天然氣水合物，俗稱“可燃冰”，是天然氣分子與水分子在相對低溫與高壓條件下形成的固態(tài)化合物，廣泛分布于大陸多年凍土地區(qū)和深海沉積物層，因其清潔、高效、量大的特點受到世界各國的關(guān)注，是一種前景廣闊的新型能源。然而，水合物開采目前仍然面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)，其中一個較高的風(fēng)險在于水合物開采可能使地層產(chǎn)生顯著變形，威脅到開采井的穩(wěn)定。

　　為此，中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所土動力學(xué)團隊在孔隙介質(zhì)化學(xué)-力學(xué)理論框架基礎(chǔ)上，提出了水合物沉積物的廣義相平衡理論，可以充分考慮水合物儲層中毛細、吸附和鹽分對水合物形成條件的影響。根據(jù)廣義相平衡理論可以推測，水合物沉積物在穩(wěn)定區(qū)內(nèi)溫-壓條件發(fā)生改變可以導(dǎo)致孔隙水合物的部分分解，進而造成儲層的基本物理力學(xué)特性的改變；進一步，研究團隊利用自行研發(fā)的實驗設(shè)備，進行了不同溫-壓路徑的分解實驗和變形監(jiān)測，證實了水合物在穩(wěn)定區(qū)發(fā)生部分分解并導(dǎo)致水合物沉積物變形。長期以來，科技人員通常只關(guān)注水合物儲層在跨越相平衡線時的分解，沒有意識到水合物穩(wěn)定區(qū)內(nèi)的分解變形。因此，本研究相關(guān)成果擴展了對水合物分解變形機理與規(guī)律的認識，為水合物資源開采提供更多有效參考。

　　相關(guān)研究成果發(fā)表于《Journal of Geophysical Research-Solid Earth》,《Journal of Natural Gas Science and Engineering》,《Geophysical Research Letters》等期刊，研究工作獲得國家自然科學(xué)基金重點項目的資助。

　　論文鏈接1: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2019JB018518

　　論文鏈接2: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1875510021000275

　　論文鏈接3: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/2021GL092860

圖1. 天然氣水合物開采方法　　 

圖2. 孔隙介質(zhì)對水合物形成條件的影響　　　

圖3. 水合物在穩(wěn)定區(qū)內(nèi)部分分解　　

（文/圖 土動力學(xué)組）