天然气水合物分解对沉积物力学特性的影响研究

项目名称： 天然气水合物分解对沉积物力学特性的影响研究

项目编号： No.51309115

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2014

项目学科： 水利工程

项目作者： 于锋

作者单位： 吉林大学

项目金额： 25万元

中文摘要： 在天然气水合物开采过程中水合物的分解会引起工程破坏与地质灾害等严重后果，因此如何安全有效开采是天然气水合物资源利用所面临的关键问题，本项目以此为背景，以研究天然气水合物分解对沉积物力学特性的影响为目的，采用三轴剪切试验方法测试天然气水合物沉积物的应力应变关系，综合分析水合物饱和度、温度和有效围压对沉积物的强度、模量、体变、内聚力和摩擦角等参数的影响，以及不同分解方式和分解速率对沉积物的强度、体变、剪胀缩、压密系数和渗透率等参数的影响。在实验基础上，进一步建立相关的水合物沉积物弹塑性本构模型和热流固多场耦合模型，开展水合物分解时沉积物变形破坏过程的模拟研究。通过对比分析实验和模拟结果，分析水合物分解对沉积物的强度、应力场变化以及稳定性的影响，揭示水合物分解过程中沉积物力学特性变化。该项目研究为防治水合物分解诱发的沉积层破坏等问题提供理论依据，对于未来天然气水合物的安全有效开采有着重要的价值。

中文关键词： 天然气水合物；力学特性；本构模型；热流固耦合；水合物分解

英文摘要： The dissociation of hydrate may result in engineering failure and geological disasters during the exploration process of gas hydrate from marine sediments. So the safe and efficient exploitation is the key problem for gas hydrate resource utilization. Against this background, in order to study on effect of gas hydrate decomposition on mechanical properties of sediments, the stress-strain relationship of sediments is tested by using triaxial testing methods in this project. The effect of saturation, temperature and confining pressure on strength, modulus, bulk, cohesion and friction angle is analyzed, and the effect of decomposition mode and rate on strength, bulk, shear dilatancy shrinkage, consolidation coefficient and permeability is analyzed. On the basis of experiments, the elastoplastic constitutive model and coupled thermal-hydrological-mechanical model are built, and the simulation study on deformation of hydrate sediments is carried out. Through comparative analysis of experimental and simulation results, the effect of hydrate decomposition on strength, stress field, stability of sediments is analyzed. The mechanical properties of sediment are revealed during the hydrate decomposition. This project provides theoretical basis for the prevention and control of sedimentary damage induced hydrate decompositi

英文关键词： gas hydrate；mechanical property；constitutive model；coupled thermal-hydrological-mechanical；hydrate decomposition