含天然气水合物沉积介质力学本构关系及数值模拟研究现状

张  峰; 刘丽华; 吴能友; 卢静生; 吴  起

doi:10.3969/j.issn.2095-560X.2017.06.005

新能源进展 >

2017 , Vol. 5 >Issue 6: 443 - 449

DOI: https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2017.06.005

论文

含天然气水合物沉积介质力学本构关系及数值模拟研究现状

张峰 ,
刘丽华 ,
吴能友 ,
卢静生 ,
吴起

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1. 中国科学院广州能源研究所，中国科学院天然气水合物重点实验室，广州 510640；
2. 中国科学院大学，北京100049；
3. 青岛海洋地质研究所，国土资源部天然气水合物重点实验室，山东青岛 266071；
4. 海洋国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室，山东青岛 266071

张峰（1993-），男，硕士研究生，主要从事海洋地质和天然气水合物数值模拟研究工作。

收稿日期: 2017-08-15

修回日期: 2017-11-16

网络出版日期: 2017-12-29

基金资助

国家自然科学基金项目（41376076）；
广东省基金自由申请项目（2015A030313718）；
中国石油-中科院科技合作项目（2015-4813）

收起

Status of Constitutive Relationship and Numerical Simulation of Gas Hydrate Deposited Medium

ZHANG Feng ,
LIU Li-hua ,
WU Neng-you ,
LU Jing-sheng ,
WU Qi

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1. Key Laboratory of Gas Hydrate, Guangzhou Institute of Energy Conversion, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510640, china;
2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;
3. Key Laboratory of Gas Hydrate, Ministry of Land and Resources, Qingdao Institute of Marine Geology, Shandong Qingdao 266071, China;
4. Laboratory of Marine Mineral Resources, Qingdao National Laboratory for Marine Sciences and Technology, Shandong Qingdao 266071, China

Received date: 2017-08-15

Revised date: 2017-11-16

Online published: 2017-12-29

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摘要

天然气水合物是一种储量巨大的潜在能源，主要蕴藏在海域或陆地冻土带的多孔介质中。研究含天然气水合物沉积介质的力学性质是评价含水合物沉积介质稳定性以及水合物开采安全的基础。本文系统总结了含水合物沉积介质力学本构模型和力学数值模拟研究现状，指出邓肯–张模型和临界状态模型的适用范围及局限性，认为建立参数物理意义明确且能相对全面地描述含水合物沉积介质力学性质的力学本构方程还有很多挑战。针对含水合物沉积介质力学性质研究，开展多物理场耦合数值模拟研究是主要的研究手段。目前，TOUGH+HYDRATE和FLAC3D的耦合以及颗粒流（PFC）应用较多，考虑水合物在地层的实际分解过程，应该对沉积介质力学性质在水合物连续分解过程中的变化规律及与其他物理场的耦合作用进行深入研究。

关键词： 天然气水合物; 力学性质; 本构模型; 数值模拟

本文引用格式

张峰 , 刘丽华 , 吴能友 , 卢静生 , 吴起 . 含天然气水合物沉积介质力学本构关系及数值模拟研究现状[J]. 新能源进展, 2017 , 5(6) : 443 -449 . DOI: 10.3969/j.issn.2095-560X.2017.06.005

Abstract

Natural gas hydrates occur worldwide and have been a hot topic due to its energy and geohazard potential. Gas hydrates-bearing sediments (HBS) are natural soils that contain natural gas hydrate. The mechanical response of HBS is crucial for predicting the stability of sub-marine sediments and the gas production from natural gas hydrate reservoir. In this paper, the mechanical constitutive models and the numerical simulations of HBS are summarized. The Duncan-Chang models are simple but cannot describe the strain softening stage, the critical state models are complex. Currently, the numerical simulations of HBS require a simple and accurate model. The multi-phases coupling numerical simulation can study the influence of various parameters on the mechanical properties of the gas hydrate bearing sediments. The changes in the mechanical properties of sedimentary media during decomposition process need to be studied in depth.

Key words： natural gas hydrate; mechanical properties; mechanical constitutive model; numerical simulation

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