Mechanical properties of clathrate hydrates: Status and perspectives

Energy and Environmental Science

Volumn 5, Issue 5, 2012, Pages 6779-6795

  Ning, Fulong ^a   Yu, Yibing ^a   Kjelstrup, Signe ^b,c   Vlugt, Thijs J H ^c   Glavatskiy, Kirill ^b  

^a CHINA UNIVERSITY OF GEOSCIENCES   (China)

^b NORWEGIAN UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY   (Norway)

^c DELFT UNIVERSITY OF TECHNOLOGY   (Netherlands)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CLATHRATE HYDRATE; GEOLOGICAL DISASTER; HYDRATE FORMATION CONDITIONS; MECHANICAL CHARACTERISTICS; MICRO-MECHANICAL; MICROSCOPIC METHODS; MOLECULAR DYNAMICS SIMULATIONS; NANOMETRES; OBSERVATION SYSTEMS; OCEAN DRILLING PROGRAMS; STRATUM DEFORMATION; THEORETICAL BASIS; THEORETICAL RESULT; WELLBORE STABILITY;

BOREHOLES; CARBON DIOXIDE; DISASTER PREVENTION; HYDRATION; MECHANICAL PROPERTIES; MOLECULAR DYNAMICS; SEDIMENTOLOGY;

HYDRATES;

BOREHOLE; BURIAL (GEOLOGY); CARBON DIOXIDE; DISASTER MANAGEMENT; GAS HYDRATE; MECHANICAL PROPERTY; MOLECULAR ANALYSIS; NUMERICAL MODEL; OCEAN DRILLING PROGRAM; RISK ASSESSMENT; SEAFLOOR;

EID: 84860362572     PISSN: 17545692     EISSN: 17545706     Source Type: Journal    
DOI: 10.1039/c2ee03435b     Document Type: Review

References (157)

1. E. D. Sloan Nature 2003 426 353 359
2. C. Moon R. W. Hawtin P. M. Rodger Faraday Discuss. 2007 136 367 382
3. E. D. Sloan and C. A. Koh, Clathrate Hydrates of Natural Gases, CRC Press, Boca Raton, FL, USA, 2008
4. E. D. Sloan American Mineralogist 2004 89 1155 1161
5. G. A. Jeffrey, Inclusion Compounds, Academic Press, London, 1984
6. K. A. Udachin C. I. Ratcliffe J. A. Ripmeester Angew. Chem., Int. Ed. 2001 40 1303 1305
7. A. Chapoy R. Anderson B. Tohidi J. Am. Chem. Soc. 2007 129 746 747
8. K. Shin Y. Kim T. A. Strobel P. S. R. Prasad T. Sugahara H. Lee E. D. Sloan A. K. Sum C. A. Koh J. Phys. Chem. A 2009 113 6415 6418
9. R. Sassen I. R. Macdonald Org. Geochem. 1994 22 1029 1032
10. H. L. Lu Y. T. Seo J. W. Lee I. Moudrakovski J. A. Ripmeester N. R. Chapman R. B. Coffin G. Gardner J. Pohlman Nature 2007 445 303 306
11. Y. F. Makogon, Peculiarities a Gas-Field Development in Permafrost, Nedra, Moscow, 1966
12. C. K. Paull W. Ussler W. S. Borowski F. N. Spiess Geology 1995 23 89 92
13. P. D. Dholabhai P. Englezos N. Kalogerakis P. R. Bishnoi Can. J. Chem. Eng. 1991 69 800 805
14. B. Tohidi A. Danesh A. C. Todd Chem Eng Res Des 1995 73 464 472
15. R. Boswell T. S. Collett Energy Environ. Sci. 2011 4 1206 1215
16. R. Boswell Science 2009 325 957 958
17. G. J. Moridis T. S. Collett R. Boswell M. Kurihara M. T. Reagan C. Koh E. D. Sloan Spe Reserv Eval Eng 2009 12 745 771
18. F. L. Ning N. Y. Wu G. S. Jiang L. Zhang J. A. Guan Y. B. Yu F. L. Tang Energies 2010 3 1861 1879
19. R. Freij-Ayoub C. Tan B. Clennell B. Tohidi J. H. Yang J. Pet. Sci. Eng. 2007 57 209 220
20. F. L. Ning L. Zhang G. S. Jiang Y. Z. Tu X. A. Wu Y. B. Yu J. Nat. Gas Chem. 2011 20 25 33
21. N. Sultan P. Cochonat J. P. Foucher J. Mienert Mar. Geol. 2004 213 379 401
22. N. Sultan B. Marsset S. Ker T. Marsset M. Voisset A. M. Vernant G. Bayon E. Cauquil J. Adamy J. L. Colliat D. Drapeau J. Geophys. Res. 2010 115 B08101
23. D. Archer B. Buffett V. Brovkin Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2009 106 20596 20601
24. K. A. Kvenvolden Rev. Geophys. 1993 31 173 187
25. W. Y. Xu R. P. Lowell E. T. Peltzer J. Geophys. Res. 2001 106 26413 26423
26. G. A. Schmidt D. T. Shindell Paleoceanography 2003 18 1004
27. J. C. Landry A. W. England Geophys. Res. Lett. 1994 21 2829 2832
28. J. S. Loveday R. J. Nelmes M. Guthrie S. A. Belmonte D. R. Allan D. D. Klug J. S. Tse Y. P. Handa Nature 2001 410 661 663
29. T. D. Brown C. E. Taylor M. P. Bernardo Energies 2010 3 1154 1175
30. J. Gudmundsson and A. Borrehaug, Frozen hydrate for transport of natural gas, Toulouse, France, 1996
31. L. J. Florusse C. J. Peters J. Schoonman K. C. Hester C. A. Koh S. F. Dec K. N. Marsh E. D. Sloan Science 2004 306 469 471
32. H. Lee J. W. Lee D. Y. Kim J. Park Y. T. Seo H. Zeng I. L. Moudrakovski C. I. Ratcliffe J. A. Ripmeester Nature 2005 434 743 746
33. P. Linga R. Kumar P. Englezos J. Hazard. Mater. 2007 149 625 629
34. J. W. Jung D. N. Espinoza J. C. Santamarina J. Geophys. Res. 2010 115 B10102
35. J. Happel M. A. Hnatow H. Meyer Ann. N. Y. Acad. Sci. 1994 715 412 424
36. Y. H. Mori T. Mori AIChE J. 1989 35 1227 1228
37. A. M. Aliev R. Y. Yusifov A. R. Kuliev Y. G. Yusifov Russ. J. Appl. Chem. 2008 81 588 591
38. National Research Council of the National Academies, Realizing the Energy Potential of Methane Hydrate for the United States, the National Academies Press, Washington, 2010
39. J. Gabitto and M. Barrufet, Gas Hydrates Research Programs: An International Review, Prairie View A&M University, 2009
40. K. A. Kvenvolden Rev. Geophys. 1993 31 173 187
41. R. Birchwood, R. Singh and A. Mese, Estimating the In Situ Mechanical Properties of Sediments Containing Gas Hydrates, Vancouver, British Columbia, Canada, 2008
42. M. W. Lee Mar. Pet. Geol. 2004 21 641 650
43. W. Y. Xu L. N. Germanovich J. Geophys. Res. 2006 111 B01104
44. T. Collett and S. Dallimore, Detailed analysis of gas hydrate induced drilling and production hazards, Yokohama, Japan, 2002
45. F. L. Ning G. S. Jiang L. Zhang X. Wu B. Dou Y. Z. Tu Petroleum Drilling Techniques 2008 36 59 61
46. J. Rutqvist, T. Grover and G. J. Moridis, Coupled Hydrologic, Thermal and Geomechanical Analysis of Well Bore Stability in Hydrate-Bearing Sediments, Houston, Texas, 2008
47. J. Rutqvist G. J. Moridis T. Grover T. Collett J. Pet. Sci. Eng. 2009 67 1 12
48. M. Maslin M. Owen R. Betts S. Day T. Dunkley Jones A. Ridgwell Philos. Trans. R. Soc. London, Ser. A 2010 368 2369 2393
49. W. J. Winters I. A. Pecher J. S. Booth D. H. Mason M. K. Relle W. P. Dillon Geological Survey of Canada Bulletin 1999 544 241 250
50. W. J. Winters I. A. Pecher W. F. Waite D. H. Mason American Mineralogist 2004 89 1221 1227
51. W. Winters, W. Waite, D. Mason, L. Gilbert and I. Pecher, Effect of grain size and pore pressure on acoustic and strength behaviour of sediments containing methane gas hydrate, Trondheim, Norway, 2005
52. W. F. Waite T. J. Kneafsey W. J. Winters D. H. Mason J. Geophys. Res. 2008 113 B07102
53. W. J. Winters, in Proceedings of the Ocean Drilling Program, Scientific Results, ed., C. K. Paull, R. Matsumoto, P. J. Wallace, and, W. P. Dillon, College Station, Tex.: Ocean Drilling Program, 2000, vol. 164, pp. 421-429
54. F. Francisca T. S. Yun C. Ruppel J. Santamarina Earth Planet. Sci. Lett. 2005 237 924 939
55. T. S. Yun G. A. Narsilio J. Carlos Santamarina Mar. Pet. Geol. 2006 23 893 900
56. T. S. Yun J. C. Santamarina C. D. Ruppel J. Geophys. Res. 2007 112 B04106
57. J. Y. Lee J. C. Santamarina C. Ruppel Mar. Pet. Geol. 2008 25 884 895
58. C. P. Tan, R. Freij-Ayoub, M. B. Clennell, B. Tohidi and J. Yang, Managing wellbore instability risk in gas hydrate-bearing sediments, Jakarta, Indonesia, 2005
59. A. Masui, K. Miyazaki, H. Haneda, Y. Ogata and K. Aoki, Mechanical characteristics of natural and artificial gas hydrate bearing sediments, Vancouver, British, Canada, 2008
60. M. Hyodo, Y. Nakata, N. Yoshimoto and R. Orense, Shear behaviour of methane hydrate-bearing sand, Lisbon, Portugal, 2007
61. K. Miyazaki A. Masui N. Tenma Y. Ogata K. Aoki T. Yamaguchi Y. Sakamoto Int J Offshore Polar 2010 20 61 67
62. L. Y. Wu J. L. H. Grozic J. Geotech. Geoenviron. Eng. 2008 134 547 550
63. W. Durham, L. Stern, S. Kirby and S. Circone, Rheological comparisons and structural imaging of sI and sII endmember gas hydrates and hydrate/sediment aggregates, Trondheim, Norway, 2005
64. W. F. Waite J. C. Santamarina D. D. Cortes B. Dugan D. N. Espinoza J. Germaine J. Jang J. W. Jung T. J. Kneafsey H. Shin K. Soga W. J. Winters T. S. Yun Rev. Geophys. 2009 47 RG4003
65. T. S. Yun F. M. Francisca J. C. Santamarina C. Ruppel Geophys. Res. Lett. 2005 32 L10609
66. J. Dvorkin M. Prasad A. Sakai D. Lavoie Geophys. Res. Lett. 1999 26 1781 1784
67. J. F. Gabitto C. Tsouris Journal of Thermodynamics 2010 2010 1 12
68. S. K. Min X. B. Zhang F. W. Zwiers G. C. Hegerl Nature 2011 470 376 379
69. P. Pall T. Aina D. A. Stone P. A. Stott T. Nozawa A. G. J. Hilberts D. Lohmann M. R. Allen Nature 2011 470 382 385
70. I. A. Pecher Nature 2002 420 622 623
71. T. Uchida J. Kawabata Energy 1997 22 357 361
72. H. Lee Y. Seo Y. T. Seo I. L. Moudrakovski J. A. Ripmeester Angew. Chem., Int. Ed. 2003 42 5048 5051
73. J. H. Choi B. H. Koh International Journal of Precision Engineering and Manufacturing 2009 10 85 88
74. R. D. Stoll G. M. Bryan J. Geophys. Res. 1979 84 1629 1634
75. M. B. Helgerud, Doctor of Philosophy, Stanford University, 2001
76. B. Pandit M. King Elastic wave propagation in propane gas hydrates Proc. 4th Can. Permafrost Conf. 1982
77. B. Whiffen H. Kiefte M. Clouter Geophys. Res. Lett. 1982 9 645 648
78. H. Kiefte M. J. Clouter R. E. Gagnon J. Phys. Chem. 1985 89 3103 3108
79. M. Bathe S. Vagle G. Saunders E. Lambson J. Mater. Sci. Lett. 1984 3 904 906
80. L. I. Berge K. A. Jacobsen A. Solstad J. Geophys. Res. 1999 104 15415 15424
81. W. F. Waite M. B. Helgerud A. Nur J. C. Pinkston L. A. Stern S. H. Kirby W. B. Durham Ann. N. Y. Acad. Sci. 2000 912 1003 1010
82. L. A. Stern S. H. Kirby W. B. Durham Science 1996 273 1843 1848
83. L. A. Stern S. H. Kirby W. B. Durham Energy Fuels 1998 12 201 211
84. A. Klapproth E. Goreshnik D. Staykova H. Klein W. F. Kuhs Can. J. Phys. 2003 81 503 518
85. H. Hirai Y. Uchihara H. Fujihisa M. Sakashita E. Katoh K. Aoki K. Nagashima Y. Yamamoto T. Yagi J. Chem. Phys. 2001 115 7066
86. C. Sanloup H. Mao R. J. Hemley Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2002 99 25
87. W. Kuhs B. Chazallon P. Radaelli F. Pauer J. Inclusion Phenom. Mol. Recognit. Chem. 1997 29 65 77
88. B. Chazallon W. F. Kuhs J. Chem. Phys. 2002 117 308
89. A. G. Ogienko M. Tkacz A. Y. Manakov J. Lipkowski J. Phys. Chem. B 2007 111 12795 12798
90. F. Birch Phys. Rev. 1947 71 809
91. M. B. Helgerud W. F. Waite S. H. Kirby A. Nur J. Geophys. Res. 2009 114 B02212
92. D. Wang D. L. Li H. L. Zhang S. S. Fan H. B. Zhao Sci. China, Ser. G: Phys. Mech. Astron. 2008 51 1905 1913
93. H. Shimizu T. Kumazaki T. Kume S. Sasaki Phys. Rev. B: Condens. Matter 2002 65 21 212102
94. M. B. Helgerud W. F. Waite S. H. Kirby A. Nur Can. J. Phys. 2003 81 81 87
95. R. E. Gagnon H. Kiefte M. J. Clouter E. Whalley J Phys-Paris 1987 48 23 28
96. A. C. Smith D. Kishoni AIAA J. 1986 24 1713 1715
97. G. H. Shaw J. Chem. Phys. 1986 84 5862 5868
98. M. B. Helgerud W. F. Waite S. H. Kirby A. Nur Can. J. Phys. 2003 81 47 53
99. M. Bylov P. Rasmussen Chem. Eng. Sci. 1997 52 3295 3301
100. S. Tanaka, F. Maruyama, O. Takano, K. Uchida and N. Oya, Experimental study on CO2 storage and sequestration in form of hydrate pellets, Trondheim, Norway, 2005
101. W. A. Nixon E. M. Schulson J Phys-Paris 1987 48 313 319
102. W. B. Durham S. H. Kirby L. A. Stern W. Zhang J. Geophys. Res. 2003 108 B4 2182
103. M. Hyodo, A. F. L. Hyde, Y. Nakata, N. Yoshimoto, M. Fukunaga, K. Kubo, Y. Nanjo, T. Matsuo and K. Nakamura, Triaxial compressive strength of methane hydrate, Kitakyushu, Japan, 2002
104. L. A. Stern, S. H. Kirby, W. B. Durham, S. Circone and W. F. Waite, in Natural Gas Hydrate, in Oceanic and Permafrost Environments, ed., M. D. Max, Springer, New York, 2000, ch. 25, pp. 323-348
105. 2 2000", Mitaka, Japan, February 1-2, 2000
106. R. Ohmura T. Shigetomi Y. H. Mori Philos. Mag. A 2002 82 1725 1740
107. Y. C. Song F. Yu Y. H. Li W. G. Liu J. F. Zhao J. Nat. Gas Chem. 2010 19 246 250
108. Y. Nabeshima and T. Matsui, Static shear behaviours of methane hydrate and lee, Tsukuba, Japan, 2003
109. F. Yu, Y. C. Song, W. G. Liu, Y. H. Li and J. F. Zhao, Study on Shear Strength of Artificial Methane Hydrate, Shanghai, China, 2010
110. E. Whalley J. Geophys. Res. 1980 85 B5 2539 2542
111. V. P. Shpakov J. S. Tse C. A. Tulk B. Kvamme V. R. Belosludov Chem. Phys. Lett. 1998 282 107 114
112. 4 Hydrate, Vancouver, British Columbia, Canada, 2008
113. J. S. Tse M. L. Klein I. R. McDonald J. Chem. Phys. 1983 78 2096 2097
114. J. S. Tse M. L. Klein I. R. Mcdonald J. Phys. Chem. 1983 87 4198 4203
115. P. M. Rodger Ann. N. Y. Acad. Sci. 2000 912 474 482
116. M. R. Walsh C. A. Koh E. D. Sloan A. K. Sum D. T. Wu Science 2009 326 1095 1098
117. N. J. English G. M. Phelan J. Chem. Phys. 2009 131 074704
118. C. Moon P. C. Taylor P. M. Rodger Can. J. Phys. 2003 81 451 457
119. R. W. Hawtin P. M. Rodger J. Mater. Chem. 2006 16 1934 1942
120. S. Horikawa H. Itoh J. Tabata K. Kawamura T. Hondoh J. Phys. Chem. B 1997 101 6290 6292
121. K. Jatkar, S. Lee and J. W. Lee, Molecular Dynamics Simulations of Water Cavity Distortion for Determining Clathrate Hydrate Equilibria, Nashville, TN, 2009
122. J. A. Greathouse R. T. Cygan B. A. Simmons J. Phys. Chem. B 2006 110 6428 6431
123. E. J. Rosenbaum N. J. English J. K. Johnson D. W. Shaw R. P. Warzinski J. Phys. Chem. B 2007 111 13194 13205
124. T. J. Frankcombe G. J. Kroes J. Phys. Chem. C 2007 111 13044 13052
125. G. J. Guo Y. G. Zhang Y. J. Zhao K. Refson G. H. Shan J. Chem. Phys. 2004 121 1542 1547
126. L. C. Jacobson W. Hujo V. Molinero J. Am. Chem. Soc. 2010 132 11806 11811
127. W. F. Kuhs A. Klapproth F. Gotthardt K. Techmer T. Heinrichs Geophys. Res. Lett. 2000 27 2929 2932
128. P. G. Debenedetti S. Sarupria Science 2009 326 1070 1071
129. G. J. Guo Y. G. Zhang C. J. Liu K. H. Li Phys. Chem. Chem. Phys. 2011 13 12048 12057
130. F. L. Ning G. Kirill V. Thijs K. Signe Prep. Pap.-Am. Chem. Soc., Div. Fuel Chem. 2011 56 85 90
131. J. L. Cox, Natural Gas Hydrates: Properties, Occurrence and Recovery, Butterworth Publishers, Stoneham, MA, 1983
132. J. Dvorkin, M. B. Helgerud, W. F. Waite, S. H. Kirby and A. Nur, in Natural gas hydrate in oceanic and permafrost environments, ed., M. D. Max, Kluwer Academic Publishers, Netherlands, 2000, ch. 20, pp. 245-260
133. H. Hirai T. Kondo M. Hasegawa T. Yagi Y. Yamamoto T. Komai K. Nagashima M. Sakashita H. Fujihisa K. Aoki J. Phys. Chem. B 2000 104 1429 1433
134. H. Hirai M. Hasegawa T. Yagi Y. Yamamoto K. Nagashima M. Sakashita K. Aoki T. Kikegawa Chem. Phys. Lett. 2000 325 490 498
135. J. S. Tse M. L. Klein I. R. McDonald J. Chem. Phys. 1984 81 6146
136. M. Marchi R. D. Mountain J. Chem. Phys. 1987 86 6454 6455
137. K. C. Hester Z. Huo A. L. Ballard C. A. Koh K. T. Miller E. D. Sloan J. Phys. Chem. B 2007 111 8830 8835
138. J. S. Tse M. A. White J. Phys. Chem. 1988 92 5006 5011
139. H. Jiang E. M. Myshakin K. D. Jordan R. P. Warzinski J. Phys. Chem. B 2008 112 10207 10216
140. J. S. Tse V. P. Shpakov V. R. Belosludov F. Trouw Y. P. Handa W. Press Europhys. Lett. 2001 54 354 360
141. J. S. Tse D. D. Klug J. Y. Zhao W. Sturhahn E. E. Alp J. Baumert C. Gutt M. R. Johnson W. Press Nat. Mater. 2005 4 917 921
142. H. Schober H. Itoh A. Klapproth V. Chihaia W. F. Kuhs Eur. Phys. J. E 2003 12 41 49
143. Y. Nabeshima, Y. Takai and T. Komai, Compressive strength and density of methane hydrate, Changsha, Hunan, China, 2005
144. D. K. Staykova W. F. Kuhs A. N. Salamatin T. Hansen J. Phys. Chem. B 2003 107 10299 10311
145. W. F. Kuhs G. Genov E. Goreshnik A. Zeller K. S. Techmer G. Bohrmann Int J Offshore Polar 2004 14 305 309
146. W. L. Du Frane L. A. Stern K. A. Weitemeyer S. Constable J. C. Pinkston J. J. Roberts Geophys. Res. Lett. 2011 38 L09313
147. J. Y. Lee T. S. Yun J. C. Santamarina C. Ruppel Geochem., Geophys., Geosyst. 2007 8 Q06003
148. E. A. Bondarev, A. G. Groisman and A. Z. Savvin, Porous medium effect on phase equilibrium of tetrahydrofuran hydrate, Toulouse, France, 1996
149. J. Santamarina, T. Yun, J. Lee, A. Martin, F. Francisca and C. Ruppel, Mechanical, thermal and electromagnetic properties of hydrate-bearing clay, silt, and sand at various confining pressures, San Francisco, CA, 2005
150. National Research Council (U.S.), Charting the future of methane hydrate research in the United States, The National Academies Press, Washington, D.C., 2004
151. S. A. Klapp H. Klein W. F. Kuhs Geophys. Res. Lett. 2007 34 L13608
152. S. A. Klapp S. Hemes H. Klein G. Bohrmann I. MacDonald W. F. Kuhs Mar. Geol. 2010 274 85 94
153. M. Ota K. Morohashi Y. Abe M. Watanabe R. L. Smith Energy Convers. Manage. 2005 46 1680 1691
154. A. K. Sum R. C. Burruss E. D. Sloan J. Phys. Chem. B 1997 101 7371 7377
155. S. Hirai K. Okazaki S. Kuraoka Energy Convers. Manage. 1996 37 1087 1092
156. K. A. Udachin C. I. Ratcliffe J. A. Ripmeester J. Phys. Chem. B 2001 105 4200 4204
157. M. P. Allen and D. J. Tildesley, Computer simulation of liquids, Clarendon Press, New York, U.S.A., 1989