含四氫呋喃水合物沉積物力學性質實驗研究.pdf

1、天然氣水合物作為21世紀潛在的能源,具有巨大的應用前景。然而其在開采過程中導致的沉積層力學性質的變化卻可能引起海底滑坡等地質災害,因而含水合物沉積物力學性質的研究受到了人們的重視。基于四氫呋喃(THF)在含水合物沉積物力學性質研究中的優(yōu)勢,本實驗采用THF替代甲烷。利用研制的含水合物沉積物力學實驗一體化裝置,在砂沉積物中生成、分解THF水合物,通過時域反射技術(TDR)實時監(jiān)測飽和度的變化,研究了THF水合物在沉積物中的生成、分解規(guī)律,

2、重點開展了沉積物中水合物飽和度與力學參數(shù)相關關系的研究,并獲取了圍壓、應變率對含水合物沉積物力學性質的影響。結合THF水合物的性質,求出了計算不同濃度THF溶液生成水合物飽和度的公式,對四種飽和度的THF水合物進行了生成、分解實驗。實驗表明,較高的飽和度下THF水合物生成過程中有明顯的生長變緩的階段,相比生成,THF水合物的分解要快得多,而100％飽和度THF水合物分解過程可以分為緩慢分解—快速分解兩個階段。含水合物沉積物的力學參數(shù)(峰

3、值強度、屈服強度、彈性模量和粘聚力)在低飽和度下(＜50％)增加緩慢,而高飽和度下(≥50％)增速明顯變快,水合物的生成對沉積物的內摩擦角影響并不大;在微觀分布模式上,THF水合物在沉積物中的生成更接近自然界中水合物的真實情況;求出了不同圍壓、不同飽和度下沉積物的峰值強度計算公式。圍壓增大,含水合物沉積物的峰值強度與屈服強度非線性增加,破壞時間減小;低飽和度下(＜50％),沉積物的彈性模量是由圍壓控制的,高飽和度下(≥50％)由水合物飽