南海北部神狐海域天然气水合物分解的测井异常

南海北部神狐海域GMGS-1钻探揭示SH3井天然气水合物位于稳定带上部,厚度约为10 m.氯离子异常计算的水合物饱和度最高达26%,高水合物饱和度层出现高电阻率和低纵波速度.为分析该低纵波速度异常,本文基于简化的三相介质理论计算了饱和水纵波速度,在深度195 m附近,测量的纵波速度小于饱和水纵波速度.利用阿尔奇公式,基于原位温度、盐度、密度孔隙度和测量的电阻率,利用交会分析确定了该井的阿尔奇常数为a=1.1和m=2.3.基于该参数,利用阿尔奇方程计算的水合物饱和度占孔隙空间5%~20%,局部地层水合物饱和度达26.8%,在垂向上分布不均匀.由于钻探可能导致水合物发生分解而产生游离气,原位游离气和水合物分解产生的气体都能造成低纵波速度异常.由于地震资料采集在测井之前完成,利用不同速度制作合成地震记录并与地震资料进行对比,能够确定水合物稳定带上部的低速异常形成原因.     

地球物理技术在降低水合物钻井风险中的应用

在海洋深水钻井工程中,天然气水合物诱发的钻井风险问题正越来越引起重视,而地球物理技术在降低水合物钻井风险过程中发挥着不可替代的作用.本文首先介绍了含水合物地层的岩石物理性质,然后详细阐述了深水钻探过程中钻遇含水合物地层可能引发的各种风险,包括天然气水合物的分解以及在井筒中形成天然气水合物可能诱发的工程事故和技术问题,并对地球物理技术在降低钻井风险过程中的应用进行详细介绍,可以为我国的海洋深水钻井工程提供一定的参考.     

气体水合物密闭采样原位饱和度评估技术研究

海底天然气水合物采集样品的饱和度确定通常是通过密闭保压采样技术来实现,但采样器的温度压力控制非常困难.本文用热力学模型来模拟密闭体系下温度压力变化过程中甲烷在各相态中饱和度的变化过程,并在海洋水合物热力学系统基础上,完成了一项分析水合物原位饱和度的技术,其只要求采集器密闭,不需要进行严格的温度和压力控制,降低了对采样器的要求.实例分析显示,完全可以利用密闭样品在地表下气体和液体成分的测量,包括盐度的测量来估计出甲烷水合物原位饱和度.     

库车地区高矿化度泥浆影响下的电阻率校正方法研究

为了克服克拉地区膏盐地层垮塌及地层压力对钻井的影响,在钻井过程中往往采用高矿化度、大密度的钻井液.这使得渗透性地层中观测得到电阻率与实际的电阻率存在较大的偏差,给测井解释带来极大的困难.本文针对克拉地区的实际情况,对高矿化度泥浆影响下的电阻率校正方法进行了探索性研究,提出了基于岩心资料的电阻率校正方法及基于泥浆动态侵入的图版校正电阻率方法,最后通过毛管分析饱和度与校正后电阻率计算饱和度对比验证校正电阻率的可信性.结果表明,校正后电阻率更能真实的反映地层电性特征,进一步提高了测井解释符合率.     

天然气水合物勘探开发新技术进展

天然气水合物是一种非常规能源,因其巨大的资源量成为目前能源研究的热点.水合物的研究目前仍处于初期阶段,人们在水合物勘探、开发模拟方面做了大量尝试,总结了许多有利于水合物勘探和开发的关键技术.本文首先介绍了天然气水合物形成的地质条件和储层特征,然后介绍了针对海底天然气水合物的地震勘探和电磁、地化等非地震勘探最新技术进展,分析了天然气水合物矿藏的测井响应特征,结合岩石物理模型对储层孔隙度、饱和度进行估算用于储量预测.最后,论述了天然气水合物开发过程中的深水区的钻井问题,水合物的开采方式总结以及商业化生产所面临的挑战.     

含气储集层泥浆侵入的动力学特征及其对补偿中子和补偿密度测井响应的影响

根据渗流理论考察了钻井过程中泥浆滤液对含油气储层的侵入过程,研究了不同条件下侵入剖面的特点,计算了各种侵入剖面的补偿密度和补偿中子测井响应,并提出了新的解释模型．研究结果表明,侵入改变了近井区地层的物性参数和地球物理特征,给测井地层评价带来许多问题,但又为储层动态特性研究提供了良好的条件．     

含气储集层泥浆侵入的动力学特征及其对补偿中子和补偿密度测井响应的影响

根据渗流理论考察了钻井过程中泥浆滤液对含油气储层的侵入过程,研究了不同条件下侵入剖面的特点,计算了各种侵入剖面的补偿密度和补偿中子测井响应,并提出了新的解释模型．研究结果表明,侵入改变了近井区地层的物性参数和地球物理特征,给测井地层评价带来许多问题,但又为储层动态特性研究提供了良好的条件．     

天然气水合物赋存形态识别及其饱和度预测

含水合物储层纵横波速度不仅与天然气水合物饱和度有关,还取决于水合物的赋存形态.本文基于考虑水合物微观形态的岩石物理模型预测了水合物海脊1247B和1250F井位的水合物饱和度,并与核磁共振——密度孔隙度评价的饱和度进行比较,以确定水合物在沉积物中的存在形态.而且对比了有效介质模型、改进的Boit-Gassmann模型和简化的三相方程在同一赋存形态下预测的饱和度,以此探究三种模型在含水合物储层定量评价中的适用性.对比预测结果显示,1247B和1250F井位的天然气水合物主要以骨架支撑形态存在.虽然各岩石物理模型在含水合物层段预测趋势一致,但是,相对于简化三相方程预测结果而言,有效介质模型和改进的BiotGassmann模型能更准确预测出海底沉积物中水合物饱和度,并且在同一种模型中纵横波速度联合反演比单纵波预测的水合物饱和度更合理.     

井震联合分析预测神狐海域天然气水合物可能的垂向分布

已有的地质与地球物理信息表明南中国海北部陆坡神狐海域存在天然气水合物,2007年钻井和取样结果证实其以细颗粒均匀存在于水合物稳定带内,但区域分布范围极不规则.由于测井记录长度和取样深度的范围有限,天然气水合物垂向分布特征难以确定.为了深入了解此区域天然气水合物深度上的分布规律,对SH7井的多种测井数据进行综合分析并与地震反射特征建立联系,得到三个主要的沉积物性变化层位并以此为基础进行叠后数据的伪井约束反演,结果表明在已证实的含水合物层之下还存在高速层.而AVO叠前正演模拟分析结果与实际地震数据对比表明,研究区的天然气水合物稳定带可能由含水合物沉积物与饱水沉积物的薄互层组成,这就意味着在取样获得天然气水合物样品的深度之下,很可能存在另一个含水合物层.     

南海神狐海域地层渗透率与含水合物饱和度关系研究(英文)

本文利用取自南海神狐海域钻井岩芯进行了核磁共振测量,研究了岩石中所含水合物对地层渗透率的影响,该岩芯样品为一"孔隙充填型"水合物样品。核磁共振测量结果表明岩石中所含水合物对地层渗透率影响很大,随着含水合物饱和度的增加,地层渗透率迅速降低。通过对测量结果的进一步分析可知"孔隙充填型"水合物对地层渗透率的影响-存在多方面的因素,包括水合物对地层孔隙度、孔隙迂曲度的影响以及对水合物对孔隙喉道的堵塞等。最后本文利用Masuda下降模型建立了适用于南海神狐海域的相对渗透率与含水合物饱和度的经验公式,下降指数N=7.9718。     

海洋含水合物沉积层的速度频散与衰减特征分析

随着水合物含量的增加,往往会引起纵、横波速度的增加,同时也会引起衰减的变化.针对含水合物沉积层的速度频散与衰减特征分析,有助于水合物含量的估计.本文以有效介质理论模型(EMT)为基础,研究了海洋未固结含水合物沉积层的纵、横波速度的非线性变化趋势.同时采用BISQ模型替代有效介质模型中的Gassmann方程,具体分析了全频带范围内海洋含水合物沉积层的速度频散与衰减特征.采用该模型,速度与衰减均随着水合物含量的增加而增加,且岩石孔隙度与泥质含量对衰减系数的影响较小.针对大洋钻探计划(ODP)164航次的实际数据,运用该模型方程计算采用声波测井数据(20kHz)与VSP数据(100Hz),分别获取了水合物稳定带的饱和度数据,平均在5%~7%之间,由于速度频散的影响,VSP估算结果要弱低于声波测井估算数据,均与实测保压取芯的甲烷含量数据、他人研究成果以及神经网络趋势预测结果均有着较好的一致性.对南海神狐海域三口钻位开展了水合物含量预测,与保压取芯结果有着较好的吻合关系.同时基于层剥离法提取该区域某地震测线BSR层的等效Q值,采用本文方法估算了该区域的等效天然气水合物含量15%~30%.数值模拟与实际应用结果表明:含水合物沉积层的速度频散与衰减特征均随着水合物含量的变化而变化,联合利用这一些变化特征,有助于天然气水合物含量的估计.     

天然气水合物似海底反射层(BSR)AVA特征:双相介质模型

The bottom simulating reflector （BSR） in gas hydrate-bearing sediments is a physical interface which is composed of solid, gas, and liquid and is influenced by temperature and pressure. Deep sea floor sediment is a porous, unconsolidated, fluid saturated media. Therefore, the reflection and transmission coefficients computed by the Zoeppritz equation based on elastic media do not match reality. In this paper, a two-phase media model is applied to study the reflection and transmission at the bottom simulating reflector in order to find an accurate wave propagation energy distribution and the relationship between reflection and transmission and fluid saturation on the BSR. The numerical experiments show that the type I compressional （fast） and shear waves are not sensitive to frequency variation and the velocities change slowly over the whole frequency range. However, type II compressional （slow） waves are more sensitive to frequency variation and the velocities change over a large range. We find that reflection and transmission coefficients change with the amount of hydrate and free gas. Frequency, pore fluid saturation, and incident angle have different impacts on the reflection and transmission coefficients. We can use these characteristics to estimate gas hydrate saturation or detect lithological variations in the gas hydrate-bearing sediments.     

The impact of faulting on the stability conditions of gas hydrates in Lake Baikal sediments

The phase transition problem of methane hydrate in porous sediments is solved. Based on the obtained solution, the impact of faulting on the stability conditions of gas hydrates is investigated by the numerical modeling of the filtration and thermal regimes in the sedimentary cover of the Central Basin of Lake Baikal within the segment of the anomalous behavior of the bottom simulating reflector (BSR). It is assumed that such behavior is caused by the tectonic action. The calculations testify to the plausibility of the proposed model of formation of the anomalous area with total decomposition of the contained hydrates. It is shown that dissociation of gas hydrates in sediments due to faulting and the subsequent uplift of the products of these transformations along the incipient channel toward the bottom of the lake can result in the extensive accumulation of gas hydrates on this surface. It is also shown that if the total amount of the free gas, which left the hydrate dissociation zone, reached the level of the lake surface at normal pressure and temperature, its volume could be equivalent to the resources of a medium-size gas field. The results of numerical modeling the violation of the gas-hydrate stability conditions in Lake Baikal sediments can also be valid for the other regions with hydrate-bearing sediments if the case specific conditions and regional tectonic activity are taken into account.     

Ultrasonic attenuation of pure tetrahydrofuran hydrate

Improved estimates of the amount of subsurface gas hydrates are needed for natural resource, geohazard, and climate impact assessments. To evaluate gas hydrate saturation from seismic methods, the properties of pure gas hydrates need to be known. Whereas the properties of sediments, specifically sands, and hydrate‐bearing sediments are well studied, the properties of pure hydrates are largely unknown. Hence, we present laboratory ultrasonic P‐wave velocity and attenuation measurements on pure tetrahydrofuran hydrates as they form with reducing temperatures from 25°C to 1°C under atmospheric pressure conditions. Tetrahydrofuran hydrates, with structure II symmetry, are considered as proxies for the structure I methane hydrates because both have similar effects on elastic properties of hydrate‐bearing sediments. We find that although velocity increased, the waveform frequency content and amplitude decreased after the hydrate formation reaction was complete, indicating an increase in P‐wave attenuation after hydrate formation. When the tetrahydrofuran hydrate was cooled below the freezing point of water, velocity and quality factor increased. Nuclear Magnetic Resonance results indicate the presence of water in the “pure hydrate” samples above the water freezing point, but none below. The presence of liquid water between hydrate grains most likely causes heightened attenuation in tetrahydrofuran hydrates above the freezing point of water. In naturally occurring hydrates, a similarly high attenuation might relate to the presence of water.     

南海北部神狐海域天然气水合物形成聚集的数值模拟研究

利用2D数值方法对南海北部陆坡神狐海域水合物形成聚集过程进行了模拟,对气烟囱、泥底辟与水合物成藏间的关系进行研究.模拟结果表明,来自深部的甲烷热解气在向上运移过程中以垂向运动为主,且局限在某一狭窄的范围内,故在地震剖面上显示为气烟囱及顶部BSR.只有当其越过水合物稳定带底界,才能形成水合物,此时BSR等于水合物稳定带底...     

南海北部神狐海域天然气水合物成藏模式研究

南海北部陆坡神狐海域是我国海洋天然气水合物勘探开发研究的重点靶区,独特的水合物成藏特征,难以利用当前观测到的沉积速率和流体流动条件对其成藏机理进行解释和量化说明,对其形成演化模式和控制因素尚不明确.本文构建了海洋天然气水合物形成演化过程的动力学模型,模型的主控参量为海底沉积速率和水流速率,以此计算了神狐海域天然气水合物聚集演化过程,并与饱和度的盐度测试值进行对比.最后,在研究神狐海域地质构造活动和水合物成藏动力学基础上建立了神狐天然气水合物形成演化模式.认为神狐海域当前的天然气水合物是在上新世末—更新世早期断裂体系水合物基础上继承演化而来的,神狐海域天然气水合物形成演化具有典型的二元模式.第一阶段水合物形成发生在距今1.5 Ma之前构造活动形成的断裂体系中,高达50 m/ka的孔隙水流动携带了大量的甲烷进入水合物稳定带,导致了水合物的快速生成,在4万年内形成了饱和度达20%的甲烷水合物;第二阶段发生在1.5 Ma以来,泥质粉砂沉积使沉积体渗透率骤减,0.7 m/ka的低速率水流使甲烷供给不足,在海底浅层新沉积体中无法生成水合物,仅在水合物稳定带底部有缓慢的水合物继承增长,并因此形成了神狐海域当前观测到的水合物产出特征,而且水合物资源量仍在减少.