循环温度荷载下高温管道-软土地基相互作用模型试验研究

高温管道运输是油气资源长距离输送最为经济有效的方式之一,其中高温管道-软土地基相互作用机制是分析其服役稳定性的关键。高温管道服役期间向软土地基传递热量,引起地基复杂的热水力多场耦合作用,改变地基的承载性能,显著影响管道服役稳定性。研制了能模拟管道温度变化的高温管道-软土地基相互作用模型试验系统,针对高温管道启停与运行过程中的循环温度荷载作用,开展了不同预压应力地基、管道加热功率及加热方式下的模型试验,探究了循环温度下高温管道服役期间管周地基温度与孔压演化规律、管周地基约束力发挥过程及地基承载演变特性。试验表明:持续升温过程中管周土体孔压上升,升至峰值后显著下降,甚至出现负孔压,此阶段利于管道的稳定性;循环温度加载时,温度循环诱发地基孔压随之波动,管侧孔压波动幅值较管顶与管底较小;管道上拔过程中,位移达到约1.2倍管径时地基土体达其极限承载力,较大的先期固结压力会提供较大的承载力,但超固结和正常固结地基土的上拔承载力相差不大;试验时地基T-bar测试显示,在管道埋深处,单次加热维持高温阶段地基强度有明显增强,停止加热后地基土较加热前强度亦有所增加。

降压边界和水合物饱和度对含水合物沉积物分解特性影响

水合物开采时的降压边界和水合物饱和度对研究储层分解和变形特性具有重要意义。基于浙江大学研制的水合物伺服降压开采实验装置,针对不同初始水合物饱和度的沉积物模型,通过竖井降压和上边界一维降压两种方式的开采实验研究含水合物沉积物分解特性,探索水合物饱和度和降压边界条件对水合物相变速率、液气渗流模式和骨架变形特性的影响规律。结果表明:随着水合物饱和度增大,含水合物沉积物固有渗透率显著下降,水合物的非均匀分布引起局部孔隙封闭现象。水合物沉积物中的赋存形式由胶结型逐渐转为孔隙填充型,水合物比表面积随之下降,降低水合物相变分解速率。竖井降压利于实验中模型排水、增大气相相对渗透系数从而出现较高产气速率峰值,开采井周土体沉降、远离井区域出现隆起变形。一维降压实验中模型产水量较小,液相热容高、传热快的特性促使模型传热效率和水合物相变速率提高,水合物分解后模型整体呈隆起变形。