天然氣水合物地層物理力學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究

【摘要】：在能源危機(jī)日益嚴(yán)峻的21世紀(jì),天然氣水合物被公認(rèn)為是具有良好開(kāi)發(fā)前景的重要后續(xù)能源,它儲(chǔ)量巨大、能量密度高并且燃燒無(wú)污染。自然界中的天然氣水合物主要分布在海洋的大陸邊緣和陸上的永凍地區(qū),前者大約占了己發(fā)現(xiàn)數(shù)量的90%。目前各國(guó)對(duì)于天然氣水合物的商業(yè)開(kāi)發(fā)已列入日程。確保天然氣水合物地層井壁穩(wěn)定是關(guān)系到鉆井成功乃至整個(gè)鉆探開(kāi)發(fā)順利進(jìn)行的關(guān)鍵,而對(duì)于天然氣水合物地層物理力學(xué)性質(zhì)的研究是開(kāi)展井壁穩(wěn)定研究的基礎(chǔ)。 本文采用自主研制的水合物沉積物三軸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,該系統(tǒng)最大的優(yōu)勢(shì)是能夠在原位狀態(tài)下合成天然氣水合物并進(jìn)行三軸力學(xué)實(shí)驗(yàn)與聲波實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)采用覆膜砂燒結(jié)成原狀巖樣,然后采用原位合方式制取不同飽和度的水合物沉積物,在不同圍壓條件下研究不同飽和度的水合物沉積物的力學(xué)性質(zhì),得到了水合物沉積物的力學(xué)參數(shù)與圍壓、飽和度的關(guān)系,研究發(fā)現(xiàn)隨著圍壓、飽和度的增大峰值強(qiáng)度增大,內(nèi)聚力隨著飽和度的增大而增大,而泊松比、內(nèi)摩擦角沒(méi)有明顯變化,并據(jù)此建立起圍壓、飽和度與峰值強(qiáng)度的定量模型;建立了水合物層強(qiáng)度破壞準(zhǔn)則;為后續(xù)水合物層井壁穩(wěn)定研究奠定基礎(chǔ)。為了進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn),本文同時(shí)對(duì)四氫呋喃水合物、冰沉積物按照甲烷水合物沉積物的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)冰、四氫呋喃水合物、甲烷水合物沉積物的力學(xué)性質(zhì)差別不大。 本文對(duì)原位合成的不同飽和度的甲烷水合物沉積物、四氫呋喃水合物沉積物、冰洋沉積物在不同圍壓條件下進(jìn)行了聲波測(cè)試。根據(jù)彈性理論,利用所測(cè)得的超聲波波速,計(jì)算了被測(cè)試樣的動(dòng)彈性力學(xué)參數(shù),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:縱橫波速隨著圍壓、飽和度的增大而增大,動(dòng)態(tài)彈性模量隨著飽和度、圍壓的增大而增大。本論文所得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)論能夠?yàn)樗衔飳拥目碧郊百Y源評(píng)價(jià)提供依據(jù)。 【關(guān)鍵詞】：天然氣水合物沉積物 三軸實(shí)驗(yàn) 飽和度 彈性模量 泊松比 聲學(xué)性質(zhì) 圍壓 動(dòng)彈性力學(xué)參數(shù)
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：P744.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 前言9-17
• 1.1 研究目的及意義9-10
• 1.1.1 研究目的9
• 1.1.2 研究意義9-10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-14
• 1.2.1 天然氣水合物及其賦存地層力學(xué)性質(zhì)研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.2 天然氣水合物地層聲波測(cè)試研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 水合物層鉆探過(guò)程中井壁穩(wěn)定存在的問(wèn)題14-15
• 1.4 論文研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線15-17
• 第二章 天然氣水合物基礎(chǔ)性質(zhì)17-24
• 2.1 天然氣水合物結(jié)構(gòu)17-18
• 2.2 天然氣水合物形成條件18-20
• 2.3 天然氣水合物存在形式20-21
• 2.4 海底水合物穩(wěn)定域21-22
• 2.5 天然氣水合物的巖石物理特性22-23
• 2.6 本章小結(jié)23-24
• 第三章 水合物沉積物三軸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)24-42
• 3.1 設(shè)備研制動(dòng)機(jī)24-28
• 3.1.1 三軸實(shí)驗(yàn)的重要性24-25
• 3.1.2 水合物三軸實(shí)驗(yàn)設(shè)備研究進(jìn)展25-28
• 3.2 水合物原位合成系統(tǒng)研制28-29
• 3.3 水合物三軸實(shí)驗(yàn)機(jī)的研制29-33
• 3.3.1 水合物三軸實(shí)驗(yàn)機(jī)主體的構(gòu)建29-31
• 3.3.2 水合物三軸實(shí)驗(yàn)變形傳感器的研制31-33
• 3.4 水合物三軸實(shí)驗(yàn)機(jī)控制系統(tǒng)33-35
• 3.4.1 控制軟件33-35
• 3.4.2 控制加載系統(tǒng)35
• 3.5 聲波測(cè)試系統(tǒng)35-37
• 3.6 設(shè)備安裝與調(diào)試37-39
• 3.6.1 設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)37-38
• 3.6.2 各系統(tǒng)的操作與使用38-39
• 3.6.3 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的測(cè)試39
• 3.7 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)特色39-40
• 3.8 本章小結(jié)40-42
• 第四章 水合物沉積物三軸實(shí)驗(yàn)研究42-98
• 4.1 水合物三軸實(shí)驗(yàn)42-53
• 4.1.1 水合物三軸實(shí)驗(yàn)巖樣制備研究進(jìn)展42-43
• 4.1.2 原狀巖樣制備43-44
• 4.1.3 原狀樣孔隙度的測(cè)定44-51
• 4.1.4 水合物原位合成51-52
• 4.1.5 水合物飽和度確定52-53
• 4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理方法53-57
• 4.2.1 三軸實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理方法53-56
• 4.2.2 聲波實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理方法56-57
• 4.3 不同飽和度冰樣實(shí)驗(yàn)57-64
• 4.3.1 不同飽和度冰樣三軸實(shí)驗(yàn)57-62
• 4.3.2 不同飽和度冰樣聲波實(shí)驗(yàn)62-64
• 4.4 不同飽和度四氫呋喃水合物試樣實(shí)驗(yàn)64-71
• 4.4.1 不同飽和度四氫呋喃水合物試樣三軸實(shí)驗(yàn)結(jié)果64-69
• 4.4.2 不同飽和度四氫呋喃水合物試樣聲波實(shí)驗(yàn)結(jié)果69-71
• 4.5 不同飽和度甲烷水合物試樣實(shí)驗(yàn)71-97
• 4.5.1 不同飽和度甲烷水合物試樣三軸實(shí)驗(yàn)結(jié)果71-89
• 4.5.2 不同飽和度甲烷水合物試樣聲波實(shí)驗(yàn)結(jié)果89-97
• 4.6 本章小結(jié)97-98
• 第五章 結(jié)論98-100
• 參考文獻(xiàn)100-104
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的學(xué)術(shù)成果104-105
• 致謝105

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