In this paper, a low-temperature high-pressure triaxial test system including pressure crystal device (sample preparation system) was developed, in which the conditions of hydrate stabilized can be maintained. To determine the stress strain behavior of methane hydrate, the triaxial shear tests were performed under the condition of strain rates of 1.5%/min, temperatures θ = − 5, − 10, and − 20 °C and confining pressures P = 2.5, 5 and 10 MPa. The preliminary results show that the stress strain curves can be divided into two stages: the rapid structural damage stage and the complete structural damage stage (or the yield stage). Based on the experimental and analysis results of stress strain behavior of triaxial tests, this paper proposes a modified nonlinear elastic Duncan–Chang constitutive model suitable for artificial methane hydrate. The modified model takes into account the effect of temperature and confining pressure as well as hydrate structure on the stress strain behavior. By comparing experimental with simulation results, the validity of model had been evaluated

چکیده

در این مقاله یک سیستم آزمایشی سه محوری فشار بالا و کم دما را که شامل ابزار کریستالی فشار است (سیستم تهیه ی نمونه) را توسعه دادیم که شرایط هیدرات تثبیت شده می تواند در آن برقرار باشد. برای تعیین رفتار فشار کششی هیدرات متان، آزمایشات سه محوری تحت شرایط سرعت کشش 1.5 درصد بر دقیقه و دمای تتا برابر با 5- و10- و 20- درجه ی سلسیوس فشار حدی 2.5 و 5 و 10 مگاپاسکال انجام گرفتند. نتایج اولیه نشان می دهند که نمودارهای فشار کششی می توانند به دو بخش تقسیم شوند: مرحله تخریب سریع ساختاری و مرحله تخریب کامل ساختاری (یا مرحله ی بازده). بر مبنای نتایج تحلیل شده و آزمایشی رفتار فشار کششی آزمون های سه فازی، این مقاله یک مدل اصلاح شده غیر خطی الاستیکی و ترکیبی دانکن – چانگ که برای هیدرات متان مناسب است را پیشنهاد می کند. مدل اصلاح شده تاثیر دما و فشار حدی را به خوبی تاثیر ساختار هیدرات در رفتار فشار کششی محاسبه می کند. با مقایسه نتایج شبیه سازی و آزمایشی اعتبار و درستی مدل ارزیابی شده است.

1-مقدمه

هیدرات متان توسط بعضی از محققان به عنوان یکی از نویددهنده ترین انرژی های جدید برای کم کردن بحران انرژی در نظر گرفته شد. وجود مقدار قابل توجه هیدرات متان در لایه ی منجمد اعماق زمین و رسوب اقیانوس ها در سرتاسر جهان تخمین زده شده است. تا اکنون به استخراج هیدرات متان به طور گسترده رسیدگی شده است، روش های پیشنهادی برای تجزیه هیدرات متان “depressurization” و تزریق حرارتی و استفاده از جلوگیری کننده ها در فرآورده ها به خوبی در نظر گرفته شده است...