天然气水合物赋存于陆地冻土带和较深海域，具有储量大、埋藏浅、污染低等优点，是重要的潜在替代能源。天然气水合物开采要满足商业化的要求，必须解决好两方面的问题：经济高效的开采方法，灾害控制及环境保护。开采方法不当会引发严重的地质灾害与环境问题，因此安全和环境保障是天然气水合物开采的前提。全书共五章，分别介绍水合物沉积物力学性质、水合物分解引起的土层层裂和喷发破坏、水合物分解对井筒及结构物的影响、水合物分解引起的海床滑塌、水合物开采过程中的现场监测及数据处理。
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中国土木工程学会岩土工程分会理事
力学所学位委员会委员
南海天然气水合物试采储层安全评价技术. 2021年中国力学学会科技进步一等奖，2021年，排名第1
目录
前言
第1章水合物沉积物力学性质1
1.1引言1
1.2水合物的结构3
1.3影响水合物沉积物力学性质的主要因素4
1.3.1天然气水合物形成的影响5
1.3.2孔喉尺度和沉积物颗粒表面性质对水合物增长和分布的影响8
1.4水合物沉积物力学性质现场调查方法11
1.4.1地球物理勘探法11
1.4.2钻孔取心法14
1.4.3测井法15
1.4.4触探17
1.5室内实验18
1.5.1三轴实验19
1.5.2基于保压岩心分析及传输系统的物理和力学参数测量28
1.5.3直剪实验30
1.5.4共振柱实验32
1.6水合物沉积物力学参数实验35
1.6.1纯冰、纯水合物三轴实验结果38
1.6.2蒙古砂为骨架的四氢呋喃水合物沉积物三轴实验39
1.6.3黏土高温烧制骨架的四氢呋喃水合物三轴实验41
1.6.4饱和粉砂应力应变曲线43
1.6.5四氢呋喃水合物粉砂沉积物力学性质实验44
1.6.6含冰和甲烷水合物沉积物力学性质实验46
1.6.7含冰和甲烷水合物沉积物力学参数汇总50
1.6.8不含冰的粉细砂土水合物沉积物力学参数53
1.6.9水合物分解过程中沉积物力学参数56
1.7直剪实验60
1.8水合物沉积物动态力学特性实验62
1.8.1实验材料与装置63
1.8.2实验步骤与内容67
1.8.3水合物沉积物动态力学性质实验69
1.8.4水合物沉积物动态力学参数模型94
1.9蠕变特性实验108
1.9.1实验108
1.9.2水合物沉积物蠕变实验拟合曲线113
1.10水合物沉积物力学性质理论模型113
1.10.1水合物沉积物力学参数(模量、强度)与水合物饱和度的关系模型113
1.10.2水合物沉积物强度模型127
1.10.3应力应变关系理论模型132
1.11小结143
参考文献143
第2章水合物分解引起的土层层裂和喷发破坏152
2.1引言152
2.2水合物分解引起土层层裂实验153
2.2.1实验设计154
2.2.2传感器布置156
2.2.3实验步骤158
2.2.4实验结果与讨论159
2.2.5分层破坏模型分析167
2.3水合物分解引起土层中气体喷发实验模拟171
2.3.1实验装置与实验技术171
2.3.2实验步骤173
2.3.3实验现象和特征173
2.3.4水合物分解引起土层破坏的能量评估178
2.3.5小结183
2.4层裂和喷发破坏的理论分析183
2.4.1层裂183
2.4.2喷发的分析188
2.4.3小结193
参考文献194
第3章水合物分解对井筒及结构物的影响197
3.1水合物钻采潜在风险197
3.2水合物分解对垂直井筒/管道的影响198
3.2.1问题量纲分析199
3.2.2水合物完全分解条件下垂直井筒及周围土层变形与破坏分析200
3.2.3水合物逐渐分解条件下井筒及周围土层变形分析223
3.2.4水平井降压开采时地层变形数值模拟227
3.2.5水合物分解对海床上水平管道的影响240
3.3小结242
参考文献243
第4章水合物分解引起的海床滑塌246
4.1引起海底水合物分解的因素246
4.2水合物分解引起的海底滑坡及灾害链247
4.2.1水合物分解相关的海底滑坡案例247
4.2.2水合物分解相关的海底泥石流249
4.2.3环境影响250
4.3理论研究251
4.3.1考虑水合物分解后地层强度降低的极限平衡方法251
4.3.2基于土层分层的土层滑塌模型252
4.4实验研究256
4.4.1问题及量纲分析256
4.4.2模型制备260
4.4.3水合物分解后土层滑塌离心机模拟实验263
4.4.4生物生成甲烷制备水合物沉积物的离心机实验结果268
4.4.5水合物分解引起地层变形的小比尺模型实验276
4.5水合物分解引起的海底泥石流289
4.6水合物分解引起地层滑塌的数值模拟291
4.6.1商用软件计算的可靠性292
4.6.2稳定性(滑坡起动)判别条件292
4.6.3控制参量2924.6.4模型建立294
4.6.5模拟结果与分析294
4.7小结328
参考文献328
第5章水合物开采过程中的现场监测及数据处理334
5.1试采监测项目简介334
5.2声波传播特性338
5.3渗透性344
5.3.1渗透率模型346
5.3.2渗流规律347
5.4含水合物地层的热力学参数及考虑水合物相变的传热规律350
5.4.1热力学参数350
5.4.2含水合物地层中的热传导353
5.4.3水合物的电阻特性374
5.4.4安全监测及数据处理系统386
5.4.5小结393
参考文献393
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