南海神狐海域含水合物地层测井响应特征

分析了南海北部神狐海域含天然气水合物沉积层声波速度及密度的分布特征和变化规律,并通过对比DSDP 84航次570号钻孔含天然气水合物层段测井资料,总结出神狐海域含水合物地层的测井响应规律特征:神狐海域含水合物地层存在着明显的高声波速度、低密度特征,地层密度随声波速度的变化并不是单一的反比例关系,总体趋势上随声波速度的升高而降低;含水合物地层高声波速度值主要集中在197~220 m段,饱和度值在15%~47%之间,低密度值集中在200~212 m段,分布在水合物饱和度大于20%的地层内;含水合物地层声波速度平均值为2 076 m/s,其上覆和下伏地层的声波速度平均值为1 903 m/s和1 892 m/s,所对应的地层密度值分别为1.89 g/cm3、1.98 g/cm3和2.03 g/cm3,声波速度受孔隙度和饱和度的共同影响,地层密度受水合物饱和度影响较大;从水合物上覆地层到声波速度最高值段,声波速度值增加了9.1%,相对应的地层密度值减少了4.55%,从水合物声波速度最高值段到下伏地层,声波速度值减少了8.86%,相对应的地层密度值增加了7.41%。这些测井响应特征,可用来识别地层中天然气水合物,并可以用来计算水合物的饱和度,同时结合其他地质和地球物理资料,确定水合物层的厚度、分布范围,计算天然气水合物的资源量。     

南海神狐海域水合物一维速度结构研究： 基于中—低饱和度水合物区的约束

高精度OBS探测作为目前研究水合物的常用技术手段,可以获取水合物矿体精细速度结构,在研究天然气水合物饱和度、水合物资源的预测与开发等方面具有重要指导意义。然而正演模拟OBS速度结构是繁琐漫长的过程,构建合理的初始模型是后续精细结构快速成像的重要前提。本研究基于全球18个已探明地震波速度的水合物区,分析了水合物矿体内纵波速度的共性特征和影响因素,拟合了水合物矿体带纵波速度与海水深度、沉积物厚度的经验公式。综合经验公式、OBS数据与多道地震剖面,建立了神狐水合物区横向均匀初始模型,并通过射线追踪与走时拟合模拟了神狐海域的一维纵波速度结构。结果表明,神狐水合物矿体带具有高纵波速度(1.83~1.92 km/s）,游离气层具有低P波速度（1.60~1.70 km/s）,此外,基于全球的水合物速度经验公式对神狐海域速度结构模拟具有重要参考意义,有望为获取神狐海域二维/三维精确速度结构提供可靠的初始模型,进而指导水合物精细勘察与资源评估。     

南海神狐海域天然气水合物地球物理测井评价

我国南海北部神狐海域的天然气水合物钻探过程中采用电缆测井来识别水合物储层,使用了自然伽马、电阻率、密度、声波全波列、井温—井方位、井径及中子等7种测井仪器,测量的参数主要包括地层的自然放射性、深(浅)探测电阻率、密度、纵波速度、温度、井径、长(短)源距中子计数率及井眼方位,这些参数对于确定天然气水合物的赋存位置起到非常重要的作用。详细介绍了神狐海域天然气水合物测井的工作方法和基本步骤,参照国外相关分析,针对其中某站位钻孔ZK1的地层孔隙度及天然气水合物饱和度进行初步评价。结果表明密度测井和电阻率测井两种方法求出的地层孔隙度的一致性较好,而计算的天然气水合物饱和度值则高于孔隙水淡化分析得到的值,因此尚需结合研究区岩心分析数据来提高解释精度。研究结果对未来我国的天然气水合物测井评价具有指导意义。     

南海北部神狐海域高饱和度天然气水合物分布特征

神狐海域是我国天然气水合物勘探的一个重点区域,2015年在该区域执行的GMGS3天然气水合物钻探,不仅发现了高饱和度天然气水合物,而且发现了热成因的Ⅱ型天然气水合物。其中的W11井在细粒泥质沉积物中获得了厚度达70多米的水合物层,饱和度平均值达40%,局部层高达53%。本文分析了神狐海域W11井的随钻测井资料,利用各向同性的电阻率模型,基于阿尔奇公式估算了天然气水合物饱和度,并与岩心资料中孔隙水氯离子异常估算的水合物饱和度进行对比,查明水合物在垂向上的变化,再结合地震资料反演的声波阻抗来获得水合物横向分布特征,发现水合物空间分布与储层变化、流体运聚和深部热成因气有关。     

基于电阻率测井的天然气水合物饱和度估算及估算精度分析

利用电阻率测井基于阿尔奇公式能够估算孔隙空间中天然气水合物饱和度。基于神狐海域的水合物钻井(SH2站位)资料,利用密度反演的地层孔隙度与地层因子交会图,计算出估算水合物饱和度的阿尔奇常数。假定地层中水合物呈均匀分布,利用电阻率资料计算的该站位水合物饱和度平均为24%,最高达44%,水合物饱和度在垂向上具有明显的不均匀性;利用孔隙水氯离子异常估算的SH2站位水合物饱和度平均值为25%,最高值达48%,厚度为25 m。这两种方法估算的水合物饱和度基本吻合,利用电阻率资料计算的饱和度与阿尔奇常数和饱和度指数及孔隙度有关。     

南海神狐海域天然气水合物注热降压开采数值模拟研究

针对南海神狐海域天然气水合物成藏条件,利用pT+H软件和水平井技术对天然气水合物的注热和注热降压开采效果进行了模拟分析。重点讨论了注入热水温度为30、60、90℃时水合物饱和度以及CH4气体饱和度、CH4产气率、累积CH4产气量和产水量的变化规律,发现两种开采模式下水合物低饱和度分布范围随时间增长和温度升高而增大;CH4产气率在开采10 d内升高较快,之后逐渐减小。模拟结果表明:注热降压开采模式比单纯注热模式的效果有较大改善,而且温度对于提高CH4产气量效果不明显,但因为天然气水合物藏的低渗透性,神狐海域的天然气水合物的CH4产气量不大。研究结果可为南海神狐海域和类似地区天然气水合物开采提供参考。     

海域孔隙型储层天然气水合物赋存模式定量化表征：声波和电阻率测井的约束

海域孔隙型天然气水合物储层中,水合物主要以颗粒胶结、包裹胶结、骨架支撑、孔隙悬浮4种赋存模式充填沉积物孔隙,水合物饱和度与赋存模式的不同导致了储层弹性和电性的差异,利用声波和电阻率测井资料联合处理可以进行水合物赋存模式的定量表征。首先利用Simandoux公式计算水合物饱和度,然后通过有效介质模型构建的岩石物理模板识别水合物赋存模式,最后计算储层中不同赋存模式水合物的相对占比。以全球范围内三个典型区域(中国南海神狐海域、北美Blake海台、新西兰Hikurangi边缘)为例,利用水合物储层的实际钻探资料,对水合物赋存模式进行定量分析：(1)中国南海神狐海域SH2站位储层中,水合物主要以骨架支撑模式产出,约占水合物总量的64%;(2)Blake海台994C站位储层中,水合物主要为颗粒胶结和包裹胶结模式,分别占总量的27%和51%;(3)Hikurangi边缘U1518B站位的水合物储层中,水合物主要为包裹胶结和骨架支撑模式,分别占总量的32%和47%。前人针对水合物形成和赋存模式的实验研究显示,水合物更易以颗粒胶结、包裹胶结和骨架支撑模式赋存,从侧面验证了上述分析结果的可靠性。本研究使用...     

南海神狐海域水合物三相混合层测井评价方法研究

天然气水合物降压试采过程中,水合物、游离气和水的三相混合层中的游离气首先被采出,从而提高降压效率,促进水合物分解;因此利用岩心刻度测井的方法开展南海神狐海域水合物三相混合层测井评价方法研究,对水合物矿体储量计算以及产业化开采具有重要意义.三相混合层与水合物层相比,其密度和中子孔隙度值均减小,纵波速度明显下降;与气层相比...     

基于声波测井的冻土区孔隙型水合物储层水合物饱和度估算方法

水合物饱和度参数的准确计算对于水合物资源量的评价至关重要。本文提出利用超声波测井资料与等效介质模型相结合的方法,可有效评价祁连山冻土区孔隙型水合物储层水合物饱和度变化特征,并在典型孔隙型水合物钻孔DKXX 13进行了应用。基于等效介质理论的弹性波速度模型正演模拟的纵波速度相比基于双相介质理论的弹性波速度模型更加吻合实际测井纵波速度,可用于分析孔隙型水合物储层的纵波速度特征;通过正演模拟的纵波速度与实际测井纵波速度的对比,识别出X30. 0~X30. 2m、X30. 3~X30. 4m、X31. 1~X31. 6m、X31. 7~X31. 9m、X32. 0~X32. 2m井段存在水合物,水合物赋存井段地层的水合物饱和度变化范围为13. 0%~85. 0%,平均值为61. 9%,与标准阿尔奇公式估算结果和现场岩芯测试结果基本一致。研究结果可为祁连山冻土区水合物地层测井评价与地震勘探提供理论依据和技术支撑。     

南海北部神狐海域天然气水合物成藏特征及主控因素新认识

南海北部陆坡神狐海域烃源岩生烃潜力巨大且烃类运移条件良好,可为水合物成藏提供充足的气源和通畅的疏导通道,而且神狐海域海底沉积层的温度、压力条件满足水合物形成的要求,具备了水合物聚集成藏的地质条件,成为我国水合物勘探开发的重点靶区。为了明确神狐地区水合物的成藏特征和主控因素,首次将随钻成像测井引入对水合物赋存状态、成藏序列、成藏模式和主控因素的研究中,从而为今后水合物的开采和钻井方案的设计提供强有力的理论依据。通过随钻成像测井、电阻率频谱及相对饱和度分析发现神狐海域共发育厚层状、分散状、斑块状、断层附近和薄层状5种赋存状态的水合物,其中厚层状和分散状水合物相对饱和度高且厚度大,开采价值较大,是研究区的主力水合物层,厚层状水合物常分布于水合物层顶部而分散状水合物常分布于水合物层底部;斑块状、断层附近和薄层状水合物相对饱和度较低且分布不规律,开采价值较小。厚层状、分散状、斑块状和断层附近水合物主要为深部热解气通过断层运移至水合物稳定区聚集成藏,为构造渗漏型水合物;薄层状水合物主要为浅部生物气横向运移聚集至水合物稳定域,为地层扩散型水合物。神狐海域发育开启型、填充型和界面型3种类型的断层,断层作为气体和流体的运移通道,沟通了气源和水合物稳定带,控制了水合物在纵向上和横向上的展布范围,为神狐地区水合物的主控因素。     

青海祁连山冻土区发现天然气水合物

祁连山冻土区位于青藏高原北缘,多年冻土面积约10×10~4km~2,具有良好的天然气水合物形成条件和找矿前景.2008～2009年间中国地质调查局在青海省天峻县木里煤田聚乎更矿区施工"祁连山冻土区天然气水合物科学钻探工程",迄今共完成钻探试验井4口,总进尺2059.13m,分别在DK-1、DK-2和DK-3钻井中钻获天然气水合物实物样品,取得了找矿工作的重大突破.天然气水合物产于冻土层之下,埋深133～396m.水合物呈白色、乳白色晶体,点火能燃烧,红外热像仪测温后呈明显的低温异常,放进水里强烈冒泡,水合物分解后能不断冒出气泡和水滴,并残留下特征的蜂窝状构造.激光拉曼光谱仪检测呈现特征的水合物光谱曲线,测井曲线也具有较明显的高电阻率和高波速标志.祁连山天然气水合物具有冻土层薄、埋深浅、气体组分复杂、以煤层气成因为主等明显特征,是一种新类型水合物.这是我国冻土区首次钻获的天然气水合物实物样品,也是全球首次在中低纬度高山冻土区发现天然气水合物实物样品,具有重要的科学意义和经济意义.     

Coexistence of natural gas hydrate,free gas and water in the gas hydrate system in the Shenhu Area,South China Sea

Shenhu Area is located in the Baiyun Sag of Pearl River Mouth Basin, which is on the northern continental slope of the South China Sea. Gas hydrates in this area have been intensively investigated, achieving a wide coverage of the three-dimensional seismic survey, a large number of boreholes, and detailed data of the seismic survey, logging, and core analysis. In the beginning of 2020, China has successfully conducted the second offshore production test of gas hydrates in this area. In this paper, studies were made on the structure of the hydrate system for the production test, based on detailed logging data and core analysis of this area. As to the results of nuclear magnetic resonance (NMR) logging and sonic logging of Well GMGS6-SH02 drilled during the GMGS6 Expedition, the hydrate system on which the production well located can be divided into three layers: (1) 207.8–253.4 mbsf, 45.6 m thick, gas hydrate layer, with gas hydrate saturation of 0–54.5% (31% av.); (2) 253.4–278 mbsf, 24.6 m thick, mixing layer consisting of gas hydrates, free gas, and water, with gas hydrate saturation of 0–22% (10% av.) and free gas saturation of 0–32% (13% av.); (3) 278–297 mbsf, 19 m thick, with free gas saturation of less than 7%. Moreover, the pore water freshening identified in the sediment cores, taken from the depth below the theoretically calculated base of methane hydrate stability zone, indicates the occurrence of gas hydrate. All these data reveal that gas hydrates, free gas, and water coexist in the mixing layer from different aspects.     

Research Progress on the Electrical Properties of Gas Hydrate-bearing Sediments

Electrical properties are important physical parameters of natural gas hydrate, and, specifically, resistivity has been widely used in the quantitative estimation of hydrate saturation. There are three main methods to study the electrical properties of gas hydrate-bearing sediments: experimental laboratory measurements, numerical simulation, and resistivity logging. Experimental measurements can be divided into three categories: normal electrical measurement, complex resistivity measurement, and electrical resistivity tomography. Experimental measurements show that the resistivity of hydrate-bearing sediment is affected by many factors, and its distribution as well as the hydrate saturation is not uniform; there is a distinct non-Archie phenomenon. The numerical method can simulate the resistivity of sediments by changing the hydrate occurrence state, saturation, distribution, etc. However, it needs to be combined with X-ray CT, nuclear magnetic resonance, and other imaging techniques to characterize the porous characteristics of the hydrate-bearing sediments. Resistivity well logging can easily identify hydrate layers based on their significantly higher resistivity than the background, but the field data of the hydrate layer also has a serious non-Archie phenomenon. Therefore, more experimental measurements and numerical simulation studies are needed to correct the parameters of Archie''s formula.     

祁连山冻土区天然气水合物及其基本特征

2008年11月5日, 由中国地质科学院矿产资源研究所、勘探技术研究所和青海煤炭地质局105勘探队施工的“祁连山冻土区天然气水合物科学钻探工程”DK-1孔取得重大突破, 成功钻获天然气水合物实物样品。这是我国冻土区首次钻获并检测出的天然气水合物实物样品, 也是世界上第一次在中低纬度高原冻土区发现的天然气水合物, 具有重要的科学、经济和环境意义。目前钻获的天然气水合物均产于冻土层之下, 产出深度133~396 m, 其层位属于中侏罗统江仓组。水合物以薄层状、片状、团块状赋存于粉砂岩、泥岩、油页岩的裂隙中, 或以浸染状赋存于细粉砂岩的孔隙中。祁连山冻土区天然气水合物具有埋深浅、冻土层 薄、气体组分复杂、以煤层气为主等特征, 应是一种新类型水合物。     

Saturation evaluation for fine-grained sediments

Accurate quantification of the gas hydrate content in the deep sea is useful for assessing the resource potential and understanding the role of gas hydrates in the global carbon cycle. Resistivity logging data combined with Archie's equation are often used to calculate gas hydrate saturation, but the reliability is dependent on the rationality of the empirical parameter cementation factor and saturation index. At present, an increasing number of fine-grained hydrate-rich sediment regions have been discovered worldwide through drilling efforts, and the reservoir types and hydrate distribution are diverse, which differs greatly from that of coarse-grained reservoirs of hydrate-bearing sediment. This results in vertical variations in m and n through stratigraphy. At present, the saturation evaluation effect of these reservoirs cannot be improved. In this work, a theory for the determination of the cementation factor and saturation index was first proposed to obtain reliable and variable values of the empirical parameters. Then, a hydrate saturation evaluation technique with variables m and n was formed based on the well logging data. This technique was used to evaluate complex fine-grained hydrate-bearing reservoirs in several regions worldwide. It was found that the highest n could be 16, and the log calculation results were more consistent with the core hydrate saturation. Additionally, the cause of the excessively high n values was explained from physical principles, and the result was verified with actually well log data. In future evaluations of the amount of hydrate resources in fine-grained sediment reservoirs worldwide, new saturation estimation methods should be taken into account to advance hydrate research.     

祁连山冻土区DK-1钻孔天然气水合物测井 响应特征和评价

祁连山冻土区天然气水合物科学钻探工程中采用电缆测井识别水合物储层,使用了三侧向、声波速度、自然伽马、长源距伽马伽马、井温、井径、井斜7种测井仪器,所获参数有利于确定天然气水合物的赋存位置。根据DK-1钻孔中获得水合物样品层段的测井曲线总结出水合物测井响应的特征,并参考国外的相关资料,对DK-1地层的孔隙度和天然气水合物饱和度进行了初步评价。结果表明,电阻率方法求出的地层孔隙度与岩心分析值较为接近,而用标准阿尔奇方程和修正的阿尔奇方程计算出的天然气水合物的饱和度值相差较大。因此,尚需对水合物岩心进行深入的分析测试,建立适当的岩石物理模型,来指导中国天然气水合物的测井评价。