岩土力学 ›› 2018, Vol. 39 ›› Issue (12): 4508-4516.doi: 10.16285/j.rsm.2017.0784

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

降压开采过程中含水合物沉积物的力学特性研究

吴 起1,2,3,4,5,卢静生1,2,3,4,李栋梁1,2,3,4,梁德青1,2,3,4   

  1. 1. 中国科学院广州能源研究所, 广东 广州510640;2. 中国科学院 天然气水合物重点实验室,广东 广州 510640;3. 中国科学院 广东省新能源和可再生能源研究开发与应用重点实验室,广东 广州 510640;4. 中国科学院广州天然气水合物中心,广东 广州510640; 5. 中国科学院大学,北京 100049
  • 收稿日期:2017-04-25 出版日期:2018-12-11 发布日期:2018-12-31
  • 通讯作者: 李栋梁,男,1976年生,博士,研究员,硕士生导师,主要从事天然气水合物基础物性及动力学研究、天然气水合物开发过程中的岩土力学与工程问题方面的研究工作。E-mail: ldl@ms.giec.ac.cn E-mail:wuqi@ms.giec.ac.cn
  • 作者简介:吴起,男,1991年生,硕士研究生,主要从事天然气水合物开发过程中的岩土力学与工程问题方面的研究工作。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No. 51474197,No. 51661165011)和国家重点研发计划(No. 2016YFC0304002)

Experimental study of mechanical properties of hydrate-bearing sediments during depressurization mining

WU Qi1,2,3,4,5, LU Jing-sheng1,2,3,4, LI Dong-liang1,2,3,4, LIANG De-qing1,2,3,4   

  1. 1. Guangzhou Institute of Energy Conversion, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou, Guangdong 510640, China; 2. Key Laboratory of Gas Hydrate, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou, Guangdong 510640, China; 3. Guangdong Provincial Key Laboratory of New and Renewable Energy Research and Development, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou, Guangdong 510640, China; 4. Guangzhou Center for Gas Hydrate Research, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou, Guangdong 510640, China; 5. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
  • Received:2017-04-25 Online:2018-12-11 Published:2018-12-31
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (51474197,51661165011) and the National Key Research and Development Plan of China(2016YFC0304002).

摘要: 天然气水合物是一种潜在的能源资源,开采过程中,水合物的分解会造成工程和地质等安全隐患。为研究降压开采过程中多因素综合影响条件下沉积物的力学性质,在自主研发的低温高压三轴仪上进行了不同围压条件下含水合物沉积物的剪切试验。试验结合常规三轴剪切及一个试样多级加荷的方法,并加入了水合物的降压分解过程。结果表明:水合物的存在可以显著提高沉积物的抗剪强度。在降压分解过程中,含水合物沉积物试样的力学强度受到有效围压和孔隙中水合物含量的综合影响。前期试样由于孔隙压力降低导致有效围压大幅增加,试样抗剪强度增大,后期由于水合物含量的大幅降低,试样在较高有效围压下抗剪强度下降。有效围压对含水合物沉积物试样的体积应变有较大的影响,较高的有效围压会导致含水合物试样产生显著的剪缩现象。

关键词: 含水合物沉积物, 降压开采, 力学特性, 三轴剪切试验

Abstract: Natural gas hydrate is anticipated to be a potential energy resource. During the mining process from methane hydrate reservoir, the decomposition of methane hydrate can cause risks threatening the safety of engineering and geology. A series of shear tests under different confining pressure conditions was carried out using self-developed low-temperature and high-pressure triaxial apparatus to investigate the mechanical properties of sediments containing methane hydrate under different conditions. The experiment combined with conventional triaxial shear method and multi-stage loading tests was focused on the hydrate decomposition process. It was found that the strength of the sediments was significantly increased due to the presence of hydrates. In the process of depressurization, the strength of sediments was found to be affected by the variations of effective confining pressure and the hydrate saturation. At the early stage, due to the decrease of pore pressure, the effective confining pressure significantly increased, and the shear strength increased as well. In the later stage, the shear strength of samples decreased under high effective confining pressure due to the decrease of hydrate content. The effective confining pressure had a great effect on volumetric strain of the hydrate sediments, and higher effective confining pressure led to obvious shear shrinkage.

Key words: methane hydrate-bearing sediments, depressurization, mechanical properties, triaxial tests

中图分类号: 

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[1] 郤保平, 吴阳春, 王帅, 熊贵明, 赵阳升, . 热冲击作用下花岗岩力学特性及其随冷却温度 演变规律试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(S1): 83-94.
[2] 蒋长宝, 魏 财, 段敏克, 陈昱霏, 余塘, 李政科, . 饱水和天然状态下页岩滞后效应及阻尼特性研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(6): 1799-1808.
[3] 孟庆彬, 钱唯, 韩立军, 蔚立元, 王丛凯, 周星, . 极弱胶结岩体再生结构的形成机制 与力学特性试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(3): 799-812.
[4] 闫超萍, 龙志林, 周益春, 旷杜敏, 陈佳敏, . 钙质砂剪切特性的围压效应和粒径效应研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 581-591.
[5] 金爱兵, 刘佳伟, 赵怡晴, 王本鑫, 孙浩, 魏余栋, . 卸荷条件下花岗岩力学特性分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 459-467.
[6] 彭守建, 岳雨晴, 刘义鑫, 许江, . 不同成因结构面各向异性特征及其剪切力学特性[J]. 岩土力学, 2019, 40(9): 3291-3299.
[7] 雷江, 陈卫忠, 李翻翻, 于洪丹, 马永尚, 谢华东, 王富刚, . 引红济石引水隧洞围岩力学特性研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(9): 3435-3446.
[8] 王冲, 胡大伟, 任金明, 周辉, 卢景景, 刘传新, . 侵蚀性环境对地下结构渗透和力学特性影响研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(9): 3457-3464.
[9] 丛 怡, 丛 宇, 张黎明, 贾乐鑫, 王在泉, . 大理岩加、卸荷破坏过程的三维颗粒流模拟[J]. 岩土力学, 2019, 40(3): 1179-1186.
[10] 王家全, 张亮亮, 赖 毅, 陆梦梁, 叶 斌, . 加筋土挡墙静动力学特性大模型试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(2): 497-505.
[11] 崔凯, 冯飞, 谌文武, 汪小海, 程富强, . 生石灰为掺料的土遗址裂隙注浆浆液结石体 力学兼容性研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(12): 4627-4636.
[12] 李静, 孔祥超, 宋明水, 汪勇, 王昊, 刘旭亮, . 储层岩石微观孔隙结构对岩石力学特性 及裂缝扩展影响研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(11): 4149-4156.
[13] 张小玲, 夏飞, 杜修力, 许成顺, . 考虑含水合物沉积物损伤的多场耦合模型研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(11): 4229-4239.
[14] 郭孔灵, 杨磊, 盛祥超, 梅洁, 李邦翔, 张波, 杨为民, 宋光啸, . 水力耦合作用下含三维裂隙类岩石材料的 破裂力学行为及声发射特征[J]. 岩土力学, 2019, 40(11): 4380-4390.
[15] 周科平, 刘 维, 周彦龙, 林 允, 薛 轲. 不同渗透力的类充填体力学特性及损伤软化 本构模型研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(10): 3724-3732.
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