天然气水合物与海底滑坡研究

【摘要】： 海底天然气水合物储量巨大,被认为是未来替代能源之一。在海底斜坡,水合物分解时产生的体积变化和超孔隙压力快速积聚会导致的海底滑坡,破坏深海油气钻探、输油管道、海底电缆等海底工程设施,危害人类生命财产安全。因此研究水合物与海底滑坡对于有效地规避风险、安全开发水合物具有重要的意义。 本文在分析水合物赋存地层的特性和水合物分解特点的基础上,建立水合物分解的孔隙压力变化模型;根据极限平衡原理,利用孔隙压力变化模型修正无限边坡方程;利用修正的无限边坡方程和有限元法对不同情况和Storegga滑坡、波弗特海滑坡案例进行分析,结果表明:两种方法均具有可行性;当水合物分解层的深度较浅时,无限边坡方程与有限元模拟结果很相近,具有可靠性;若边坡长度很长时,无限边坡方程可不受破裂面深度的限制;无限边坡方程比有限元法更安全,且不需要重复输入参数,可节省时间。应用修正的无限边坡方程进行海底滑坡影响因素的敏感性分析,结果表明水合物原始饱和度、水合物分解速率、海底斜坡坡度、水合物层孔隙度等参数对海底滑坡有较大影响。最后,论文建立了水合物开采过程中水合物原始饱和度、水合物开采区域倾角和盖层厚度与开采压力的关系,对开采中能否产生海底滑坡进行定量分析,表明直井开采水合物最不容易产生海底滑坡。 【关键词】：天然气水合物 水合物分解 海底滑坡 安全系数
【学位授予单位】：中国石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：P744.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 课题的来源、目的和意义9
• 1.2 国内外研究现状9-14
• 1.2.1 天然气水合物藏研究现状9-11
• 1.2.2 海底滑坡研究现状11-12
• 1.2.3 海底边坡稳定性分析方法的研究现状12-13
• 1.2.4 水合物开采中的储层稳定性13-14
• 1.3 研究目标、研究内容、拟解决的关键问题14-16
• 1.3.1 研究目标14
• 1.3.2 研究内容14-15
• 1.3.3 拟解决关键问题15-16
• 第二章 天然气水合物的性质及储层特性16-22
• 2.1 天然气水合物的结构和能源潜力16-17
• 2.1.1 天然气水合物的结构16
• 2.1.2 天然气水合物的能源潜力和影响16-17
• 2.2 天然气水合物赋存地层特性分析17-21
• 2.2.1 天然气水合物赋存地层的物理化学特征17-18
• 2.2.2 天然气水合物在沉积地层中的分布模式18-20
• 2.2.3 天然气水合物赋存地层的力学特性20
• 2.2.4 天然气水合物赋存地层的孔隙度和水合物饱和度20-21
• 2.3 本章小结21-22
• 第三章 含天然气水合物的海底滑坡机理22-39
• 3.1 水合物的形成和分解22-24
• 3.1.1 水合物的形成22
• 3.1.2 水合物的分解22-23
• 3.1.3 水合物分解的影响因素23-24
• 3.2 水合物的稳定性24-29
• 3.2.1 天然气水合物的温压曲线24-26
• 3.2.2 天然气水合物稳定带的模拟26-27
• 3.2.3 影响因素分析27-29
• 3.3 海底滑坡机理29-38
• 3.3.1 自然界海底滑坡的过程和机理29-31
• 3.3.2 天然气水合物作为触发机制31-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第四章 水合物分解引起的海底边坡稳定性模拟39-70
• 4.1 水合物分解模型39-44
• 4.2 分析方法44-53
• 4.2.1 无限斜坡方程(安全系数法)44-48
• 4.2.2 有限元法48-53
• 4.3 自然界的滑坡案例研究53-58
• 4.3.1 Storegga滑坡53-54
• 4.3.2 波弗特海滑坡54-58
• 4.3.3 分析结果58
• 4.4 敏感性分析58-68
• 4.4.1 参数值的选择59-60
• 4.4.2 自由气体的压缩率60-61
• 4.4.3 水合物分解速率61-62
• 4.4.4 水深62
• 4.4.5 水合物分解层的深度62-63
• 4.4.6 水合物原始饱和度63-65
• 4.4.7 两个水深处，两种坡角的比较65-66
• 4.4.8 内摩擦角的影响66-67
• 4.4.9 孔隙比的影响67
• 4.4.10 塑性指数的影响67-68
• 4.5 本章小结68-70
• 第五章 开采中产生海底滑坡的可能性研究70-77
• 5.1 水合物开采中的滑坡机理分析70-73
• 5.1.1 开采中的滑坡机理70-71
• 5.1.2 降压和注热开采中的滑坡原因71-73
• 5.2 影响开采中的储层稳定性的因素73-75
• 5.3 本章小结75-77
• 第六章 结论77-79
• 参考文献79-83
• 致谢83

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