Comparison of small-strain stiffness of laboratory synthesized hydrate-bearing sands for different formation methods

ABSTRACT: Understanding the strength and stiffness of hydrate-bearing sands (HBS) is critical in the economic and safe recovery of methane gas from these hydrate deposits. Results to date from laboratory studies highlight significant scatter in the measured strength and stiffness, which may be due to different hydrate formation methods that are adopted, different sands, effective stress conditions and hydrate saturation. In this paper we summarize the results of small-strain laboratory tests that were carried out on HBS with two different particle size distributions, and utilizing two different hydrate formation methods. Specimens were tested in a specially designed triaxial apparatus with a resonant column drive head which allows both small- and large-strain responses of the specimen to be evaluated. Test conditions, such as temperature, gas consumption, resonance frequency were recorded to fully understand stiffness evolution during hydrate formation. Four HBS specimens were tested with the results showing that the formation method adopted in laboratory affects the stiffness evolution during hydrate formation. The results from this study will help improve our understanding of formation of gas hydrate bearing reservoirs in nature to allow safe methane gas production to meet our long-term energy needs.

RÉSUMÉ: La compréhension de la résistance et de la rigidité des sables porteurs d'hydrates (HBS) est essentielle pour la récupération économique et sûre du méthane de ces dépôts d'hydrates. Les résultats obtenus à ce jour à partir d'études en laboratoire mettent en évidence une dispersion importante de la résistance et de la rigidité mesurées, qui peut être due aux différentes méthodes de formation d'hydrates adoptées, aux différents sables, aux conditions de contrainte effective et à la saturation en hydrates. Dans cet article, nous résumons les résultats d'essais en laboratoire de petites déformations qui ont été effectués sur des HBS avec deux distributions granulométriques différentes et en utilisant deux méthodes de formation d'hydrates différentes. Les spécimens ont été testés dans un appareil triaxial spécialement conçu avec une tête d'entraînement à colonne résonnante qui permet d'évaluer les réponses aux petites et grandes déformations du spécimen. Les conditions d'essai, telles que la température, la consommation de gaz et la fréquence de résonance, ont été enregistrées pour bien comprendre l'évolution de la rigidité pendant la formation d'hydrates. Quatre spécimens HBS ont été testés et les résultats montrent que la méthode de formation adoptée en laboratoire affecte l'évolution de la rigidité pendant la formation des hydrates. Les résultats de cette étude contribueront à améliorer notre compréhension de la formation des réservoirs contenant des hydrates de gaz dans la nature afin de permettre une production sûre de méthane pour répondre à nos besoins énergétiques à long terme.