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海洋天然气水合物降压开采地层井壁力学稳定性分析1)

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  • 【题名】:海洋天然气水合物降压开采地层井壁力学稳定性分析1)
  • 【年份】:2020
  • 【作者】:袁益龙,许天福,辛欣,夏盈莉,李冰
  • 【关键词】:天然气水合物  降压开采  传热-流动-力学耦合  地层沉降  井壁稳定
  • 【摘要】:降压开采天然气水合物使其分解会导致储层孔隙度、渗透率、孔隙压力和岩层骨架有效应力发生改变,同时降低沉积物的胶结程度,使地层的抗剪强度和承载能力降低,从而引起井壁失稳、海底滑坡、海底面沉降等工程问题.为此,在地下多相非等温数值模拟软件TOUGH+Hydrate框架内,基于扩展的三维Biot固结理论,考虑水合物分解相变、传热(T)、流动(H)、岩土体变形(M)等过程及其相互耦合作用,建立了新的水合物开采传热-流动-力学(THM)耦合数学模型,并开发有限元程序对其进行数值求解.以中国南海神狐海域GMGS1航次SH2站位水合物储层条件为研究对象,构建了垂直井降压开采THM耦合地层井壁稳定性分析模型,预测了水合物开采过程中储层温-压-力场和水合物分解区的演化规律,揭示了地层优势出砂区域和海底面沉降趋势.结果表明:储层降压导致地层有效应力增大,进而引起井周地层发生沉降,且地层的沉降主要发生在降压开采前期,最大沉降位置位于井壁周围,向储层内部延伸地层沉降量快速减小;水合物分解导致井周地层力学强度降低,加剧了储层的沉降;井筒降压造成射孔段井壁应力集中最为明显,从而造成井壁破坏的潜在风险,这些区域正是水合物开采出砂防治的关键区域.
  • 【期刊名】:力学学报
  • 【分类号】:TE53
  • 【期号】:第2期
  • 【资金项目】:国家重点研发计划(2017YFC0307304);吉林大学博士研究生交叉学科科研资助计划(10183201841)资助
  • 【作者单位】:吉林大学地下水资源与环境教育部重点实验室;吉林大学新能源与环境学院;吉林大学建设工程学院
  • 【页码】:544-555
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