The second natural gas hydrate production test in the South China Sea

Clayey silt reservoirs bearing natural gas hydrates (NGH) are considered to be the hydrate-bearing reservoirs that boast the highest reserves but tend to be the most difficult to exploit. They are proved to be exploitable by the first NGH production test conducted in the South China Sea in 2017. Based on the understanding of the first production test, the China Geological Survey determined the optimal target NGH reservoirs for production test and conducted a detailed assessment, numerical and experimental simulation, and onshore testing of the reservoirs. After that, it conducted the second offshore NGH production test in 1225 m deep Shenhu Area, South China Sea (also referred to as the second production test) from October 2019 to April 2020. During the second production test, a series of technical challenges of drilling horizontal wells in shallow soft strata in deep sea were met, including wellhead stability, directional drilling of a horizontal well, reservoir stimulation and sand control, and accurate depressurization. As a result, 30 days of continuous gas production was achieved, with a cumulative gas production of 86.14 ×10⁴ m³. Thus, the average daily gas production is 2.87 ×10⁴ m³, which is 5.57 times as much as that obtained in the first production test. Therefore, both the cumulative gas production and the daily gas production were highly improved compared to the first production test. As indicated by the monitoring results of the second production test, there was no anomaly in methane content in the seafloor, seawater, and atmosphere throughout the whole production test. This successful production test further indicates that safe and effective NGH exploitation is feasible in clayey silt NGH reservoirs. The industrialization of hydrates consists of five stages in general, namely theoretical research and simulation experiments, exploratory production test, experimental production test, productive production test, and commercial production. The second production test serves as an important step from the exploratory production test to experimental production test.     

天然气水合物原位补热降压充填开采方法

天然气水合物资源量丰富,被公认为最有潜力的新型高效清洁替代能源,是未来能源革命的战略突破口。由于天然气水合物分解是伴随相变的复杂物理化学过程,安全经济地开采天然气水合物仍有许多瓶颈难题亟待解决。当前降压法是相对经济有效的开采方法,但天然气平均日产量远远达不到产业化开发的需求。在分析降压法规模化开采面临的瓶颈问题的基础上,提出了一种全新的天然气水合物开采方法原位补热降压充填开采法,重点剖析了该方法的3个基本原理,提出了该方法的开采技术方案、关键技术与工艺步骤。得出了如下结论:(1)天然气水合物降压法规模化开发需要突破“天然气水合物分解热补给”(补热)、“储层结构稳定性”(保稳)和“提高储层渗透率”(增渗)等3个方面的瓶颈难题;(2)基于“降压分解原理”、“原位补热原理”和“充填增渗原理”,提出了天然气水合物原位补热降压充填开采法,该方法将氧化钙(CaO)粉末注入天然气水合物储层,反应产生的大量热量补充天然气水合物的分解热,同时,反应生成的氢氧化钙(Ca(OH)2)既填充了天然气水合物分解后留下的空隙,多孔结构又提高了储层的渗透性;(3)提出了天然气水合物原位补热降压充填开采所涉及的具体技术方案、关键技术与工艺步骤。当前天然气水合物开采技术手段距离产业化开发的需求还有一定距离,未来需要加强国际科研合作,深度学科交叉,研发变革性技术,早日实现天然气水合物规模化开发。     

南海北部神狐陆坡区灾害地质因素特征

南海北部神狐陆坡区富含海洋油气资源和天然气水合物, 其海底地质环境对于各项资源开采活动和工程建设尤为重要, 但目前专项研究较少.在大量二维地震资料解译的基础上, 结合浅地层剖面和多波束测深资料, 对该区海底地质环境进行整体研究, 识别出20种灾害地质因素.按照动力来源, 将该海域地质灾害归纳为构造应力、重力、水动力、气动力和土动力5大类灾害地质类型, 每种类型包含多种灾害地质因素.依据各灾害因素总体平面分布特征, 划分出埋藏三角洲密集区、海底滑坡密集区、火山密集区、软弱层密集区、浅断裂密集区和浅埋基岩面密集区6个灾害大区.还对主要灾害因素的地震反射特征和灾害性进行了研究, 为该区未来工程建设的顺利开展提供科学的参考.      

The first offshore natural gas hydrate production test in South China Sea

Natural gas hydrates (NGH) is one of key future clean energy resources. Its industrialized development will help remit the huge demand of global natural gas, relieve the increasing pressure of the environment, and play a vital role in the green sustainable growth of human societies. Based on nearly two decades’ studying on the reservoir characteristics in the South China Sea (SCS) and the knowledge of reservoir system, the China Geological Survey (CGS) conducted the first production test on an optimal target selected in Shenhu area SCS in 2017. Guided by the “three-phase control” exploitation theory which focused on formation stabilization, technologies such as formation fluid extraction, well drilling and completing, reservoir stimulating, sand controlling, environmental monitoring, monitoring and preventing of secondary formation of hydrates were applied. The test lasted for 60 days from May 10^th when starting to pump, drop pressure and ignite to well killing on July 9^th, with gas production of 3.09×10⁵ m³ in total, which is a world record with the longest continuous duration of gas production and maximal gas yield. This successful test brings a significant breakthrough on safety control of NGH production.     

川西洛带气田上侏罗统遂宁组天然气富集主控因素分析

洛带气田遂宁组主要为三角洲前缘斜坡亚相和浅湖亚相沉积,其物源区为龙门山隆起区。大多数产气层均处于浅湖砂坝、河口砂坝、水下分支河道及远砂坝等有利沉积微相较厚的砂体分布范围内。沉积微相的发育控制了砂体在平面上的展布,进而控制天然气富集区的分布区域与范围。产气层段砂体在纵向上的厚度与砂岩粒度受控于不同微相在纵向上的叠置关系,产能的高低与储层的孔、渗条件和孔隙结构特征有更直接的联系。自深层运移上来的天然气至上侏罗统遂宁组储层中占高点运移和聚集,形成构造-岩性复合型次生气藏,原生裂缝的发育对产量的增加起着至关重要的作用。因此,寻找构造适当部位有利沉积微相内的优质储集体和原生裂缝发育区,应为洛带气田今后的重点勘探方向。     

天然气水合物与油气成藏的相关性研究

对天然气水合物的形成机理与分布特征、现今和地质历史时期天然气水合物的识别标志及其与油气成藏的相关性等方面的主要研究进展与实例的分析显示,天然气水合物在主动陆缘俯冲带增生楔和被动陆缘的陆隆台地断褶区非常发育,以似海底反射、特殊自生碳酸盐岩矿物、非搬运成因的局部沉积破坏或杂乱堆积、大型圆形凹陷和巨大规模的海底滑坡为识别标志,与油气成藏具有共生组合关系.深部气藏渗漏或油藏裂解形成的大量天然气为浅层外源成藏天然气水合物提供气源;古天然气水合物的形成有利于页岩气的保存和成藏;古天然气水合物分解可为浅层气藏提供气源.     

天然气水合物分解和开采的机理及数学模型研究综述

回顾了25年来国内外水合物开采数值模拟研究的进展,分析了影响水合物开采过程的主要机理,即传热、气液流动和水合物分解。将已有的模型分为热力开采、降压开采和综合3种模型,并对各种模型所具有的特点进行了讨论。综合分析认为,TOUGH Fx/HYDRATE模型充分考虑了多相多组分并借鉴上述3类开采方式,可模拟开采过程中气液流动和相态变化,具有较高的应用价值。最后探讨了目前模型的主要问题以及发展方向,认为水合物矿藏岩石的绝对渗透率、相对渗透率、热传导系数等关键参数的测量及确定是精确模拟水合物开采过程的重要因素。     

Economic Critical Resources for the Industrial Exploitation of Natural Gas Hydrate

Since the implementation of several pilot production tests were in natural gas hydrate (NGH) reservoirs in terrestrial and marine settings, the study of NGH has entered a new stage of technological development for industrial exploitation. Prior to the industrial exploitation of any given NGH reservoir, the economic feasibility should be examined. The first step of economic evaluation of a NGH reservoir is to know whether its resource amount meets the requirement for industrial exploitation. Unfortunately, few relevant studies have been conducted in this regard. In this study, the net present value (NPV) method is employed to estimate the economic critical resources required for the industrial exploitation of NGHs under different production scenarios. Sensitivity analysis is also performed in order to specify the effects of key factors, such as the number of production wells, gas price, technological improvement and tax incentive, on the economic critical resources. The results indicate that China requires the lowest economic critical resource for a NGH reservoir to be industrially exploited, ranging from 3.62 to 24.02 billion m3 methane. Changes in gas price and tax incentives also play significant roles in affecting the threshold and timeline for the industrial exploitation of NGH.     

潜江凹陷马王庙地区新沟咀组下段重要层段沉积相特征

马王庙地区新沟咀组下段为江汉盆地重要的产层之一,也是今后寻找岩性油气藏的有利区域。通过岩芯观察、室内镜下薄片鉴定分析、测井曲线等资料的综合分析,并结合岩石学、古气候、沉积构造等沉积相标志研究,确定该区新沟咀组下段发育浅水三角洲—滨浅湖沉积体系,进一步细分为三角洲前缘、前三角洲、滨、浅湖等沉积亚相和若干微相类型。物源分析...     

鄂尔多斯盆地合水地区长81亚油层组沉积相及对储层物性的影响

为研究鄂尔多斯盆地上三叠统延长组长81亚油层组沉积微相与储层物性的关系,通过岩心相、测井相及物性等资料,结合前人研究成果,对盆内合水地区长8₁亚油层组进行分析。认为:(1)长8₁亚油层组浅水三角洲前缘沉积发育水下分流河道、河口坝、前缘席状砂、分流间湾4种沉积微相。多期叠置的水下分流河道是控制砂体发育的主要微相类型,根据砂地比又可分为河道核部、河道中部及河道侧翼;(2)长8₁²小层水下分流河道砂体发育频率较高、沉积期次较多、连通性较强,其次为长88₁²小层与长8₁³小层;(3)由沉积微相决定的岩石结构成熟度控制了储层的初始孔隙度,进而在一定程度上影响了储层现今孔隙度。水下分流河道核部储层物性最好,是有利微相类型。研究区长8₁²小层有利微相发育规模最大,为后期勘探开发首要目的层位。     

致密气源层内沉积特征及与致密砂岩气藏关系--以川东北元坝地区须三段为例

川东北元坝地区须三段长期被认为是烃源岩层,在该层试气中获得120.8×108 m3/d高产工业气流井,表明以须三段为代表的致密气源层内勘探前景广阔。本文依据钻井取芯、测井、录井等资料,运用多信息综合研究方法,详细研究了川东北元坝地区须三段沉积特征、沉积演化及源储配置特征,进而探讨致密气源层内致密砂岩气藏的展布特征。研究表明研究区西区发育辫状河三角洲,东区发育曲流河三角洲;通过分析十多种沉积微相类型,结果表明辫状河道、水下辫状主河道及水下分流河道储集砂体为元坝地区须三段最有利的储集相带。同时,东、西区源储配置差异明显:东区底部为厚套的水下分流河道砂体,顶部为薄层的砂体与煤及炭质泥岩互层;西区水下辫状河道及辫状河道砂体分布范围广,多层砂体叠置连片,砂体与煤系烃源岩构成互层,似"千层饼"状特征。相对于东区,西区源储配置特征对于致密气成藏更为有利,因此建议将以后的勘探重点放在西部的致密砂岩勘探区域。     

天然气水合物勘探开发研究新进展及发展趋势

天然气水合物是继煤、石油和天然气等能源之后的一种潜在新型能源,本文简要介绍了天然气水合物的由来、性质和特征,根据目前国内外研究现状,概述了天然气水合物勘探开发方面的国际研究新进展,以及我国在这方面取得的研究成果,归纳了目前存在的问题并展望了发展的方向和趋势。     

海陆过渡相页岩气层系沉积研究进展与页岩气新发现

四川盆地海相页岩气成功规模效益开发,使我国页岩气跨入了高速发展的快车道,确立了页岩气在我国能源安全保障中的重要战略地位。我国海陆过渡相页岩气资源丰富,有望成为我国页岩气增储上产的现实领域。目前海陆过渡相页岩气勘探开发和地质评价还处在初期阶段,海陆过渡相富有机质页岩发育特征与分布、沉积模式、有机质富集机理等非常规油气沉积学相关研究有待深入。通过系统厘定海陆过渡相相关概念与特征,明确了国内外典型海陆过渡相页岩气层系;系统总结海陆过渡相页岩沉积研究现状与新进展,揭示了海陆过渡相中富有机质页岩有利发育环境、主要沉积模式和页岩气储层基本特征。系统梳理鄂尔多斯、四川、渤海湾等盆地海陆过渡相页岩气勘探开发新发现,指出了我国海陆过渡相页岩气具有良好勘探开发前景。海陆过渡相页岩层系常伴有煤层,可进行页岩气、煤层气等联合开采,实现“体积开发”,以期有效推动我国天然气产业高质量大发展。     

惠民凹陷南坡天然气藏形成条件及勘探方向

从气源岩、储层、圈闭等方面分析了惠民南坡的天然气成藏条件,认为该区烃源岩条件良好,有古近纪的暗色泥岩和石炭一二叠纪煤系地层作为气源岩,同时该区深大断裂发育,岩浆活动强烈,还具有充足的非烃气源;地层发育全,沉积体系多,发育多种类型的储集层,形成6套储盖组合,具备天然气聚集成藏的良好地质条件。研究表明,曲堤地垒和济阳地堑东部的古生界圈闭是深层气勘探的有利方向,非烃气的主要勘探方向是王判镇潜山带的新近纪地层构造圈闭和浅层“亮点”岩性圈闭。     

海洋电磁法勘探油气的三维正演模拟

针对海底可控源电磁法( MCSEM) 在油气资源勘探中的实用性,应用矢量有限元进行了多种频率的水平电偶源发射电磁场识别油气层的实例研究,并利用矢量有限元对海底的3D 模型进行了正演数值模拟。利用MCSEM 能较好地识别油气层; 归一化后的电场曲线特征表明,浅海下不易测得油气层,在实验频率内,电场源频率越高对油气层识别能力越强。同时证实了MCSEM 识别油气层是建立在波导理论基础上的。     

RMR技术在海域天然气水合物钻探中的适应性分析

深水表层天然气水合物沉积体埋藏浅、地层软、未固结,泥浆密度窗口窄,使用常规隔水管泥浆循环钻进钻遇水合物分解会引起井周孔隙压力及储层水合物饱和度发生变化,导致水合物储层泥浆密度窗口更窄,引发井壁以及井口失稳等问题,并且时间长、成本高。文章介绍了无隔水管泥浆回收(RMR)技术原理,对该技术在深水表层海域天然气水合物钻探中的适应性进行了分析。结果表明,RMR技术利用双梯度原理,能有效解决目前深水表层钻井窄密度窗口难题;实时监控系统提高遇险机动性,严防硫化氢等气体发生泄漏;能够简化井身结构,缩短建井周期,降低建井成本;同时对海洋零排放,安全环保。     

南海珠江口盆地工程地质分区与评价

本文根据联合国开发计划署（UNDP）援华项目（CPR/85/044）资料撰写的。划分工程地质区及亚区的目的，在于了解区域工程地质条件的共性与差异性，以求在海洋开发中科学地利用和改造自然。本项研究是在大量地质-地球物理-土工测试基础上进行的，工作扎实，内容丰富，资料准确可靠。根据工程地质条件的相似性与差异性，将珠江口盆地划分为两个大区5个亚区，并研究了各区工程地质特征及主要问题。其中以中陆架混合土亚区工程地质条件最好，外陆架粗粒土亚区工程地质条件较好，上陆坡软土亚区工程地质条件最差，内陆架细粒土亚区和上陆架岩石、礁石亚区工程地质条件较差。本项研究成果为南海海洋开发与总体规划提供了科学依据，同时又促进了海洋工程地质科学的发展。     

水合物开采中深海古滑坡体的再启滑机制初探

我国南海北陆坡水合物富集区广泛发育古滑坡,若水合物开采不当可能导致古滑坡再次滑动。为了探究水合物开采诱发古滑坡再启滑机制,针对含下卧型水合物藏和伴生型水合物藏的两个典型古滑坡体,在边坡极限平衡分析框架内考虑了水合物开采过程中的瞬态孔压与土体抗剪强度变化,分析了水合物开采过程中不同古滑坡体的稳定性演变与失稳模式。研究表明,水合物分解导致所赋存土体的胶结强度弱化,同时逸出气体可能被阻滞于渗透性较低的古滑坡体下方,从而形成横向扩展的高压区。下卧型储层边坡的潜在滑移面贯穿古滑移面,一般表现为滑动型滑坡;开采初期因孔压积聚而导致边坡稳定性降低,开采中后期因二次水合物生成可能导致边坡稳定性有所回升,在本文计算条件下未触发古滑坡复活。伴生型储层边坡的稳定性受土体强度劣化与孔压积聚的共同影响,水合物开采导致古滑坡重新滑动,表现为滑塌型滑坡。     

琼东南盆地天然气水合物与浅层气共生体系成藏特征

继我国在神狐海域两次天然气水合物试采成功之后,近几年来在琼东南盆地的勘探证实了天然气水合物的存在,而且钻探表明其与浅层气具有复杂的共生关系.为揭示琼东南盆地深水区天然气水合物与浅层气共生体系成藏特征,结合岩心、测井及三维地震数据,阐明了天然气水合物与浅层气的空间分布特征,研究结果表明,天然气水合物主要赋存在海底以下200 m范围内的沙质沉积物中,且其形成过程与浅层气的垂向运移有关.对天然气水合物与浅层气共生体系成藏特征的深入分析表明,深部热成因气和浅部生物成因气是其重要的气体来源,第四系未固结沙层是良好的储层,且天然气水合物和浅层气共生体系的分布主要受深部气烟囱和断层的控制.浅层气藏为天然气水合物提供稳定的气源条件;第四系块体流沉积与含天然气水合物地层能有效地封堵浅层气的纵向运移,进一步促进浅层气的成藏.因此,天然气水合物的形成与浅层气的发育具有正反馈的相互作用关系,有利于形成更大规模的天然气水合物矿体和浅层气藏,具有良好的商业开发潜力.      

长江三角洲晚第四纪地层沉积特征与生物气成藏条件分析

对长江三角洲晚第四纪地层沉积特征进行了精细研究,探讨了研究区层序地层格架,在此基础上分析了浅层生物气成藏条件、特征和分布规律。研究表明,长江三角洲晚第四纪发育3期下切河谷,形成了3套沉积层序;因后期河流的强烈下切破坏,早期沉积层序往往被剥蚀殆尽,仅残留下部的河床相粗粒沉积,造成不同期河床相的叠置;相对而言,末次冰期以来形成的下切河谷沉积层序以相对完整的沉积相组合被保存下来。长江三角洲浅层天然气是未经运移的原生生物气,其主要富集于末次冰期以来的沉积层序内,气藏为自生自储同生型的岩性圈闭。河口湾—河漫滩和浅海相泥质沉积物既是气源岩,又是盖层,后者可作为良好的区域盖层;河口湾—河漫滩和河床相砂质沉积物为主要储集层。因此,研究区晚第四纪多期下切河谷沉积层序有利于浅层生物气藏的形成,特别是晚期下切河谷内河口湾—河漫滩相砂质透镜体以及河床相砂体可作为优先勘探目标。