深海天然气水合物开采诱发海底地质灾害预测与控制模拟研究

摘要

煤炭、石油、天然气一直以来作为人类社会的三大主体能源，支撑着整个人类社会，推动着人类社会的不断发展，然而，由于大量使用化石能源致使全球环境日益恶化，温室效应等环境问题日益突出。随着全球化进程的逐步深化，未来世界的竞争将是能源的竞争，天然气水合物作为一种新型能源以其高热量、储量大和绿色环保的特点引起了世界各国的极大注意。掌握天然气水合物的开采技术就等于掌握了未来世界竞争的话语权。
　　深海天然气水合物的大规模商业化开采可能会引起海底变形沉降、开采井坍塌、海底滑坡等。本文针对深海天然气水合物开采所涉及到的工程力学问题，对已开展的天然气水合物人工试件实验室实验，利用模拟软件 PFC及有限差分软件 FLAC3D做了验证，以期为我国深海天然气水合物安全开采提供理论依据与技术支持。
　　利用颗粒流离散元软件PFC建立多孔介质数值试件研究天然气水合物力学特性，与室内实验结果进行了对比，确定了模型的可靠性，解决了物理实验中天然气水合物试件制作费时及不可重复的问题。
　　构建了流体-热-力学耦合的力学模型，利用有限差分法软件FLAC3D预测了南海神狐海域天然气水合物开采海底变形范围及变形特征。通过分析不同的开采方法时海底的沉降特性，对南海神狐海域天然气水合物开采进行了评价。
　　提出了通过构筑二氧化碳水合物人工顶板控制天然气水合物开采对海底变形影响的思路，对比了二氧化碳人工顶板构筑前后海底的变形范围，验证了该思路的可行性。

目录

声明

1 绪 论

1.1 课题的提出及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容及技术路线

2 NGH力学性质研究

2.1 NGH沉积层力学性质室内实验

2.2 NGH力学性质数值模拟

2.3 本章小结

3 天然气水合物开采后海底稳定性预测[65]

3.1 模型的建立

3.2 南海神狐海域开采模型

3.3 海底沉降的分析

3.4 本章小结

4 CO2水合物人工顶板控制天然气水合物开采海底变形研究

4.1 CO2水合物力学性质室内实验

4.2 CO2水合物人工顶板控制海底变形数值模拟

4.3 本章小结

5 主要结论与展望

5.1 主要结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间主要成果

致谢