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摘要
天然气水合物是极具潜力的未来清洁能源之一,海洋天然气水合物的大规模商业开采可能影响周边深水设施基础结构的承载性能,进而诱发工程事故和环境风险。本文采用数值模拟的方法研究水合物降压开采过程中典型深水锚板基础的抗拔承载性能的变化规律。基于Python语言开发了含水合物多孔介质的多相流分析程序TOUGH+HYDRATE和有限元商业软件ABAQUS的交互模块,实现了水合物开采过程中储层—锚板基础相互作用的热—流—力—化学(THMC)单向时序耦合分析。根据南海水合物富集区典型储层条件,建立了水合物储层—锚板基础数值模型,模拟经历不同开采时间后锚板拉拔承载试验。结果表明,锚板承载性能同时受控于两种机制:(1)孔压下降引起储层摩擦强度增加,提高锚板抗拔承载力;(2)水合物分解引起储层黏聚强度减小,降低锚板抗拔承载力。当锚板距离开采井较近时,两种机制交替起主导作用,锚板抗拔承载力先提高后降低;当距离较远时,降压的影响机制并不明显,锚板抗拔承载力随时间降低。当水合物停采后,孔压影响机制消失,锚板抗拔承载力降低至初始值的20%左右。
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单位土木工程防灾国家重点实验室; 岩土及地下工程教育部重点实验室; 同济大学
