天然氣水合物沉積物不排水剪切特性的離散元模擬

作者：周世琛,郇筱林,陳宇琪,周博,薛世峰,公彬

摘要：天然氣水合物資源廣泛分布于深海淺層沉積物中,具有儲量大、能量密度高、燃燒清潔等優點,是一種極具開發前景的環保能源,深入研究天然氣水合物沉積物的力學特性是實現天然氣水合物資源安全開采的重要前提。利用常體積方法對天然氣水合物沉積物的不排水剪切特性進行了離散元模擬,并依據物理實驗結果對數值模擬結果進行了標定,最后對剪切過程中的細觀力學機制進行了分析。研究結果表明,離散元模擬能夠有效地反映水合物沉積物試樣和砂土試樣在不排水條件下的宏觀力學特性;在剪切過程中,水合物沉積物試樣和砂土試樣的平均配位數先減小后增加直至達到相對穩定值,而由于水合物的膠結作用,前者配位數的變化幅度較大;接觸力鏈網絡初始以環狀力鏈為主,接著以柱狀強力鏈為主,最后以屈曲力鏈為主;組構異性的演化規律與外部載荷關系密切,接觸法向和法向接觸力的組構異性的主方向平行于外部荷載方向,而且法向接觸力的數值比切向接觸力的數值高一個數量級。

發文機構：中國石油大學（華東）儲運與建筑工程學院 山東科技大學礦山災害預防控制省部共建國家重點實驗室培育基地 長崎大學工學部地盤環境研究室

關鍵詞：天然氣水合物沉積物不排水條件宏觀力學行為離散元細觀力學機制natural gas hydrate bearing sedimentsundrained conditionmacromechanical propertiesdiscrete element methodmesomechanical mechanism

分類號： TE133[石油與天然氣工程—油氣勘探]