摘要
天然气水合物是21世纪最具开发前景的重要能源，其沉积物力学性质及井壁稳定性是影响天然气水合物资源安全高效开发的重要因素。本文采用离散介质模型和连续介质模型相结合的方法，通过离散介质颗粒流(PFC)构建水合物沉积物数值岩心试样，研究水合物沉积物的力学性质和剪切破坏形成与演化规律；将数值实验获取的力学参数及变化规律代入连续介质有限元(FEM)模型中，研究水合物分解对井壁稳定性的影响。主要开展了以下研究工作： 1、针对水合物沉积物力学性质，基于离散介质颗粒流方法，采用同时生成土体-水合物两种类型颗粒并赋予线性接触的方式制备不同饱和度水合物沉积物数值试样，开展了系列三轴压缩条件下数值实验，研究围压、水合物饱和度对沉积物试样弹性模量、剪切强度、体积应变等力学参数的影响，确定黏聚力、内摩擦角等沉积物强度参数随饱和度的变化规律； 2、利用颗粒流线性接触模型与平行黏结接触模型相结合的方法研究水合物沉积物剪切带形成与演化规律，设计不同饱和度下水合物沉积物双轴数值加载方案，获取水合物沉积物应力应变曲线变化特征，从位移场和力链网络接触效应两个方面分析水合物沉积物剪切变形、剪切带形成与演化机理，研究水合物沉积物的渐进破坏过程； 3、针对水合物分解对井壁稳定的影响，建立注热和降压两种开采条件下的水合物分解模型，采用有限元软件ABAQUS多物理过程分析方法数值模拟注热、降压开采下水合物的分解过程，研究水合物饱和度的变化情况以及水合物分解对近井沉积层应力环境、局部结构损伤和井壁稳定性的影响，确定有利于水合物开采井壁稳定的关键环境参数和载荷条件。
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