メタンハイドレート長期生産時における海底貯留層変形の数値解析

甲烷水合物长期开采过程中海底储层变形的数值分析

基本信息

批准号：
15F15368
负责人：
兵動正幸
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Yamaguchi University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-11-09 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

メタンハイドレートは、種々の粒度分布を持つ地盤の中に存在しており、メタンハイドレートによる固結力がそれらの土に及ぼす影響を知ることと、生産時の分解により、どのように固結力が消失していくのかを知ることは重要なことである。本研究では、まず、種々の細粒分を有する砂にメタンハイドレートを生成させ、三軸圧縮試験を行なった。その結果、細粒分含有率の高いホスト砂程、メタンハイドレートによる固結力が高くなるという知見が得られた。また、自然のホスト砂以外にガラスビーズを用いた実験も行った。その結果、表面の滑らかなガラスビーズに対する固結力は、ひずみの増加に伴い急速に消失することが明らかとなった。これらの実験結果を用いて、簡易な構成モデルを作成した。このモデルは、メタンハイドレート胚胎砂のせん断強度やせん断剛性、ダイレイタンシー特性におよぼすホスト砂の細粒分含有率の影響を拘束圧の違いにより表すことが可能なものとなった。さらに、円筒模型実験装置を用いてガスハイドレート生産実験を行った。豊浦砂をホスト砂とした場合、試料作成から、ハイドレート生成、減圧法によるハイドレート分解実験終了まで、４週間程度で実験を行うことが出来るようになった。ホスト砂として、南海トラフのメタンハイドレート貯留層を模擬して細粒分を含む砂を準備し、その中にハイドレートを生成し、装置中央の坑井より減圧を行うことによってハイドレートの分解実験を行った。坑井から放射状に間隙水圧計と熱電対を設置したが、細粒分を有する試料では、坑井からの距離が長いほどハイドレートの分解に至るまでの時間遅れが認められ、最終的に坑井から全てのガスを回収できない結果となった。坑井近傍の砂の粒径を大きくして透水係数を上げたところ、ハイドレートの分解を促進することができ、また最終的により多くのガスの回収が可能となった。

甲烷水合物存在于各种粒径分布的地面上，重要的是要了解由甲烷水合物在这些土壤上引起的巩固力的作用，以及由于生产过程中分解而导致的巩固力如何消失。在这项研究中，甲烷水合物首先是在带有各种细晶粒的沙子上产生的，并进行了三轴压缩试验。结果，发现细晶粒含量越高，甲烷水合物引起的固化功率越高。除天然宿主沙子外，还使用玻璃珠进行了实验。结果，发现针对表面上的光滑玻璃珠的固化力随着应变的增加而迅速消失。使用这些实验结果，创建了一个简单的本构模型。该模型使表达宿主沙子的细晶粒含量对通过不同的约束压力的甲烷水合物胚胎砂的剪切强度，剪切刚度和膨胀特性的影响成为可能。此外，使用圆柱模型实验装置进行了气体水合物生产实验。当将Toyoura砂用作宿主砂时，现在可以在样品制备，水合产生水合物以及使用减压方法完成水合分解实验的大约四个星期内进行实验。作为寄主砂，通过模拟南京槽的甲烷水合物储层制备了含有细粒的砂，并在其中产生了水合物，并且水合物是分解实验，是通过从设备中心的孔中解压缩进行的。从井中径向安装了孔隙压力表和热电偶，但是对于具有细晶粒的样品，距井的距离越长，井的距离越长，直到水合分解的时间延迟，导致无法从井中回收所有气体。通过增加孔附近的砂粒径，增加了渗透系数，从而促进了水合物的分解，并最终回收了更多的气体。