青海祁连山冻土区天然气水合物资源量的估算方法——以钻探区为例

祁连山冻土区天然气水合物DK-1、DK-2、DK-3、DK-4号钻孔揭示,该区天然气水合物及其异常主要产出于破碎岩层裂隙中和砂岩孔隙中,根据不同的赋存类型分别赋予具体地质含义,并运用体积法建立了2种产状天然气水合物资源量的计算方法。基于野外地质观测统计数据和室内分析测试结果,在钻探区约40×104m2的范围内,计算得到砂岩孔隙中的天然气水合物资源量约为6.24×104m3天然气,破碎岩层裂隙中的天然气水合物资源量约为88×104m3天然气,总的资源量约为94.2×104m3天然气。可以看出,钻探区中产于破碎岩层裂隙中的天然气水合物资源量是主体,这与钻探中肉眼观察的结果一致。     

祁连山冻土区天然气水合物岩性和分布特征

2008~2009年实施的“祁连山冻土区天然气水合物科学钻探工程”,已完成DK-1、DK-2、DK-3和DK-4孔的钻探任务。施工期间多次钻获天然气水合物实物样品,证实祁连山冻土区存在天然气水合物。祁连山冻土区天然气水合物主要以裂隙型和孔隙型2种状态产出。基于天然气水合物存在的10个方面的特征,认为天然气水合物赋存层位主要为中侏罗统江仓组,产于冻土层之下,主要储集于133.0~396.0m区间,储集层岩性多以粉砂岩、油页岩、泥岩和细砂岩为主,含少量中砂岩。钻孔中天然气水合物纵向分布不具有连续性,钻孔间横向分布规律不明显。岩石质量指标(RQD)统计结果显示,RQD低值区与天然气水合物储集层段具有较好的一致性,表明裂缝系统对于该区天然气水合物的分布具有重要的控制作用。     

祁连山冻土区天然气水合物现场识别方法

天然气水合物是一种赋存在低温、高压条件下,陆上永久冻土区和海底沉积物中的规模巨大的新型能源。在冻土区的天然气水合物研究过程中,钻探取样和天然气水合物岩芯研究仍是识别和推断天然气水合物最直接有效的方法。因此,如何在钻探现场快速有效地识别出天然气水合物及相关异常特征就显得极其重要。近几年在祁连山天然气水合物勘探过程中,探索性地总结出适用于冻土区的天然气水合物现场识别方法,主要包括肉眼观测、孔口气涌观测、岩芯红外测温、岩芯裂隙孔隙水盐度测定、岩芯气体解析与组分测定和岩芯次生构造与伴生矿物鉴别等方法。利用该套现场识别方法和随钻岩芯编录,有效地查明了祁连山冻土区天然气水合物在岩芯中的产状和分布特征,为该区天然气水合物资源评价和试开采试验提供了重要依据。     

祁连山冻土区天然气水合物地质控制因素分析

对祁连山冻土区天然气水合物勘探区DK-2至DK-6钻孔地层、岩心粒度、断层破碎带以及冻土层属性进行了综合分析。结果表明,研究区水合物储存首要控制因素是可为深部气源提供流体通道的区域主断层,其他小断层和破碎带可为水合物提供部分流体来源及储存空间,气体来源以深部热解气为主;不同沉积环境地层中水合物赋存层段的粒级组分含量不同,局部粗碎屑沉积亦可为天然气水合物提供有利储存空间;而水合物的储存不仅受冻土层厚度控制,还可能与冻土层岩性有很大关系,有利的"盖层"(低孔隙度、低渗透率)可能更利于水合物的赋存。此外,江仓组地层也可能对天然气水合物有一定的岩相控制作用。     

世界海洋地质调查发展历程与启示

综合考虑社会发展、文明演进、国家需求、科技进步、人才成长等因素,将世界海洋地质调查发展历史划分为"萌芽期""初创期""发展期""成熟期"和"升级期"5个阶段,探讨了不同阶段海洋地质调查的工作目标、主要特点和标志成果等,在此基础上总结凝练历史发展规律和启示,并结合我国实际提出海洋地质工作发展的相关建议。     

羌塘盆地雀莫错地区天然气水合物成藏条件分析

基于天然气水合物钻探试验井QK-8井的调查成果,以雀莫错地区发现的高烃类气体显示为线索,从影响高山冻土区天然气水合物成藏的关键地质因素出发,系统分析了影响天然气水合物成藏的冻土厚度、烃源岩特征、储集空间、疏导系统、矿物特征及盖层条件等地质因素,明确了该区天然气水合物成藏潜力。结果显示: 雀莫错地区冻土厚度较大(约100 m); 上三叠统主力烃源岩整体表现为有机质丰度高,为Ⅱ₂型干酪根,成熟度较高(R_o为1.3%~1.5%); 储集空间以缝洞型储层为主,裂隙、孔隙型次之; 具备有效的运移通道和良好的区域盖层,同时多层段发育方解石和黄铁矿等天然气水合物伴生矿物。综合分析认为,雀莫错地区具有一定的天然气水合物成藏潜力,是下一步天然气水合物含油气系统综合能源资源调查的主要方向。     

羌塘盆地冻土结构特征及其对天然气水合物成藏的影响

羌塘盆地是青藏高原最大的含油气盆地,多年冻土广泛分布,具备良好的天然气水合物形成条件和找矿前景。基于羌塘盆地天然气水合物钻探试验井资料,从影响天然气水合物成藏角度提出了羌塘盆地3种主要的冻土结构类型,其中由冻融层、含冰沉积物冻土层、含冰基岩冻土层、非含冰基岩冻土层所组成的冻土结构最为常见。研究表明,冻土层结构对天然气水合物温压条件具有一定影响,当非含冰基岩冻土层存在时,其下伏的非冻土层的孔隙流体压力与上部冻土层的微孔和微裂隙特征紧密相关,有利于浅层烃类气体的封存和水合物的成藏。含冰冻土层冰地球化学特征指示冻土层形成的过程是大气降雪融化成水后未经蒸发作用直接渗入地下,受气候变冷影响,地层由浅往深逐渐冻结形成。同时,矿化度和阴、阳离子浓度的高低在一定程度上反映了不同深度沉积物的物化性质。含冰冻土层对于浅层烃类气体封盖作用的定量评价显示,随着含冰饱和度的增加,甲烷气体渗透率降低,当含冰饱和度达到80%时,冻土层能完全有效地限制甲烷气体运移。由于在气候变暖因素的驱动下,冻土层不仅能通过温压条件来控制天然气水合物矿藏存在的空间范围,而且还限制着来自部分水合物分解所产生的烃类气体向浅部运移。因而推测,在青藏高原冻土区可能存在一个由断裂体系相关联的深部烃类储层、中部天然气水合物储层和浅部天然气藏组成的油气系统。     

世界天然气水合物研究发展对我国加快推进其产业化的启示

天然气水合物是21世纪最具潜力的新型洁净能源之一,同时也是目前尚未开发的储量巨大的一种新能源。全球天然气水合物蕴藏的天然气资源总量约为2.1×1016 m3,相当于全球已探明传统化石燃料碳总量的2倍,主要分布于世界深水海域和永久冻土带中。随着中国在南海神狐海域的试采取得圆满成功,天然气水合物资源的开发利用越来越多地受到世人的关注与重视,但如何安全、经济、高效开采这种新能源,仍需投入大量人力物力进一步开展研究工作。笔者从世界主要国家天然气水合物资源的勘查试采现状入手,分析其开发利用趋势,系统梳理存在问题,提出加快推进天然气水合物勘查试采产业化的启示。     

中国南海天然气水合物开采储层水合物相变与渗流机理:综述与展望

【研究目的】中国地质调查局先后于2017年、2020年在南海北部神狐海域成功实施两轮水合物试采,创造了产气时间最长、产气总量最大、日均产气量最高等多项世界纪录,了解和掌握南海天然气水合物开采储层相变与渗流机理,有助于进一步揭示该类型水合物分解机理、产出规律、增产机制等,可为中国海域水合物资源规模高效开采提供理论基础。【研究方法】基于两轮试采实践,笔者通过深入研究发现,储层结构表征、水合物相变、多相渗流与增渗、产能模拟与调控是制约水合物分解产气效率的重要因素。【研究结果】研究表明,南海水合物相变具有分解温度低,易在储层内形成二次水合物等特点,是由渗流场-应力场-温度场-化学场共同作用的复杂系统;多相渗流作用主要受控于未固结储层的物性特征、水合物相变、开采方式等多元因素影响,具有较强的甲烷吸附性、绝对渗透率易突变、气相流动能力弱等特点;围绕南海水合物长期、稳定、高效开采目标,需要在初始储层改造基础上,通过实施储层二次改造,进一步优化提高储层渗流能力,实现增渗扩产目的。【结论】随着天然气水合物产业化进程不断向前推进,还需要着力解决大规模长时间产气过程中温度压力微观变化及物质能源交换响应机制以及水合物高效分解、二次生成边界条件等难题。创新点：南海水合物相变是由渗流场-应力场-温度场-化学场共同作用的复杂系统;南海泥质粉砂储层具有较强的甲烷吸附性、绝对渗透率易突变、气相流动能力弱等特点,多相渗流机理复杂。