水合物分解引起的超孔压对海底能源土斜坡稳定性影响分析

论文摘要

海底能源土斜坡是指含天然气水合物(俗称可燃冰)的海底斜坡。天然气水合物储量大、分布广、能量密度高,是21世纪最具开发前景的新型战略性替代能源。由于天然气水合物高压低温的赋存条件极其苛刻,环境的变化和海底工程等极易引起温压条件改变,导致水合物分解。常温常压下1m~3的天然气水合物分解后可释放出164 m~3的天然气和0.87 m~3的水。随着水合物的分解,土颗粒间胶结能力减弱,孔隙率增加,能源土成为欠固结土或松砂;分解产生的甲烷气体使孔隙水压力急速抬升,进而导致土颗粒间有效应力降低,引起能源土静力液化,最终导致海底斜坡失稳。海底能源土斜坡失稳与水合物分解之间存在密切联系已被国内外众多研究机构证明。建立相关力学模型进行分析,对评估可燃冰开采过程中海底斜坡稳定性有重要意义。在对水合物诱因的海底滑坡进行分析的基础上,本文完成如下工作:(1)简要介绍了有限元强度折减法及数值计算软件ABAQUS,并通过典型斜坡算例验证了以ABAQUS为数值计算平台的有限元强度折减法研究海底滑坡的可行性。(2)采用热力学的基本理论,并考虑水合物最终分解状态下的相态演变以及水合物分解过程中海水对甲烷气体的溶解,修正了孔隙气体非逃逸的Grozic超孔压模型。通过典型海底滑坡案例,对修正的孔压模型进行验证与比较。(3)根据修正的Grozic超孔压模型,计算水合物不同分解程度下的超孔压力数值。结合有限元强度折减法,对水合物层大范围分解情况下海底斜坡稳定性进行数值模拟和评价,对方案中是否考虑超孔压的计算结果进行比较,从而得出在能源土斜坡稳定性分析中,考虑超孔压的必要性。(4)根据产气量推算单一竖井开采所引起的水合物分解范围,并与现场监测数据进行比较,从而保证后续模拟方案的准确性。针对单一竖井开采的不同阶段,水平井水平段不同长度的条件及竖井个数不同的条件分别制定模拟方案,考虑超孔压力、土体强度参数软化、地应力平衡等因素,对不同开采工况下海底能源土斜坡稳定性进行数值模拟和评价。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李天赐

导师: 孔亮,赵新波

关键词: 天然气水合物,海底斜坡,超孔压,稳定性,有限元强度折减法

来源: 青岛理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑

专业: 海洋学,石油天然气工业,新能源

单位: 青岛理工大学

分类号: P744.4

总页数: 80

文件大小: 23130K

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