趙金洲 李海濤 張烈輝 孫萬(wàn)通 伍開(kāi)松李清平 趙 軍 呂 鑫 王國(guó)榮

1.“油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·西南石油大學(xué) 2.中海油研究總院有限責(zé)任公司

0 引言

天然氣水合物（以下簡(jiǎn)稱水合物）被認(rèn)為是21世紀(jì)最有潛力的接替能源。國(guó)土資源部等勘探初步圈定了我國(guó)南海11個(gè)潛在水合物賦存區(qū)域，遠(yuǎn)景資源量約680×108t[1]?！秶?guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》將“天然氣水合物開(kāi)發(fā)技術(shù)”部署為27項(xiàng)前沿技術(shù)之一。較之于常規(guī)油氣儲(chǔ)層，海洋水合物賦存區(qū)域大多具有埋藏深度淺、礦藏疏松、弱膠結(jié)或未膠結(jié)、不穩(wěn)定、無(wú)致密蓋層、無(wú)發(fā)育完備的生儲(chǔ)蓋組合等特征（非成巖水合物占比超過(guò)85%[2]）。目前，開(kāi)采海洋水合物主要采用降壓、注熱、注劑、置換等方法[3-7]，并且國(guó)內(nèi)外已實(shí)施的水合物試采多以前者為主。采用降壓法開(kāi)采，水合物無(wú)序分解且不可控，將面臨5種風(fēng)險(xiǎn)：①泥砂大量入井堵塞停產(chǎn)；②大量分解天然氣逸散到海水中，資源浪費(fèi)、采氣率和產(chǎn)量均低；③生產(chǎn)裝備失穩(wěn)失控；④大量逸散天然氣破壞海洋生態(tài)并產(chǎn)生溫室效應(yīng)；⑤水合物礦體潰散塌陷引發(fā)海底滑坡[8-13]。為此，筆者所在的由中國(guó)海洋石油集團(tuán)有限公司、西南石油大學(xué)、四川宏華石油設(shè)備有限公司等單位組成的聯(lián)合項(xiàng)目組（以下簡(jiǎn)稱聯(lián)合項(xiàng)目組）歷經(jīng)多年的協(xié)同攻關(guān)，提出了海洋水合物固態(tài)流化開(kāi)采原理，研發(fā)了具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全球首個(gè)海洋水合物固態(tài)流化開(kāi)采大型物理模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)[8-13]。

固態(tài)流化開(kāi)采整個(gè)工業(yè)過(guò)程在海底水合物礦區(qū)進(jìn)行，未改變海底水合物的溫度、壓力條件，不會(huì)引發(fā)其大量分解，從而實(shí)現(xiàn)了原位固態(tài)開(kāi)發(fā)，避免了水合物分解可能帶來(lái)的工程地質(zhì)災(zāi)害和溫室效應(yīng)；同時(shí)，該方法利用了水合物在傳輸過(guò)程中溫度、壓力的自然變化，實(shí)現(xiàn)了水合物在密閉井筒范圍內(nèi)的可控有序分解。因此，該方法可以有效破解常規(guī)開(kāi)采方法所面臨的井底出砂、水合物無(wú)序分解等難題[11]。2017年5月25日，聯(lián)合項(xiàng)目組在中國(guó)南海北部荔灣3站位成功實(shí)施了全球首次海洋淺層非成巖水合物固態(tài)流化試采作業(yè)，在海洋淺層水合物的安全、綠色試采方面進(jìn)行了創(chuàng)新性的探索。這也標(biāo)志著我國(guó)水合物勘探開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)已取得歷史性突破[4]。

依托前述實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，筆者研發(fā)了海洋非成巖水合物固態(tài)流化開(kāi)采模擬實(shí)驗(yàn)方法及技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了1 500 m水深、4 500 m管長(zhǎng)水合物固態(tài)流化開(kāi)采的全過(guò)程模擬，包括：①水合物大樣品快速制備、高效破碎、漿體調(diào)制“三位一體”實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)，20 h內(nèi)可制備1 062 L目前世界最高產(chǎn)量的水合物樣品；②水合物漿體保真運(yùn)移方法和技術(shù)；③水平段56 m垂直段30 m分段組合、逐點(diǎn)加密、多次循環(huán)、多次降壓、多次升溫的水合物顆粒、泥砂、分解氣、配制海水復(fù)雜漿體管輸模擬實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)?；谠撃M實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)，開(kāi)展了海洋非成巖水合物固態(tài)流化開(kāi)采快速制備、高效破碎及管輸物理模擬實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了海洋非成巖水合物固態(tài)流化開(kāi)采相關(guān)理論模型的準(zhǔn)確性，揭示了海洋非成巖水合物固態(tài)流化開(kāi)采過(guò)程中的關(guān)鍵參數(shù)變化規(guī)律。通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)M，證明了固態(tài)流化開(kāi)采原理的科學(xué)性和開(kāi)采工藝的可行性，指導(dǎo)制訂固態(tài)流化試采方案和設(shè)計(jì)工藝流程，確保了全球首次水合物固態(tài)流化試采的成功。

1 海洋非成巖水合物固態(tài)流化開(kāi)采大型物理模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

聯(lián)合項(xiàng)目組原始創(chuàng)新自主設(shè)計(jì)、自主研發(fā)并建成了全球首個(gè)海洋非成巖水合物固態(tài)流化開(kāi)采大型物理模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)[9]，如圖1所示。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)能夠模擬1 500 m水深的全過(guò)程海洋非成巖水合物固態(tài)流化開(kāi)采工藝過(guò)程。主體功能包括：①水合物大樣品快速制備；②水合物樣品物性測(cè)試；③水合物礦體破巖規(guī)律研究；④水合物固態(tài)流化攜巖能力評(píng)價(jià)。

圖1 非成巖水合物固態(tài)流化開(kāi)采大型物理模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖

2 海洋非成巖水合物固態(tài)流化開(kāi)采實(shí)驗(yàn)?zāi)M

2.1 關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)

2.1.1 提出了海洋非成巖水合物大樣品快速制備與破碎模擬實(shí)驗(yàn)方法及技術(shù)

1）突破了水合物大樣品快速原位制備的技術(shù)瓶頸：模擬壓力介于0～16 MPa、溫度介于 －10～5 ℃環(huán)境，采用“三位一體”（攪拌法—鼓泡法—噴淋法）的方法，最大樣品制備量達(dá)1 062 L、制備時(shí)間小于20 h。

2）突破了水合物原位破碎的技術(shù)瓶頸：發(fā)明了上、下可移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)的破碎工具，實(shí)現(xiàn)了水合物原位破碎模擬。

3）突破了水合物漿體調(diào)制的技術(shù)瓶頸：定量混合海水及泥砂，精確調(diào)制水合物漿體。

2.1.2 發(fā)明了海洋非成巖水合物漿體高效管輸模擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)

為保障水合物樣品經(jīng)碎化、注水調(diào)制成漿體后保真運(yùn)移至水合物管輸系統(tǒng)，發(fā)明了保溫、保壓、保粒度、保安全運(yùn)移的海洋非成巖水合物漿體保真運(yùn)移方法及技術(shù)：①利用穩(wěn)壓、制冷系統(tǒng)向管輸系統(tǒng)循環(huán)高壓、低溫海水，使管道內(nèi)的溫度和壓力與制備釜的溫度和壓力相同；②利用穩(wěn)壓系統(tǒng)對(duì)制備釜進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)壓；③利用濾網(wǎng)系統(tǒng)保證水合物粒徑為實(shí)驗(yàn)所需的粒徑；④利用壓差解堵系統(tǒng)自動(dòng)解堵，以保證水合物漿體的安全運(yùn)移。

2.1.3 提出了海洋非成巖水合物漿體高效管輸模擬實(shí)驗(yàn)方法

1.1 一般資料 回顧性分析2017年11月至2018年2月期間于北京醫(yī)院內(nèi)分泌科門(mén)診就診并接受微創(chuàng)治療的出血型甲狀腺囊性結(jié)節(jié)患者15例。其中男性6例，女性9例；年齡（53.7±13.9）歲；囊性結(jié)節(jié)單發(fā)14例，多發(fā)1例，大小范圍4.9～59.5 mL，大?。?7.41±13.84）mL。本研究獲得全部患者的知情同意。

1）突破了物質(zhì)平衡條件下溫度、壓力連續(xù)調(diào)節(jié)全過(guò)程模擬的技術(shù)瓶頸：采用水平段56 m、垂直段30 m多次循環(huán)（每次模擬水合物漿體向上管輸?shù)母叨龋?、多次降壓（由海底高壓逐?jí)降低至海面低壓條件）、多次升溫（由海底低溫逐級(jí)升高至海面常溫環(huán)境）模擬實(shí)驗(yàn)方法，實(shí)現(xiàn)了1 500 m水深、4 500 m管長(zhǎng)海洋非成巖水合物固態(tài)流化開(kāi)采管輸全過(guò)程模擬（海底至海面）。

2）突破了相變非平衡模擬的技術(shù)瓶頸：模擬水合物自然解析、氣態(tài)舉升，實(shí)現(xiàn)了多相復(fù)雜漿體非平衡分解及對(duì)其相變規(guī)律的研究。

3）突破了保溫保壓相含量測(cè)試的技術(shù)瓶頸：采用保溫保壓直接取樣，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水合物及其分解產(chǎn)物的分離、計(jì)量和分析。

4）突破了混輸泵高滑脫、高固相、高吸入口壓力的技術(shù)瓶頸：采用螺桿泵降低滑脫、高偏心定—轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)大粒徑高固相含量輸送、機(jī)械與旋轉(zhuǎn)密封提高入口壓力，滿足了水合物1 500 m水深管輸?shù)囊蟆?/p>

2.1.4 發(fā)明了動(dòng)態(tài)圖像捕捉、數(shù)據(jù)采集及安全控制模擬實(shí)驗(yàn)方法及技術(shù)

突破了水合物大樣品快速制備與成藏物理模擬、水合物破碎與漿體保真運(yùn)移模擬、水合物漿體高效管輸特性與分離模擬等技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)圖像的自動(dòng)采集與存儲(chǔ)，以及不同模擬環(huán)境下實(shí)驗(yàn)所需壓力、壓差、溫度、排量、流速、質(zhì)量流量、體積流量、相含量、鉆壓、扭矩、轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)的精確模擬。

2.2 模擬實(shí)驗(yàn)方案

2.2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙饬x

2.2.2 實(shí)驗(yàn)總體方案及流程

1）根據(jù)海洋水合物的組成，模擬預(yù)制水合物（含砂）樣品；制備釜中形成水合物礦體后，將其原位破碎，破碎時(shí)加入定量海水，精確配制實(shí)驗(yàn)所需的水合物漿體，并將其保溫、保壓、保粒度、保安全運(yùn)移至水合物漿體高效管輸與分離模塊。

2）通過(guò)多次循環(huán)（每次模擬固態(tài)流化開(kāi)采垂直管線中上升30 m的高度）、多次調(diào)壓（由海底的12 MPa至海面的0.1 MPa）、多次換熱升溫（由海底的2 ℃至海面的40 ℃），綜合每組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)完成全過(guò)程管流模擬。

3）自動(dòng)采集與存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)全過(guò)程中的動(dòng)態(tài)圖像及溫度、壓力、流量、粒度等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析及處理。

2.3 水合物大樣品快速制備模擬實(shí)驗(yàn)

采用噴淋法—鼓泡法—攪拌法“三位一體”的水合物樣品快速制備方法，在制備釜內(nèi)快速制備水合物大樣品（直徑950 mm×長(zhǎng)度1 500 mm、最大制備量1 062 L）。依托該制備釜制備的非成巖水合物大樣品如圖2所示，測(cè)試分析得到水合物在不同孔隙飽和度下偏應(yīng)力與應(yīng)變的變化曲線，不同孔隙飽和度下的楊氏模量、體積模量、剪切模量和泊松比變化曲線，不同顆粒及粒徑下的楊氏模量、體積模量、剪切模量和泊松比變化曲線（圖3），以及巖電參數(shù)與聲波速度的變化規(guī)律（圖4）。這為水合物高效破碎工具的設(shè)計(jì)提供了重要的理論依據(jù)。

2.4 水合物高效破碎實(shí)驗(yàn)

2.4.1 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

圖2 海洋水合物制備過(guò)程及樣品實(shí)物照片

圖3 偏應(yīng)力—應(yīng)變（a）、不同孔隙飽和度（b）和不同顆粒及粒徑下（c）的楊氏模量、體積模量、剪切模量與泊松比變化曲線圖

首先將冷卻海水、石英砂和甲烷氣體置于制備釜內(nèi)形成類白色固態(tài)水合物沉積物并淹沒(méi)在冷卻的海水中。然后液壓缸下放刀盤(pán)至水合物表面，水合物沉積物表面開(kāi)始發(fā)生局部粉碎及塑性變形。在開(kāi)啟電機(jī)帶動(dòng)刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，水合物沉積物在刀盤(pán)作用下發(fā)生崩碎，變成顆粒狀，破碎后的水合物沉積物中呈現(xiàn)圓形破碎坑。最后破碎后得到的水合物沉積物顆粒漿體在刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，并向刀盤(pán)中心靠近，沿空心鉆桿被泵送至出口閥門(mén)。

2.4.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

研究模擬并評(píng)價(jià)了1 200 m水深條件下，不同機(jī)械破碎工藝參數(shù)（下放速度介于0.02～0.12 m/min，轉(zhuǎn)速介于40～120 r/min）、刀盤(pán)直徑（介于500～800 mm）等因素對(duì)非成巖水合物破碎的影響規(guī)律，建立了海洋非成巖水合物樣品機(jī)械破碎工程圖版，如圖5所示。從圖5可以看出：①當(dāng)?shù)侗P(pán)轉(zhuǎn)速固定時(shí)，鉆壓隨下放速度的增加而逐漸增大，并且隨轉(zhuǎn)速的增加，鉆壓隨下放速度遞增的速率逐漸下降；②當(dāng)下放速度固定時(shí)，刀盤(pán)破碎水合物的鉆壓隨轉(zhuǎn)速的增加而逐漸降低；③當(dāng)?shù)侗P(pán)轉(zhuǎn)速固定時(shí)，扭矩隨下放速度的增加而逐漸增大，并且隨轉(zhuǎn)速的增加，扭矩隨下放速度遞增的速率逐漸下降；④當(dāng)下放速度固定時(shí)，刀盤(pán)破碎水合物的扭矩隨轉(zhuǎn)速的增加而逐漸降低。

2.5 水合物漿體高效管輸實(shí)驗(yàn)

2.5.1 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

水合物漿體高效管輸實(shí)驗(yàn)中，模擬泥砂顆粒所用的固相顆粒如圖6所示。

分別得到了垂直循環(huán)和水平循環(huán)管輸實(shí)驗(yàn)中水合物分解前后不同液相排量下的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分述如下。

2.5.1.1 垂直循環(huán)管輸實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

垂直循環(huán)管輸實(shí)驗(yàn)中，調(diào)節(jié)泵的排量使其自0逐漸增大的過(guò)程中，得到了粒徑分別為2 mm、5 mm的固相顆粒在不同液相排量下的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（表1、圖7）。

從表1和圖7中可以看出，隨著排量的增大，固相顆粒在垂直管線中依次經(jīng)歷了下移→部分懸浮→懸浮→部分上移→上移→大量上移幾種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；粒徑2 mm的固相顆粒在臨界排量0.912 L/s時(shí)發(fā)生懸浮，粒徑5 mm的固相顆粒則需要在臨界排量1.440 L/s時(shí)才能發(fā)生懸浮。由此說(shuō)明垂直管輸過(guò)程中，固相顆粒粒徑越小，越容易被輸送。

圖4 不同壓實(shí)程度下水合物沉積物的巖電參數(shù)及聲波速度變化曲線圖

圖5 機(jī)械破碎水合物中鉆壓、扭矩隨轉(zhuǎn)速和下放速度的變化圖（刀盤(pán)直徑800 mm）

圖6 實(shí)驗(yàn)?zāi)M泥砂顆粒所用的固相顆粒圖

2.5.1.2 水平循環(huán)管輸實(shí)驗(yàn)中不同液相排量下的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

水平循環(huán)管輸實(shí)驗(yàn)中，調(diào)節(jié)泵的排量使其自0逐漸增大的過(guò)程中，得到了不同粒徑的固相顆粒在不同液相排量下的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，如表2和圖8所示。

從表2和圖8中可以看出，隨著排量的增大，固相顆粒在水平管線中依次經(jīng)歷了沉積→小顆粒起動(dòng)→大顆粒起動(dòng)→大、小顆粒均運(yùn)移→大量顆?？焖龠\(yùn)移幾種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；粒徑2 mm的固相顆粒在排量0.960 L/s時(shí)臨界起動(dòng)，粒徑5 mm的固相顆粒則需要在排量1.200 L/s時(shí)才能臨界起動(dòng)。由此說(shuō)明水平管輸過(guò)程中，固相顆粒粒徑越小，越容易被輸送。

2.5.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

不同液相排量下的水合物漿體垂直循環(huán)管輸實(shí)驗(yàn)中，單次循環(huán)模擬垂直管流上升30 m高度，以實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所監(jiān)測(cè)的垂直管路最高點(diǎn)處的溫度、壓力、各相含量、各相速度為記錄點(diǎn)，得到了不同液相排量條件下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；采用所建立的氣液固多相非平衡管流系統(tǒng)數(shù)學(xué)理論模型及數(shù)值計(jì)算方法，基于實(shí)驗(yàn)?zāi)M參數(shù)，通過(guò)理論計(jì)算得到了對(duì)應(yīng)排量下的井筒溫度、井筒壓力、各相含量、各相速度。同時(shí)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)記錄數(shù)據(jù)，對(duì)比理論計(jì)算值，得到不同排量下井筒流動(dòng)參數(shù)實(shí)驗(yàn)與理論計(jì)算結(jié)果對(duì)比曲線。本文以液相排量6 L/s為例說(shuō)明，對(duì)比結(jié)果如圖9所示。

表1 垂直循環(huán)管輸實(shí)驗(yàn)中不同粒徑固相顆粒在不同液相排量下的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象記錄表

圖7 垂直循環(huán)管輸實(shí)驗(yàn)中不同粒徑固相在不同液相排量下的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

表2 水平循環(huán)管輸實(shí)驗(yàn)中不同液相排量下固相顆粒運(yùn)移實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象記錄表

從圖9中可以看出，隨著液相排量的增大，井筒溫度降低、井筒壓力升高，水合物分解起始位置上移，持氣率降低、持液率增大、固相含量減小，氣、液、固相速度均增大；由于排量較高的條件下，各相流速均較大，井筒中的水合物顆粒未分解完全，因此井口處對(duì)應(yīng)的累積分解產(chǎn)氣量減小。同時(shí)，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果的對(duì)比曲線（圖9）中也可以看出，理論計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值變化趨勢(shì)一致且誤差較小，均在10%以內(nèi)。由此驗(yàn)證了西南石油大學(xué)所建立的理論模型及數(shù)值求解方法的準(zhǔn)確性。

最終，依托大型物理模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在全球首次系統(tǒng)開(kāi)展了海洋非成巖水合物固態(tài)流化開(kāi)采模擬實(shí)驗(yàn)，證明了固態(tài)流化開(kāi)采技術(shù)原理科學(xué)可行、開(kāi)采工藝可行，為指導(dǎo)首次海洋水合物固態(tài)流化試采制訂技術(shù)方案、設(shè)計(jì)作業(yè)流程和研制海底水合物原位破碎工具提供了理論依據(jù)（高效破巖碎化理論、非平衡高效管輸理論、水合物層流化井控理論）和關(guān)鍵參數(shù)（大樣品快速制備參數(shù)、高效破巖碎化及流化行為控制參數(shù)、1 310 m水深復(fù)雜介質(zhì)多相流動(dòng)及優(yōu)化運(yùn)移參數(shù)、1 310 m水深水合物固相非平衡相態(tài)變化及控制參數(shù)、井控風(fēng)險(xiǎn)控制參數(shù)）。

圖8 水平循環(huán)管輸實(shí)驗(yàn)中不同液相排量下固相顆粒運(yùn)移實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

圖9 井筒流動(dòng)參數(shù)實(shí)驗(yàn)值與理論值對(duì)比曲線（液相排量為6 L/s）

3 結(jié)論

1）研制和開(kāi)發(fā)了具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全球首個(gè)海洋水合物固態(tài)流化開(kāi)采大型物理模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)M，證明了固態(tài)流化開(kāi)采原理的科學(xué)性和開(kāi)采工藝的可行性，指導(dǎo)制訂固態(tài)流化試采方案和設(shè)計(jì)工藝流程，確保了全球首次固態(tài)流化法試采海洋非成巖水合物的成功。

2）突破大樣品快速原位制備瓶頸：模擬壓力介于0～16 MPa、溫度介于－10～5 ℃環(huán)境，采用“三位一體”方法（攪拌法—鼓泡法—噴淋法）形成目前世界上最大的水合物制備釜，最大制備水合物樣品量達(dá)1 062 L、制備時(shí)間小于20 h。

3）開(kāi)展了海洋非成巖水合物高效破碎模擬實(shí)驗(yàn)，當(dāng)?shù)侗P(pán)直徑為800 mm、下放速度介于0.02～0.12 m/min、轉(zhuǎn)速介于40～120 r/min時(shí)，得到了刀盤(pán)破碎水合物過(guò)程中鉆壓、扭矩隨下放速度及轉(zhuǎn)速的變化曲線。從該組變化曲線發(fā)現(xiàn)：①當(dāng)?shù)侗P(pán)轉(zhuǎn)速固定時(shí)，鉆壓隨下放速度的增加而逐漸增大，并且隨轉(zhuǎn)速的增加，鉆壓隨下放速度遞增的速率逐漸下降；②當(dāng)下放速度固定時(shí)，刀盤(pán)破碎水合物的鉆壓隨轉(zhuǎn)速的增加而逐漸降低；③當(dāng)?shù)侗P(pán)轉(zhuǎn)速固定時(shí)，扭矩隨下放速度的增加而逐漸增大，并且隨轉(zhuǎn)速的增加，扭矩隨下放速度遞增的速率逐漸下降；④當(dāng)下放速度固定時(shí)，刀盤(pán)破碎水合物的扭矩隨轉(zhuǎn)速的增加而逐漸降低。并且得到了刀盤(pán)破碎水合物過(guò)程中破碎礦體效率隨下放速度的變化曲線。從該變化曲線發(fā)現(xiàn)，破碎礦體效率隨下放速度的增加而線性增大。

4）開(kāi)展了海洋非成巖水合物固態(tài)流化開(kāi)采管輸物理模擬實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著排量的增大，固相顆粒在垂直管線中依次經(jīng)歷了下移、部分懸浮、懸浮、部分上移、上移、大量上移等幾種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；粒徑為2 mm的固相顆粒在臨界排量為0.912 L/s時(shí)發(fā)生懸浮，粒徑為5 mm的固相顆粒則需要在臨界排量為1.440 L/s時(shí)才能發(fā)生懸浮，說(shuō)明垂直管輸過(guò)程中，固相顆粒粒徑越小越容易被輸送。隨著排量的增大，固相顆粒在水平管線中依次經(jīng)歷了沉積、小顆粒起動(dòng)、大顆粒起動(dòng)、大小顆粒均運(yùn)移、大量顆?？焖龠\(yùn)移等幾種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；粒徑2 mm的固相顆粒在液相排量為0.960 L/s時(shí)臨界起動(dòng)，粒徑5 mm的固相顆粒則需要在液相排量為1.200 L/s時(shí)才能臨界起動(dòng)，說(shuō)明水平管輸過(guò)程中，固相顆粒粒徑越小越容易被輸送。