多功能静力触探识别天然气水合物的工程实用方法研究

Natural gas hydrate is a new type of clean energy in twenty-first Century, and also occupies an important position in China's energy strategy, and it’s quite significant to solve the energy crisis, to alleviate environmental pollution and other issues in the future. Natural gas hydrate is distributed in the bottom of the sea and the cold area, and the exploration and exploitation is very difficult. In order to solve this problem, this project focuses on the identification method of natural gas hydrate by using multifunctional CPT. Compared to existing static cone penetration test functions and the characteristics of hydrate sediments，the functions of cone penetration test used to detect the hydrate will be determined. Due to the difficulties in the field experiments, the modeling experimental will be carried out in laboratory. Combining with the series measured datum obtained in the South China Sea hydrate region and the results of the modeling experimental, the variation characteristics of the static cone penetration test datum in different content of gas hydrate will be studied, and the qualitative identification of hydrate reservoirs through cone penetration test will be found. Based on this, the sensitivity of the static cone penetration parameter to the hydrate will be studied, and the relationship between CPT datum and the hydrate content will be analyzed, and the quantitative evaluation method of gas hydrate reservation will be established by fuzzy mathematics and neural network theory. This project can not only promote multifunction CPT detection theory research and practical application, but also enrich and improve the natural gas hydrate exploration tools and evaluation methods. It will make an important contribution to the development of new energy sources.

天然气水合物是21世纪重点开发的新型清洁能源，在我国未来能源战略中占有重要位置，对于解决能源危机、缓解环境污染等问题具有重要意义。水合物分布于海底和高寒地区，勘探和开采比较困难。本项目针对这一难题，重点研究利用多功能静力触探技术识别海底水合物的技术方法。对比现有静力触探的测试功能和水合物沉积物所具有的特性，确定用于识别水合物的静力触探主要功能；针对现场实验的困难，拟采用室内模型实验研究，结合南海水合物区获得的系列实测数据，研究含水合物土体的静力触探测试数据变化特征，从而找到采用多功能静力触探定性识别水合物储层的方法；并进一步采用模糊数学、神经网络等理论，研究静力触探参数对水合物的敏感性，分析测试数据与水合物含量的相关性，进而建立水合物储量的评价方法。本项目研究不仅可以促进多功能静力触探的测试理论研究和应用实践，而且可以丰富和改进天然气水合物勘探手段和评价方法，为新能源开发做出重要贡献。

天然气水合物具有极高的资源价值，我国已将天然气水合物纳入能源开发计划之中。作为传统的岩土工程现场勘察重要技术方法之一，静力触探在海洋地质以及天然气水合物的勘察应用研究与探索也倍受关注。.本项目围绕多功能静力触探技术识别海底水合物的研究目标，在收集整理海底天然气水合物资料的基础上，研制了可生成水合物的低温高压反应釜式静力触探模型试验装置，进行了水合物生成与分解过程中电阻率等参数变化特征的试验研究，利用数值模拟方法分析了土体工程性质参数对测试数据的影响，在此基础上分别开展了含二氧化碳水合物砂及含四氢呋喃水合物砂的多功能静力触探模型试验，研究了含水合物土的孔压静力触探试验测试数据的变化规律。.取得的研究成果主要有：（1）研制了低温高压釜式静力触探模型实验装置。该装置可以控制模拟沉积物的土压力、水压力、温度，最大程度的模拟实际土体所处的地质环境；能够精准量测水合物生成过程中的用气量，从而换算出土体中水合物含量。（2）水合物生成过程中电阻率变化可分五个阶段。水合物生成过程中，电阻率在短暂的减小后开始上升，待增大至一定值后，有一个持续时间较久的平台期，此后电阻率以较大速率快速增大，至全部结晶生成；通过监测模拟沉积物中的电阻率变化情况可以了解反应釜中水合物生成情况。（3）随着压缩模量的增大锥尖阻力呈现明显增大的趋势，但随着围压增大这种增大趋势逐渐减缓；随着抗剪强度的增大锥尖阻力也呈现增大的趋势。（4）与不含水合物砂样相比，含水合物砂样锥尖阻力和侧摩阻力都显著增大，摩阻比也有一定程度上的提高；砂样粒径越小，含水合物砂较不含水合物砂的锥尖阻力和侧摩阻力增加幅度越大；随着水合物饱和度的增加，含水合物砂的锥尖阻力、侧摩阻力、电阻率均也表现出明显增大的趋势。.本项目研究成果，不仅促进了多功能静力触探的测试理论和应用的发展，而且可以为静力触探应用于水合物勘测提供重要的参考数据和一定的理论支持。