力学所在深海沉积物的物理和力学特性研究中取得进展

来源：中国科学院力学研究所，作者：漆文刚。

海洋油气是我国重要的战略资源。南海约70 %的石油和天然气蕴藏于超过500米的深水海域；然而随着水深增加，海洋工程建设难度将急剧增大。2021年6月底，我国首个海上大型深水自营气田陵水17-2气田正式投产，标志着我国深水油气资源开发能力取得新突破。陵水17-2气田探明储量超过千亿立方米，投产后将依托海上天然气管网大动脉，每年为粤港琼等地供应30亿立方米深海天然气，可以满足大湾区四分之一的民生用气需求，成为南海新的能源供给中心。

如何科学确定深海沉积物的工程特性是深水油气资源开采面临的关键挑战之一。力学所流固耦合系统力学重点实验室流固土耦合力学研究团队与中海油研究团队，针对从中国南海北部海域某深水区采集的海底沉积物柱状样，进行沉积物微观结构的扫描电镜测试、矿物成分的X射线衍射试验以及物理和力学性质的宏微观特性分析。研究发现，与传统的陆源沉积物不同，该深水区海底沉积物通常为有机质软黏土，具有高含水率、低密度、高孔隙比、高液限、高可塑性、低强度等典型特征。统计分析结果表明，其物理和力学指标均呈现变异性，且后者普遍高于前者。沉积物的比重、含水率、液塑限和塑性指数均服从正态分布；容重、碳酸盐含量、不排水抗剪强度、灵敏度接近假设检验结果，近似服从正态分布。进而，研究得到了深海沉积物的统计学特性对深海长输管线整体屈曲的影响规律；揭示了海流作用下海底管道侧向失稳与侵蚀悬空的模式竞争机制。

研究成果应用于我国陵水17-2大型深水气田的自主开发工程，为深水管道工程设计中的深海土力学参数取值和长输管道失稳预测提供了科学依据。

部分成果发表于《海洋工程》（2021年39卷6期）、Journal of Marine Science and Engieering (2021, Vol. 9(8))、Proceedings of the Fourteenth ISOPE Pacific-Asia Offshore Mechanics Symposium。

该研究工作获得国家杰出青年科学基金项目 (11825205)、中海油田服务股份有限公司技术服务项目、中国科学院战略性先导科技专项（B类）(XDB22030202) 的资助。