[发明专利]水合物热分解引起的喷发灾害的分析与防治方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是海洋石油开采工程安全技术，具体地讲，是关于土层下水合物热分解引起的喷发灾害的分析与防治方法，以达到选取合适的开采方式和合适的开采井布置的目的。

背景技术

水合物热分解喷发破坏的物理过程为，如图1所示，热源向水合物沉积层提供热量，使得水合物热分解以及分解区域向外扩展。当水合物热分解区域达到临界半径R_cri时，孔隙气体压力克服上方土体的重力和土体强度而破坏分解区域上覆层发生喷发。在喷发发生时，分解区域上方土体的破坏有开裂、圆孔突出等表现形式，破坏的特征尺度为r；对应于热源温度下分解区域内的孔隙气体压力为p_g，上方土体的土体强度为τ_f，热源至上覆层表面的高度为h，上覆土体的平均比重为，海水压或大气压力为p₀。

现有技术中，对于水合物热分解引起喷发破坏的临界分析以及预防措施还属于空白。

发明内容

因此，本发明提出一种新的水合物热分解引起的喷发灾害的分析与防治方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种水合物热分解引起的喷发灾害的分析与防治方法，其特征在于，

1)对水合物热分解引起的喷发灾害的分析包括如下：

①水合物热分解区域半径的扩展分析

水合物沉积层中热源处首先达到水合物相平衡温度，发生相变，形成分解区域与未分解区域，其界面称为相变阵面，分解区域组成为：水、气体、土骨架，未分解区域组成为：水合物、土骨架；随着温度的升高，分解区域不断扩展，分解区域的温度取决于分解区域的平均密度ρ₁、平均比热C₁、平均热传导系数K₁、加热温度T_h、初始温度T₀、相变潜热ΔH、相平衡温度T_e，ρ₁＝ε₀ρ_g+(1-ε₀)ρ_s，C₁＝ε₀C_g+(1-ε₀)C_s，K₁＝ε₀K_g+(1-ε₀)K_s；未分解区域的温度取决于未分解区域的平均密度ρ₂、平均比热C₂、平均热传导系数K₂，ρ₂＝ε₀ρ_h+(1-ε₀)ρ_s，C₂＝ε₀C_h+(1-ε₀)C_s，K₂＝ε₀K_h+(1-ε₀)K_s，其中：ε₀为水合物的含量；ρ_h为水合物密度，ρ_s为土骨架密度，ρ_g气体密度，C_h为水合物比热，C_s为土骨架比热，C_g为气体比热，K_h为水合物热传导系数，K_s为土骨架热传导系数，K_g为气体热传导系数；

假定各个区域热传导物理参数平均，且相变潜热为常数，写出两个区域内的热学表达式为：

分解区域：

未分解区域：