ERT在水合物在线监测中的应用:以结融冰过程为例

电阻率层析成像技术(ERT)作为一种岩心尺度的可视化测试手段,在天然气水合物成藏-开采过程模拟方面具有广阔的应用前景。目前国内专门针对天然气水合物合成-分解过程进行电阻率层析成像观测的报道较少。本文采用自主研发的天然气水合物电阻率层析成像测试系统,以冰的形成和融解过程为例,探讨了电阻率层析成像技术在天然气水合物可视化观测中的可用性。实验结果表明,电阻率层析成像技术能够实时在线监测沉积物体系中冰的形成和溶解过程,以及该过程中冰在沉积物孔隙中的分布规律。结冰-融冰过程中沉积物体系的电导率分布受温度、孔隙连通性、盐度因素影响,排盐效应对电导率不均匀性分布影响明显。研究结果对进一步开展电阻率层析成像技术在天然气水合物探测方面的应用有一定的参考意义。     

含水合物沉积物电阻率演化规律实验研究进展

电阻率对沉积物组成和微观结构具有极高敏感性,是反映水合物生成分解过程物性演化的重要参数。然而由于影响因素复杂,人们对电阻率随CH_4水合物生成分解的演化规律仍不清楚。对含CH_4水合物沉积物的电阻率实验研究进展进行了梳理,分析了电阻率的主要影响因素,总结了纯水、盐水、非饱和水等不同体系中水合物生成分解过程电阻率演化规律。研究认为,在纯水沉积物中,电阻率随着水合物的生成不断增大;在盐水沉积物中,成核阶段的排盐效应以及生长阶段的重结晶或Ostwald熟化现象都会导致沉积物电阻率的降低;对非饱和水沉积物,气体和水在重力、毛细管力作用下、孔隙溶液离子在渗透和扩散作用下,都对沉积物电阻率造成影响。基于上述分析,提出了水合物生成过程模型,探讨了电学特性实验研究未来发展方向,对水合物电学研究具有一定的参考意义。     

含水合物沉积物孔隙结构特征与微观渗流模拟研究

含水合物沉积物孔隙结构特征分析和微观渗流模拟是水合物研究的基础性、关键性工作,对深入理解沉积物中水合物的分解机理、储层渗流机理和开采机理有十分重要的意义。总结了国内外含水合物沉积物的微观孔隙探测方法,对比分析了多种微观探测技术应用在水合物研究中的技术特点;重点分析了计算机断层扫描(CT)、扫描电子显微镜(SEM)和核磁共振成像(MRI)技术在含水合物沉积物孔隙结构研究中的应用现状;简述了利用微观数值模拟方法进行含水合物沉积物渗流分析的研究进展;在此基础上,展望了含水合物沉积物孔隙特征分析和微观渗流模拟研究的未来方向和挑战。     

用孔隙水中氯离子浓度异常估算天然气水合物含量

水分子与烃类气体沉积物孔隙中结合形成水合物的过程中,只吸取孔隙中的淡水,而盐类物质不能进入水合物的晶体结构,在水合物形成过程中会引起局部孔隙水离子浓度的浓缩,增加周围沉积物孔隙水的盐度;而当水合物分解时,孔隙水就会被稀释,使得钻孔获得的水合物样品比不含水合物的样品具有更低的盐度.因为C1-是浅层海洋没积物孔隙水中一种丰富且保守的离子,C1-离子浓度变化通常被用来监测天然气水合物的形成和分解.……     

水合物生成导致沉积物孔隙结构和渗透率变化的低场核磁共振观测

含水合物储层的宏观物性表现是由储层沉积物的微观孔隙特征所控制的。理解沉积物在水合物生成过程中微观孔隙结构特征变化对于其物性特征的预测和分析有重要意义。本文利用低场核磁共振(LFNMR)技术监测了不同砂样中氙气水合物的生成过程,利用横向弛豫时间(T2)谱对生成过程中的微观孔隙结构及水相渗透率演化规律进行了分析。研究表明,水合物优先生成于沉积物较大孔隙中,在半径较小的孔隙中水合物很难生成;生成前期水合物的生长速率较快,后期逐渐减缓;水合物的生成导致沉积物孔隙尺寸和分布的变化,表现为随着水合物的生成,沉积物水相孔隙空间的最大孔隙半径和平均孔隙半径逐渐减小,孔隙空间的分形系数逐渐增大;沉积物水相渗透率随水合物生成过程中水合物饱和度的增加,先迅速减小后缓慢减小;具有不同孔隙结构特征的样品水相渗透率变化规律存在差异;相较于SDR模型和Kozeny-Carman模型,分形方法能够更好地体现孔隙结构变化对渗透率的影响。     

用地震AVO方法研究含气体水合物沉积物的内部结构

采用岩石物理合成地震模型，我们解释了弗罗里达近海BSR振幅随炮检距变化，现场地震资料的AVO分析和以往得出的速度结果对比显示：BSR将含游离甲烷的沉积物与含水合物沉积物分隔开来，BSR振幅随偏移跨增大呈负增长，这种特性说明BSR之上的P波速度比BSR之下的P波速度要大，BSR之上的S波速比BSR之下的波速度小。由此可见，用AVO和速度结果可帮助推断水合物沉积物内部结构。为了达到这个目的，建立两种微力学模型，对应于孔隙空间内水合物沉积的两种特殊情况：（1）水合物胶结颗粒接触，并增强了沉积物强度；（2）水合物远离颗粒接触部位，并未影响沉积积物骨架的硬度。仅第二种模型能定量化形成所观察到AVO响应。因此，推断含水合物沉积物内部结构意味着：（1）BSR之上的沉积物未胶结，故机械强度关弱；（2）其渗透率低，因为水合物阻塞了孔隙空间孔道。后者解释了为什么游离气圈闭在BSR之下，地震资料也暗示水合物层顶部缺少强反射，这一事实建议恰恰在BSR之上的沉积物内水合物浓度高，随深度减少逐渐降低，这种影响与BSR之上的低渗透水合物沉积物阻止游离甲烷上运移一致。     

低场核磁共振定量测定松散沉积物中含水量的方法

核磁共振通过测定体系中氢质子弛豫的T₂谱来确定液态水的含量。采用低场核磁共振技术定量测定松散沉积物体系中的含水量，探讨了沉积物粒径、黏土矿物种类与含量、孔隙水盐度、温度及气体压力等因素对测试结果的影响。由于不同介质体系中孔隙水表面弛豫机制不同，导致低场核磁测定松散沉积物中的含水量偏小。引入校正系数C_m对水量测试值进行了修正，结果表明：沉积物及孔隙水介质本身特性对水量测试结果几乎无影响，相对误差<0.5%，测试精密度<0.20%；温度变化对测试结果影响较大且呈负相关，温度从25℃降至1.7℃，水量测试值增加了10.71%；压力变化对测试结果的影响与充注气体是否含氢密切相关，不含氢气体的压力变化对测试结果没有影响，而对于含氢气体如甲烷，水量测试结果随压力变化线性增加，甲烷增加到5.05 MPa时，测试结果增加了12.15%。因此，在采用该法测量甲烷水合物生成分解过程中沉积物孔隙水的变化时，必须考虑体系的温度、压力对测试结果的影响，恒温恒压条件下监测的含水量变化能够准确指示甲烷水合物生成分解的微观过程，可望在海洋天然气水合物生成分解微观...     

天然气水合物的聚集和形成及南海地质条件分析

天然气水合物目前已经成为世界范围的一个研究热点，而我国的天然气水合物研究起步则相对较晚，通过阅读国内外有关文献，总结了天然气水合物在海底的分布特征，聚集和形成机制，产状及其形成机理，甲烷羽的形成过程，天然气水合物在沉积物中的聚集位置通常有两种情况：一是较浅的沉积物（海底以下几米）中，受控于泥底辟，泥火山，断层等；二是较深的沉积物（海底以下几十米，甚至更深）中，受控于流体，当断层延伸至海底时，通常在水合物聚集处的上部发现甲烷羽，天然气以溶解气，游离气或分子扩散的形式运移，在温，压适宜的沉积物中，即水合物稳定带内聚集并形成水合物，水合物的形成过程是：最初形成晶体，呈分散状分布于沉积物中，之后逐渐聚集，生长成结核状，层状，最后形成块状，在细粒的浅层沉积物中，通常以较慢的速度生长，形成分散状的水合物；而在粗粒沉积物中，水合物通常呈填隙状，并且这种产状可能位于较深层位中，我国南海在温度，压力，构造条件，天然气来源等方面都能满足天然气水合物的形成条件，并且在南海也发现了一些水合物存在的标志，如似海底反射层（BSR）以及孔隙水中氯离子浓度的降低。因此，天然气水合物在我国南海海域可能有很好的前景。     

采用孔隙水的氧同位数分馏和δ^18O异常估算天然气水合物含量

大西洋西部布莱克海岭ODP164航次994，997钻孔沉积物孔隙水δ^18O值在上部200mbsf为0.3--0.5‰（SMOW），随深度增加而出现下降趋势；然后在含水合物带（200-450mbsf)出现明显的正异常波动，△=0.2-0.5‰，最后随深度从-0.4‰增加到700mbsf时的-0.2‰。含流水作业事物带δ^18OIW的正偏移可能是沉积物岩心中水合物分解造成的，天然气水合物样品富δ^18O,δ^18O值为2.7-3.5‰，水合物和其周围孔隙水的δ^18O值算得，在12-16℃，31MPa(海平面下3km)条件下的其分馏系数为1.0034-1.0040。根据该分馏系数和布莱克海岭水合物带同位数异常推算，该沉积物孔隙中水合物的饱和度为6-12%。     

瞬态压力脉冲法及其在松散含水合物沉积物中的应用

含水合物沉积物渗透率是水合物开采相关工作的基础参数之一。稳态法在应用于渗透率较低的多孔介质时存在着稳定渗流难和试验耗时长等缺点。目前,含水合物细颗粒沉积物渗透率试验数据积累明显不足。本文首先介绍了瞬态压力脉冲法的基本原理及数据处理方法,然后以模拟试验验证了瞬态压力脉冲法的适用性,最后探讨了该方法在松散含水合物沉积物渗透率测量方面的应用效果。结果表明:瞬态压力脉冲法近似解处理粉细砂沉积物试验数据效果较好,而处理黏土沉积物试验数据存在明显误差,建议采用数值模拟反演分析的方法处理瞬态压力脉冲法试验数据;瞬态压力脉冲法适用于松散沉积物渗透率测量,在含水合物沉积物渗透率试验研究方面具有潜在的应用前景。