深海底におけるメタンハイドレート堆積層の生産時安定性および生産効率の評価

深海海底甲烷水合物矿床生产稳定性和生产效率评价

基本信息

批准号：
09J10261
负责人：
米田純
金额：
$ 0.9万
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：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2010
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09J10261/
关键词：
メタンハイドレート三軸試験構成式有限要素法深海底変形

项目摘要

MHの生産に用いられる予定の減圧法は,海底地盤に井戸を掘削し,減圧することでMHを分解することでメタンガスを回収する.この間地盤内には減圧に対応した有効応力の増加が考えられ,海底地盤が変形することが予想される.そこで,MHの力学的な特性を系統だって調べるために、砂中にMHを生成し、異なる土の密度、MH飽和率、温度、背圧に対して一連の圧縮試験を行った。力学的に最も重要な結果として、MHが土の隙間を埋める割合を表すMH飽和率が高いほど、圧縮強度は高くなることが明らかとなった。さらに、変形中の画像取得可能な平面ひずみ型模型実験装置を開発し、MHの生産を想定した減圧法による分解実験を実施した。取得した写真を用いて画像解析を行い、減圧法適用時の土の変形を定性、定量的に評価することに世界で初めて成功した。次に、実験から明らかとなったMHを含む土のMH飽和率依存性を表現可能な応力ひずみモデルを構築し,開発した土-水-熱-ガス連成FEMシミュレータに組み込んだ。その結果,MH濃集層の内部は井戸からの減圧によって徐々に全体に減圧域が広がりMHが分解する様子と地盤の変形が確認された。さらに、急速に減圧した場合では、有効応力の増加とMHの分解による強度の低下によって減圧源付近で不等沈下が生じ、せん断変形が進行することで一部に破壊が生じる可能性が示唆された。しかしながら、減圧速度をコントロールすることで、初期のせん断変形は抑えられ、最終的には海底面全域において有効応力が増加し、地盤としては安定化することでMHが回収できることが明らかとなった。・社会にもたらす効果や応用例本研究の成果によって、MHの開発中に生じる地盤の変形挙動を予測することが可能となった。これにより、安全で安定的なMH生産が可能となる。さらに、本研究成果は論文および,研究発表会に投稿し,高い評価を得ることができた.

计划用于MH生产的减压方法是在海床地面提取井并解压缩MH以回收甲烷气体。在此期间，预计在地面上与减压对应的有效应力增加，预计海床地面会变形。因此，为了研究系统中MH的机械性能，在沙子中生成MH，并针对不同的土壤密度，MH饱和速率，温度和背压进行了一系列压缩测试。机械上最重要的结果表明，MH饱和速率越高，这代表MH填充土壤间隙的百分比，抗压强度越高。此外，我们开发了一种平面失真模型实验装置，该设备可以在变形过程中获得图像，并使用解压缩方法进行了分解实验，该方法旨在用于生产MH。我们在世界上首次成功地使用获得的照片，并定性和定量评估土壤变形时，将土壤的变形应用于减压方法。接下来，构建了一个能够表达含有MH的MH饱和速率的应力应变模型，该模型构建了来自实验中的MH的土壤饱和速率，并将其纳入了已发达的土壤 - 水 - 热气体耦合的FEM模拟器中。结果，已经证实，由于井的解压缩，MH浓缩层的解压缩区域在整个区域逐渐扩大，并且MH分解和变形地面。此外，当压力迅速减压时，已经提出，由于有效应力的增加和由于MH的分解而导致强度降低，导致减压源附近发生不平等的沉降，从而导致一些破坏。但是，通过控制解压缩速度，可以抑制初始剪切变形，并最终在整个海床表面增加有效应力增加，并且已经发现可以通过稳定地面来恢复MH。 - 对社会和应用示例的影响，这项研究的结果使得可以预测MH发展过程中发生的基础的变形行为。这使得安全稳定的MH生产。此外，这项研究的结果已提交给论文和研究演讲，并受到了高度赞扬。