含天然气水合物砂质沉积物的临界状态模型

作     者：雷继超 李芬 胡丹 李志鹏 苏子昂 

作者机构：武汉理工大学船海与能源动力工程学院 武汉理工大学三亚科教创新园 

出 版 物：《工程力学》 (Engineering Mechanics)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 082002[工学-油气田开发工程] 

基　　金：海南省科技计划三亚崖州湾科技城联合项目(2021JJLH0088) 水利工程仿真与安全国家重点实验室开放基金资助项目(HESS-2105) 

主　　题：本构模型 砂质沉积物 临界状态理论 应力分配 SANISAND模型 

摘      要：赋存于砂质储层中的天然气水合物相对于赋存在黏性储层中天然气水合物更易开采，准确模拟砂质沉积层的力学变化特性，对评估在天然气水合物开发过程中海底结构稳定性及防止海底滑坡等地质灾害具有重要意义。然而，针对考虑水合物分解效应的含天然气水合物砂质沉积物本构模型的研究仍较为匮乏。为了准确模拟天然气水合物砂质沉积物的力学特性，本文基于应力分配概念和SANISAND模型框架构建适用于含天然气水合物沉积物的临界状态模型，通过利用应力分配的概念描述水合物在沉积物整体受力中所起到的作用，从而考虑水合物的存在对沉积物骨架力学行为的改变。此外，通过在临界状态线控制方程中引入水合物饱和度相关参数，使模型能够考虑水合物填充效应对沉积物剪缩和剪胀行为的影响。该模型可以考虑由于水合物的存在导致的剪切强度的增长及剪胀效应，以及预测由于水合物分解导致的土体力学特性的变化。通过利用建立的模型对含天然气水合物砂质沉积物的室内排水三轴剪切试验结果进行预测，验证了所建立模型的正确性和有效性。