉积物变形破坏过程中的细观力学机制具有参考价值。 展开更多
关键词 天然气水合物沉积物 离散元法 三轴试验 剪切带 细观机制
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南海水合物储层固井过程高压气水反侵临界条件判别 被引量:3
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作者 郑明明 王晓宇 +5 位作者 周珂锐 王凯 吴祖锐 蒋国盛 孙嘉鑫 曹鑫鑫 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期963-975,共13页
传统油气固井遇到天然气水合物地层时,水泥浆放热易引起近井壁地层中水合物分解,所产生的高压游离气水易反侵入水泥浆而严重影响固井质量等问题。为了解决此问题,以中国南海神狐海域为研究对象,利用TOUGH+HYDRATE数值模拟软件,通过“连... 传统油气固井遇到天然气水合物地层时,水泥浆放热易引起近井壁地层中水合物分解,所产生的高压游离气水易反侵入水泥浆而严重影响固井质量等问题。为了解决此问题,以中国南海神狐海域为研究对象,利用TOUGH+HYDRATE数值模拟软件,通过“连续分段模拟”真实还原水泥浆放热与侵入过程,采用控制变量法分别研究固井压差和水泥水化放热速率这2个主要工艺参数的影响。研究结果表明:水化热越低,水合物分解量越少,气水反侵可能性越小;当压差较小时,水泥浆侵入范围较小,无法达到有效的封堵效果,气水反侵的可能性大;随着固井压差增大,会出现极易反侵区,继续增大固井压差,虽然水合物分解量较高,但水泥浆侵入范围大,形成质量更优的二界面,气水反侵现象反而更难以发生;过大的固井压差易压裂地层,需将固井压差控制在地层破裂压力窗口内。在综合2个工艺参数进行的交叉分析基础上绘制高压气水反侵临界的临界条件判别简图,可有效预测不同固井工艺条件下气水反侵行为是否发生。 展开更多
关键词 天然气水合物 固井 高压气水反侵 临界条件判别 动态热源 连续分段模拟
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南海北部陆坡神狐海域晚中新世以来沉积物中生物组分变化及意义 被引量:25
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作者 陈芳 苏新 +4 位作者 周洋 陆红锋 刘广虎 陈炽新 陈超云 《海洋地质与第四纪地质》 CAS CSCD 北大核心 2009年第2期1-8,共8页
对南海北部陆坡神狐海域4口钻孔(BY1、BY2、BY3、BY4)岩心沉积物中微体古生物的研究表明晚中新世以来该区沉积物中硅质和钙质生物组分丰度具有较大时间和空间变化。从时间上看,硅质生物在晚中新世—上新世几乎缺失,中更新世以来约40万... 对南海北部陆坡神狐海域4口钻孔(BY1、BY2、BY3、BY4)岩心沉积物中微体古生物的研究表明晚中新世以来该区沉积物中硅质和钙质生物组分丰度具有较大时间和空间变化。从时间上看,硅质生物在晚中新世—上新世几乎缺失,中更新世以来约40万年(0~24m)才较多出现,18万年以后繁盛,大于0.15mm粗粒级有孔虫在晚中新世期间丰度很低,而在更新世—上新世丰度很高;空间上的差异表现在不同的钻井岩心中生物丰度变化范围较大。根据硅质生物丰度变化可推测晚中新世—上新世—早更新世时海水表层古生产力极低,而中更新世以来古生产力相对较高。南海北部钙质生物丰度的变化主要受控于陆源物质的输入量,在钻探区可识别2个可能具有不同物质来源的小区块,如BY1、BY2孔晚中新世—上新世陆源物质的输入量高于更新世,BY3和BY4孔更新世陆源物质的输入量高于上新世。2007年本区钻探结果揭示的一个令人惊奇和十分独特的现象,水合物以高达20%~49%饱和度状态分散在细粒沉积物(黏土粉砂)孔隙中,本研究发现这些矿层富含钙质生物组分(钙质超微化石和有孔虫),而硅质组分贫乏。由此初步推测,大量钙质生物组分的存在可能增加了黏土粉砂沉积物的孔隙空间,从而为大量水合物的赋存提供了有利的沉积孔隙空间。 展开更多
关键词 生物组分 含水合物层 晚中新世以来 南海
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深水钻井天然气水合物地层井壁稳定流固耦合数值模拟 被引量:14
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作者 李令东 程远方 +1 位作者 周建良 李清平 《中国海上油气》 CAS 北大核心 2012年第5期40-45,49,共7页
考虑钻井液与地层的热交换和水合物的分解,建立了水合物地层井壁稳定流固耦合数学模型,并开发了有限元程序。实例分析了钻井液压力和温度、原始地层水合物饱和度及施工作业时间等因素对水合物地层井壁稳定的影响,结果表明:随着钻井液温... 考虑钻井液与地层的热交换和水合物的分解,建立了水合物地层井壁稳定流固耦合数学模型,并开发了有限元程序。实例分析了钻井液压力和温度、原始地层水合物饱和度及施工作业时间等因素对水合物地层井壁稳定的影响,结果表明:随着钻井液温度、施工作业时间的增加,井眼周围地层水合物分解区域、地层最大屈服区域增大,不利于井壁稳定;随着钻井液压力、原始地层水合物饱和度增加,井眼周围地层水合物分解区域、地层最大屈服区域减小,有利于井壁稳定,因此深水钻井中应选择造壁性能好的低温钻井液并适当增加液柱压力。 展开更多
关键词 天然气水合物地层 井壁稳定 流固耦合 数值模拟 深水钻井
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