13354.凍土區(qū)天然氣水合物沉積物強度特性研究

1、碩士學位論文凍土區(qū)天然氣水合物沉積物強度特性研究ResearchontheStrengthCharacteristicsofGasHydratebearingSedimentsinthePerma?！痮stedJmentstheermatrost學21110061完成日期：201454大連理工大學DalianUniversityofTechnology大連理工大學碩士學位論文摘要天然氣水合物因其巨大的碳儲量已經(jīng)成為緩解全球能源危機的一種

2、極具商業(yè)開發(fā)價值新型能源。中國陸上凍土區(qū)面積廣闊，是天然氣水合物的總要潛在區(qū)。但多年凍土區(qū)天然氣水合物的開采具有巨大的環(huán)境影響風險，水合物的開采會導致含水合物凍土層強度降低和變形；甚至會造成塌方和地陷等自然災(zāi)害。因此，研究甲烷水合物基礎(chǔ)力學特性以及水合物開采對甲烷水合物強度特性的影響是甲烷水合物礦藏的商業(yè)開采的基礎(chǔ)。本文的主要實驗研究如下：首先，本研究利用大連理工大學自行研制的低溫高壓水合物三軸靜力學實驗儀，分析和比較了實驗室合成的不同

3、顆粒介質(zhì)(石英砂、高嶺土及砂土混合物)作為骨架的甲烷水合物沉積物的強度特性，結(jié)果表明甲烷水合物沉積物的破壞強度隨著圍壓和含砂量的增加而增加，并且隨著溫度的降低而增加。摩爾庫倫準則分析發(fā)現(xiàn)內(nèi)聚力受含砂量的影響較小，內(nèi)摩擦角隨含砂量的增加而顯著增加。此外，本文還對比分析了不同砂顆粒直徑對甲烷水合物石英砂沉積物力學特性的影響，實驗結(jié)果表明砂顆粒越粗，甲烷水合物砂質(zhì)沉積物的破壞強度越大。摩爾庫倫準則分析發(fā)現(xiàn)內(nèi)聚力受砂顆粒直徑的影響較小，而砂顆粒

4、越粗，內(nèi)摩擦焦越大。最后比較了不同的開采方式對凍土層水合物沉積物力學特性的影響。本文首先采用降壓、升溫加熱兩種水合物分解方式，并對水合物分解前后的水合物沉積物進行三軸壓縮實驗，獲得了水合物分解后排氣剪切實驗和不排氣剪切實驗下的強度和應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，以及水合物分解前的沉積物的力學特性。結(jié)果表明，兩種分解方式下，水合物分解后的沉積物強度明顯降低，排氣、不排氣剪切試驗下的強度也有較大差異。另外，本文也結(jié)合了相同工況下C02水合物沉積物與甲烷水合