天然气水合物降压开采数值模拟研究

为揭示天然气水合物降压开采过程中水合物分解规律,建立了柱坐标系下水合物降压开采的物理模型和数学模型,应用有限差分法进行求解,并应用神狐海域试采数据进行了验证,进而分析了降压开采过程中压力、水合物饱和度、渗透率的变化规律以及多种边界条件下分解过渡带的移动规律,研究了不同降压开采参数对水合物分解过程的影响.结果表明:降压开始后,井眼周围迅速形成压降漏斗,随着开采时间的增加,压降漏斗向储层远处扩散;井眼处的水合物最先分解,随着开采时间的推进,水合物饱和度逐渐降低,储层渗透率逐渐增大;水合物饱和度降低的区域沿径向向外扩散,渗透率增大的区域也与之相应;过渡带外沿、内沿移动速度不同步,开采后期移动速度都变慢,分解过渡带宽度随着开采时间逐渐增大,到一定天数后趋于稳定;水合物降压开采的主要控制参数包括开采井压力、水合物初始饱和度、储层绝对渗透率、水合物分解动力学常数等;模拟水合物降压开采时,如果选择封闭型边界且半径较小,则所得出的模拟结果与实际开采情况会有较大的差别,甚至相悖.     

时移地震监测天然气水合物开采可行性分析

时移地震储藏监测是一种提高油气采收率的有效技术,但该技术应用需要满足一定的储藏条件,因此时移地震的可行性研究非常有必要.天然气水合物的开采过程,主要是通过有关措施(加温、降压、注入化学材料等)使沉积物中的固态水合物变成气体开采出来,这将改变水合物储层的物理性质和地震反射特性,原理上为进行时移地震监测提供了条件.本文通过数值模拟分析发现:扩散型水合物藏在开采过程中有明显的地震信号变化,可以用时移地震对这类水合物藏的开采进行监测;渗漏型水合物藏的时移地震监测是否可行与其所含气体含量大小有关,气体含量低的可以用时移地震进行检测,气体含量高的是否能用时移地震进行检测要视具体情况而定.     

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.     

天然气水合物的开采——以马利克钻井为例

马利克水合物钻井项目是以加拿大为主执行的一个国际大陆钻探项目.该项目的目标是在多学科科研框架内，尝试几种水合物分解激发方法，并进行水合物连续生产效应评价.钻井位置选在加拿大西北地区贝夫特大陆边缘马更些三角洲的最北端，这里是加拿大油气储量最为丰富的地区之一.本项目共完成三口间距40米的钻井，中间为生产井，用于水合物的生产实验，两侧为观测井，用于水合物生产之前、生产中及生产之后的各种观测.在生产井中使用减压法、热激发法以及两者组合进行了水合物的短期生产开采实验.在马利克钻探之前，人们通过计算机模拟来评价热激发和降压法进行水合物开发的评价.计算机模拟结果显示，在技术上，水合物的产气速率完全可以达到作为资源开发的要求.但利用这种方法进行水合物开采，在经济上是否合算，则没有可靠的评估和先验的知识.马利克的研究钻探首次证实从水合物储层进行天然气体生产在技术和经济上都是可行的.实验证明，在气体采收过程中减压比单纯加温能更快地产生气体，而加温和减压组合则能高效率地从水合物储层中产生气体.     

天然气水合物降压开采储层内压力变化规律分析

以往的天然气水合物开采数值模拟研究大多集中于产能结果分析,鲜见关于降压开采过程中储层内部压力变化规律的研究.本文基于质量守恒、能量守恒和达西定律,建立了水合物降压开采气、水和水合物三相一维模型,并首次在模拟计算中引入压降半径公式,利用有限差分法,采用IMPES(隐式压力-显式饱和度)方法求解模型.文中对比研究了井口压力、温度、渗透率和水合物分解对储层内压力变化的影响,结果表明:降压开采水合物导致井口附近形成低温区,可能引起水结冰和水合物再生的现象;储层绝对渗透率越大,压降在储层内的传播越快,总产气量也越大;水合物分解引起得水气两相相对渗透率变化和分解产生的水气是影响储层内压降传播速度的主要因素.     

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.     

天然气水合物冷泉和气泡羽状流研究进展

近些年来,天然气水合物的调查研究及勘探开发都取得了一定进展,但针对与天然气水合物相关的海底冷泉和气泡羽状流(或羽状水体)的研究报道较少.为了更好地进行天然气水合物基础研究,本文首先简要总结了天然气水合物的发展状况;然后阐述了与天然气水合物相关的冷泉和气泡羽状流的发展状况,天然气水合物羽状流识别技术情况,以及地震识别水合物的发展现状;最后针对气泡羽状流提出天然气水合物的研究方向和科学问题,为水合物的识别和勘查提供新的线索和思路.     

天然气水合物地球物理勘探技术的应用及发展

天然气水合物是一种广泛分布于全球、能量密度高、具有极高资源价值的新型清洁能源,因而成为油气勘探界长期研究的热点.本文基于ICGH-9(第九届国际天然气水合物会),结合相关文献资料对天然气水合物地球物理方法及其取得的进展进行综述.内容主要包括地震勘探、海底地震仪(OBS)、地球物理测井、海洋电磁法、地质雷达以及室内声学研究在水合物相关的地质构造(麻坑、泥火山、底辟构造、气烟囱、大型海底滑坡及地质体)、地震识别和处理、地震属性分析与提取技术、天然气水合物及游离气饱和度计算、水合物模拟实验等方面取得的进展.提出地震勘探、地球物理测井技术目前在水合物地球物理勘探中具有勘探精度高、分辨率高等优势,海洋电磁技术因对烃类气体、薄层及薄互层识别困难而逐渐成为了辅助手段,建议在下一步勘探中:①在当前集中于近海底研究的基础上,开展对海底表面、海水甚至海面都进行有效的系统性调查;②建立海洋地震勘探、可控源电磁法、地球物理测井、数据采集、数据处理、数值模拟、异常分析、成像技术等一体化系统;③结合地震、地质、岩性等资料对水合物生产动态进行数值模拟计算,带入储层岩性及地质结构特征参数、储层温压状态参数、水合物藏的储量等参数,结合岩石物理模型、地温梯度参数、水合物相平衡条件以及常规产气速率等,对不同开采方式或者多种方式联合使用情况下,模拟生产对天然气水合物储层的物性影响、引起的环境效应以及最高产气量等多种响应.     

水平井开采南海神狐海域天然气水合物数值模拟

2007年5月,南海北部神狐海域的实地钻探结果表明该区域海底存在大量天然气水合物,其作为未来我国潜在的可开发能源的调查和资源评价工作正在展开.本文以SH7站位的钻探、测井数据为基础,建立了实际水合物藏分层地质模型,主要包括上盖层、水合物层和下盖层,其中上下盖层均为可渗透的沉积物.本文利用新型的开采井设计方式,进行了单一...     

海域天然气水合物勘测的地球物理方法

到目前为止,已经探明的天然气水合物储量要远小于预测的水合物储量.这种现状不同程度地反映出我们对天然气水合物赋存规律认识不足,和对天然气水合物勘探方法认识不足.本文根据作者多次参加水合物地球物理调查国际航次的认识及文献资料,综述了海域天然气水合物勘探方面一些有效的地球物理技术方法,以利于我国海域天然气水合物的勘探工作以及勘探方法的创新.本文指出,地震勘探是目前进行天然气水合物勘探最常用、也是最重要的方法.地震方法主要包括传统的单道、多道地震方法、高分辨地震方法、深拖多道地震探测方法、海底地震仪方法、多道-多分量海底地震电缆方法、海底地震检波器方法等.此外,根据水合物发育区特有的海底地形地貌特征和水体异常特征,根据水合物发育所需要的温度-压力场特征、电磁特征和含水合物地层的剪切模量特征发展的多波束方法、旁扫声纳方法、海底热流探测方法、海底电磁方法以及海底重力测量方法等都在海域天然气水合物勘探中有着很好的效果.     

南海含天然气水合物地层地震反射特征及可能分布研究

天然气水合物是当前能源与环境领域的研究热点之一,南中国海是天然气水合物赋存的有利区域。天然气水合物的存在改变了沉积地层的声学特征,这一性质使多道地震勘探成为发现海洋天然气水合物的主要手段。本文首先根据地震成像结果定性分析南海可能含天然气水合物沉积地层的地震反射特征,初步确定天然气水合物存在的可能性并指出地震成像关键技术。在无井条件下,构建虚拟井进行波阻抗反演得到定量的地层速度参数进一步证实这一可能性,最后将反演获得的速度场与ODP184 航次在此区域获得的地球物理、地球化学信息综合分析,可以确定此区域天然气水合物的存在及其空间展布。     

南海北部陆坡细粒沉积物天然气水合物系统的形成模式初探

我国在南海北部陆坡的细粒沉积物中首次钻获水合物样品,为深入了解这一特殊成藏体系的形成机制,本研究以钻探区域高精度的二维和三维多道地震资料为基础,通过精细的地球物理解释和地质分析,探讨了该天然气水合物系统的成藏控制因素.细粒沉积物天然气水合物系统中水合物的富集过程存在着三个特殊的控制因素：（1）大面积丰富的含甲烷流体的参与.南海北部深水盆地广泛存在的异常热流体活动促使深部的热解成因天然气或浅层的生物成因气运移到水合物稳定带,有利于水合物的发育.热流体活动表现为底辟和气烟囱构造,在地震剖面上,表现为地震声学模糊带、同相轴下拉或中断、顶部出现反射亮点,这些构造直抵水合物稳定带.在气烟囱或底辟构造顶部通常有BSR伴生,说明热流体活动与水合物成藏具有密切关系;（2）断裂构造的发育在水合物稳定带中细粒沉积物的成核和生长过程中具有重要的作用,一方面促进稳定带流体的垂向和侧向运移,另一方面,构造裂缝可能成为成核和生长过程的空间;（3)大型海底滑坡导致了地层中超压流体活动和构造裂缝的发育,从而促进了水合物富集.在上述研究基础上,提出了南海北部水合物钻探区高饱和度水合物成藏模式.     

单源单缆方式采集的天然气水合物三维地震数据处理技术

作为潜在的能源储备,天然气水合物的重要性持续上升.针对天然气水合物的地震勘探也逐步由二维方式向三维方式转变.本文以单源单缆方式采集的天然气水合物三维地震数据为基础,探讨了地震数据成像的关键技术,在获得准确的三维地震成像数据体的同时,还得到三维地层速度数据体.三维地震数据更有利于描述含天然气水合物地层的地震反射特征,并刻画可能含天然气水合物地层的分布,从而拓宽对天然气水合物储层的认识.     

天然气水合物CT实验方法初步研究

天然气水合物预计是21世纪重要新能源,其作为温室气体释放对气候环境可能产生破坏性影响.分析表明,青藏高原多年冻土区具备良好的气水合物形成条件.采用CT技术进行气水合物生成-分解过程实验是一种有效的方法,可以直观、准确、定量观察和计算气水合物的内部结构、产量和成长质量.本文初次给出用CT方法进行气水合物实验的技术原理、装置设计、计算公式、特征参数等,为多孔介质天然气水合物实验研究打下了良好的基础.     

天然气水合物和游离气饱和度估算的影响因素

讨论了不同水合物胶结类型的流体饱和多孔隙固体中地震波的衰减情况,分析了估算天然气水合物和游离气饱和度影响因素.结果表明, 地层孔隙度、纵波速度模型和弹性模量的计算方法是影响反演水合物和游离气饱和度的关键因素.含水合物地层的吸收与水合物胶结类型密切相关,当水合物远离固体颗粒,像流体一样充填在孔隙时,品质因子出现负异常,而当水合物胶结固体颗粒影响骨架的弹性性质,其品质因子出现正异常.根据布莱克海台地区164航次995井的测井资料,分别应用低频和高频速度模型估算了水合物和游离气饱和度.由低频速度模型得到的水合物饱和度(占孔隙空间的)10%～20%,游离气饱和度(占孔隙空间的)05%～1%;而由高频速度模型得到的水合物饱和度(占孔隙空间的)5%～10%,游离气饱和度(占孔隙空间的)1%～2%.     

钻井液侵入海洋含水合物地层的一维数值模拟研究

本文以墨西哥湾水合物区域为背景,利用数值模拟方法研究了过平衡钻井条件下,当钻井液温度高于地层中水合物稳定温度时,水基钻井液侵入海洋含水合物地层的动态过程及其一般性规律.与侵入常规油气地层相比,耦合水合物分解和再形成是钻井液侵入海洋含水合物地层的主要特征.模拟结果表明,钻井液密度、温度和盐度都对侵入过程有影响.在一定条件下,钻井液密度越大,温度和含盐量越高,则钻井液侵入程度越深,热量传递越远,水合物分解程度越大.分解的水气在合适条件下又会重新形成水合物,影响了钻井液进一步侵入.而重新形成的水合物的饱和度甚至可能高于原位水合物饱和度,在井周形成一个"高饱水合物"环带.这一现象归因于钻井液侵入的驱替推挤、水合物分解的吸热以及地层传热的滞后等因素共同作用.在地层物性一定的条件下,高饱水合物环带的出现与否主要受钻井液温度和盐度控制.水合物分解以及高饱水合物环带的出现对井壁稳定和电阻率测井解释有很大影响.因此,为维护井壁稳定、确保测井准确和减少水合物储层伤害,就必须对钻井液密度、温度和滤失量进行严格控制,防止地层中的水合物大量分解.最好采用控制压力钻井(MPD)和深侧向测井方式,同时尽量选用低矿化度的含水合物动力学抑制剂的钻井液体系,采取低温快速循环方式.     

南海琼东南盆地天然气水合物稳定域分布特征及资源预测

琼东南盆地油气地质显示盆地内具有生物成因和热成因天然气的巨大生成能力和远景. 地震剖面显示盆地内发育有泥底辟和气烟囱、沟通泥底辟和气烟囱与海底的断裂及可能正在活动的天然气冷泉,这些特征非常有利于天然气水合物的发育. 通过天然气水合物热力学稳定域预测,确定了琼东南盆地天然气水合物的平面和剖面分布特征. 生物成因甲烷水合物分布于水深大于约600m的海底,稳定带最大厚度约314m;热成因天然气水合物分布于水深大于约450m的海区,稳定带最大厚度约410m. 盆地内天然气水合物远景总量约10×109m3,水合物天然气远景为1.6×1012m3.     

基于热声成像的天然气水合物相变界面监测的方法研究

在天然气水合物(简称水合物)钻采过程中,动态监测水合物沉积物具有非常重要的现实意义和应用价值.常规探测方法只能判断水合物分解前的大致分布情况,很难获得水合物分解过程中固-液交界面的动态变化和图像.本文将热声耦合引入到水合物的钻采监测中,首次提出了在瞬态强脉冲激励下水合物产生瞬态相变、并激发相变热声信号的物理机制,导出了脉冲激励与声源之间的耦合方程,提出了基于滤波反投影算法的相变界面成像方法.建立了三维仿真模型,开展了电场和声场耦合分析,在强脉冲激励下求解出了热函数及声压分布.然后模拟超声换能器接收到的声信号,利用声信号对不同半径的水合物重建声源的分布,从声源图像得到水合物的相变界面位置信息.为水合物松散沉积物的研究提供了一种全新的探测方法.     

天然气水合物电磁勘探研究进展

天然气水合物因能源资源潜力、环境效应问题和对地质灾害影响,受到了世界各国的广泛关注,成为了科学研究热点.目前,探测天然气水合物最有效的当属地震勘探,但其存在着一些问题,如只能探测水合物的底界、无法估算水合物浓度、BSR特征与水合物储层不一一对应等,而电磁方法则成为其有益的补充,可降低勘探成本和钻探风险.本文综述了海域与陆域冻土区电磁探测天然气水合物的研究进展,介绍了国内外天然气水合物的发展历程、电磁探测水合物的物性基础和电磁探测天然气水合物的研究现状.在海域水合物电磁勘探方面,重点阐述了频率域海洋可控源电磁法的原理、电磁法数值模拟、装备研发和应用研究的相关进展;在陆域水合物电磁勘探方面,论述了电磁法在探测冻土层、水合物成藏要素以及水合物有效性的研究进展.最后结合我国天然气水合物电磁勘探研究现状,提出了相关建议,为开展相关领域研究提供有益的参考.     

天然气水合物形成条件与含量影响因素的半定量分析

天然气水合物形成条件及其含量的研究是天然气水合物调查研究中最为关心的两个问题.从天然气水合物形成过程的热动力学理论模型出发,半定量地探讨了不同因素（温度、压力、气体组成、孔隙水盐度、沉积物孔隙大小等）对天然气水合物形成作用及含量的影响程度.结果显示,气体组成特别是丙烷的加入对天然气水合物形成的温度和压力条件影响最大,孔隙水盐度也会对天然气水合物形成的温度和压力条件产生重要影响,沉积物孔隙在一定范围内（1×10^-6m～4×10^-8m）对天然气水合物形成的温度和压力条件影响有限.天然气水合物含量受孔隙大小和盐度影响较小,主要只与气体的供应大小有关.