海洋天然气水合物力学性质及开采过程力学风险因素研究

It is significant to deeply and thoroughly study on the mechanics behavior of gas hydrate reservoir before the gas hydrate commercial exploitation. The risk of the gas hydrate bearing sediments and the uncertain influences on the subsea structure should be properly evaluated and effectively controlled. This can maximum reduces the possibilities of serious consequence caused by blind development. Based on the geology background of the South China Sea, this project will consider the factors in grain size of sediments, saturation of gas hydrate, temperature, confining pressure, strain rate.etc which can affect the mechanics behavior gas hydrate sediments. While the relationships between the strength of gas hydrate sediments and the decomposition by the different gas hydrate development methods will be discussed either. Furthermore, the theories of gas hydrate development methods, Multi-phase flow, thermodynamics and geo-mechanics will reinforce researching on the mechanics behavior of gas hydrate and those reservoirs, finding out the mechanics behavior response mechanism of gas hydrate reservoir by different factors and analyzing the factors of mechanics risks during the gas hydrate development. Meanwhile, the simulator TOGH-FLAC3D will be used to predict the stability of gas hydrate geo-mechanics. Finally, the basic data and theories in this project will support China's natural gas hydrate exploration and exploitation.

在天然气水合物进行商业开采之前，必须深入而彻底地了解天然气水合物储层的力学特性，对开采过程中水合物沉积层存在的各种风险以及对海底结构物的影响进行正确的评价，从而采取有效的控制措施，最大限度的降低水合物盲目开采而带来严重后果的可能性。本项目将结合南海的地质背景条件，探讨不同粒径的沉积物、水合物的饱和度、温度、围压、应变率等不同因素对含水合物沉积物力学性质的影响，以及不同水合物开采方法水合物分解过程中沉积物强度的变化。从实验介质、水合物种类、水合物饱和度以及温度、压力、应变率等方面深入研究天然气水合物及储层的力学特性，探索不同影响因素对水合物藏力学特性的响应机制，分析水合物开采过程力学风险因素，并结合水合物开采方法、多相流理论、热力学和地质力学理论，利用TOUGH-FLAC3D，模拟天然气水合物地层地质力学稳定性，最终为我国天然气水合物的勘探开发提供基础数据和理论支持。

在天然气水合物进行商业开采之前,必须深入而彻底地了解水合物储层的力学特性,对开采过程中水合物沉积层存在的各种风险以及对海底结构物的影响进行正确的评价,从而采取有效的控制措施,最大限度的降低水合物盲目开采而带来严重后果的可能性。. 本项目主要通过实验和理论研究，以筛选过后的南海储层砂为沉积物骨架，在实验室内人工合成了含甲烷水合物沉积物，并对其进行了单级和多级三轴剪切实验，重点分析了单级及多级剪切的应力应变关系。通过本项目的研究，获得含水合物沉积物的力学数据及水合物降压开采过程的力学参数演变规律的基础数据；通过理论分析了半降压剪切法以及完全降压剪切法过程中的主要影响因素；通过MHCS模型对含水合物沉积物的单级及多级剪切数据进行了拟合，分析了沉积物试样的应力应变问题，综合考虑了水合物的赋存状态和降压过程中多参数变化对试样的影响作用，修正了MHCS模型，计算了降压前后含水合物沉积物剪切过程中其应力应变关系；申请了发明专利7项，授权4项，并在国内、外发表10篇期刊研究论文，其中SCI/EI论文6篇；培养了2名青年科技骨干，其中1人顺利由助理研究员晋升为副研究员，1人由副研晋升为研究员；培养了3名研究生，其中2名2018年毕业，1名将于2019年毕业。. 我国经济的快速发展对能源的高度依赖和能源结构的不合理需要开拓新能源的供应渠道，尽早开发天然气水合物对维护我国的能源安全和国家经济发展无疑具有重大战略意义，本项目的成果可为我国南海天然气水合物的开发提供了基础数据和理论依据。