天然气水合物油气系统模拟新技术方法与应用

为弄清天然气水合物油气系统模拟的原理和实现过程及应用,系统分析了水合物油气系统发展历程和技术特色,总结了该技术在墨西哥湾、水合物脊、阿拉斯加北坡及中国天然气水合物研究中的应用。研究认为：天然气水合物油气系统模拟是在研究类似含油气系统中的生烃、排烃、运移、聚集和逸散模拟基础上,对地质模型网格和地质时代进行细化设置,达到对不同地质时期水合物的分布、热成因/生物成因甲烷气的运移、稳定带内水合物形成时期和资源量进行模拟的目的。系统的模拟可以证实含气流体的运移是天然气水合物聚集成藏的重要控制因素,可以预测天然气水合物稳定带的空间分布、地质演化,热成因气和生物成因气生成、运移、聚集并形成天然气水合物的过程,还可以定量计算水合物资源量。目前,中国对于该技术的应用还处于起步阶段,应该深入学习国外成功经验,大力推广,以提高中国天然气水合物理论研究及勘探开发水平。     

基于数字岩心的含水合物石英砂微观渗流有限元分析

利用X射线计算机断层扫描系统（CT）获得不同饱和度下含水合物石英砂内部气、水、水合物各相态分布特征,通过有限元方法计算了不同水合物饱和度下石英砂液相渗透率变化,并模拟了流体在孔隙内的流动情况,获得了假定边界条件下孔隙流体的三维流速分布。研究结果表明,随着水合物饱和度的降低,渗透率逐渐增大,其中当水合物饱和度从56%下降到39%时,液相渗透率值增速最大;水合物分解末期,液相渗透率并未随着有效孔隙度的增大而快速升高,通过CT扫描图像显示,部分石英砂孔隙和喉道可见甲烷气泡滞留,由于气体的贾敏效应在一定程度上阻碍了液体的流动,从而导致液相渗透率增速降低。本研究建立了一种基于石英砂内部真实孔隙特征的液相渗透率和液体流速计算方法,可为水合物开采过程中储层微观渗流演化机理研究提供参考。     

天然气水合物开采井孔出砂问题研究

天然气水合物是一种重要的非常规能源,但水合物开采出砂问题成为制约其走向商业化开发的关键因素。南海北部陆坡是我国天然气水合物的重要赋存区,其水合物主要以分散状弱胶结方式赋存,研究其出砂问题显得极为迫切。研究表明储层出砂的根本原因是储层介质强度降低,而水合物储层介质强度受到水合物胶结模式、水合物饱和度、孔隙流体压力、流速及生产压差等影响。本文在对比分析天然气水合物储层出砂与常规油气藏出砂特征的基础上,总结了弱胶结疏松砂岩油藏出砂研究方法,为天然气水合物储层开采井孔出砂的研究提供思路和参考。     

南海北部荔湾3区块天然气水合物分布特征及目标识别

针对天然气水合物钻探与取样难以解决的水合物矿体空间展布等问题,利用白云-荔湾凹陷高密度分析重新处理的三维地震资料,首先基于模糊数学的多属性融合技术对水合物分布进行刻画;再通过高分辨率速度场对浅层开展高分辨率宽频无井反演技术,提高了水合物层分辨率;最后,利用岩石物理方法及多种模型对水合物饱和度进行定量预测,实现了对5～6m厚水合物层的有效辨别,进而形成了一套适合于孔隙充填型的水合物矿藏目标识别评方法。结果表明:应用该技术可有效对荔湾3水合物富集区第四条带水合物空间刻画,揭示出该区水合物饱和度最高可超40%,同时薄层与厚层水合物具有明显互层分布特征,在水合物矿体刻画及饱和度预测基础上,进一步对该区实施了井位优选,该方法预测的水合物层与实际钻探H1和H2站位吻合较好。这些结果说明常规三维油气地震数据在经过宽频处理后可应用于高分辨率水合物勘探,节约经济成本,同时提高了常规地震在水合物勘探中精度与实用性。     

天然气水合物降压开采过程中储层应力规律分析

为了研究天然气水合物降压开采过程的储层应力及其稳定性,运用线性多孔弹性力学和岩石力学知识,考虑水合物储层原始应力、孔隙压力、渗流附加应力及降压开采水合物过程中水合物饱和度的变化,建立了降压开采天然气水合物储层的力学模型,结合墨西哥湾某处水合物藏的基本参数,对降压开采水合物储层应力变化和开采过程的储层稳定性进行研究。结果表明:井底压力是影响水合物储层应力变化的关键因素之一;渗流附加应力在一定程度上减小了储层的应力;水合物分解储层应力发生变化,储层应力在井壁处的波动最大,井壁处是整个储层所受轴向偏应力最大的位置,因此井壁处是优先发生剪切破坏的位置;为了储层的稳定性,降压开采水合物生产压差应小于2.19 MPa。     

天然气水合物储层反演及饱和度预测

沉积物含天然气水合物后通常会引起速度的增加,与周围地层形成较大的波阻抗差异,利用地震波阻抗反演技术可识别出这种差异,从而预测天然气水合物的分布。测井资料具有较高的纵向分辨率,而地震资料横向分辨率较高,通过井震联合反演可获得天然气水合物准确的空间展布形态。利用井震联合反演技术对南海北部神狐海域天然气水合物储层进行了精细刻画,研究表明,该矿区天然气水合物储层表现为高波阻抗特征,其值域范围为3 450~4 500 m/s·g/cm3,同时根据有效介质模型建立了岩石物理量版,预测了天然气水合物储层的孔隙度和饱和度数据,预测结果与测井解释结果吻合度较高,为天然气水合物的资源评价提供了比较准确的物性数据。     

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。     

天然气水合物实验探测和测试技术

在多孔介质中进行天然气水合物实验,必须选择实用又有效的探测技术。重点介绍超声、电阻和时域反射(TDR)3种探测技术在水合物实验中的应用情况。近年来现代分析测试技术的引进,使得水合物的研究更加精细和直观。简要介绍激光拉曼光谱(LRS)、核磁共振(NMR)、X射线衍射(XRD)、X射线计算机层析扫描(XRCT)和高压差示扫描量热(DSC)等分析测试技术在水合物上的应用。     

径向基函数神经网络在计算天然气水合物饱和度中的应用研究

天然气水合物饱和度的计算通常采用阿尔奇公式、双水模型、Wood 方程等方法,这些方法均基于孔隙度的求取,并需要配合岩心分析来获得公式中的有关参数,存在误差传递导致结果不正确的问题.由于天然气水合物是以固态形式赋存于地层当中,因此研究适用于含天然气水合物储层的评价模型也是解决准确评价天然气水合物储层需考虑的因素.针对沿用油气测井评价方法计算天然气水合物的孔隙度和饱和度中存在的问题,采用径向基函数作为人工神经网络,计算了我国首次采获水合物样品的神狐海域某井天然气水合物的饱和度,以其中一口井的分析数据为样本训练并建立径向基函数神经网络,有效地求出了另一口井的天然气水合物饱和度,其结果与现场孔隙水分析的饱和度基本吻合.避开了天然气水合物饱和度的模型建立及参数求取难题.     

海洋天然气水合物开采方法及产量分析

海洋天然气水合物的巨大储量刺激了世界各国能源部门努力研究如何从天然气水合物储层生产天然气。根据水合物形成的条件,只有当水合物处在其相平衡条件以外,水合物才能分解。因此,水合物的开采方法只能为热熔法、抑制剂刺激法、减压法和地面分解法。为了对天然气水合物储层中气体的生产有个定量的评估,本文以水合物开采井为例,运用数学方法推导了水合物井中气体的产生量。结果表明,在天然气水合物储层中,天然气释放量是井内水合物分解温度、压力及水合物层气体渗透性的敏感函数。该函数可以用于天然气水合物井气体开采量的计算及对水合物储层可开采性评价。     

天然气水合物准三维地震调查电缆排列长度研究

地震勘探方法是研究海洋天然气水合物的主要方法之一。在我国某海域对天然气水合物研究过程中,使用了单源单缆准三维地震勘探方法,获得了天然气水合物矿体较好的三维成像效果。影响天然气水合物矿体三维成像的因素很多,其中,电缆排列长度是最直接的影响因素之一。在大量试验数据的基础上,研究了电缆排列长度对野外采集资料的影响,研究结果与海试资料及国内外资料非常吻合,最后通过理论分析与试验资料对比,基本确定了在南海某海域天然气水合物准三维地震调查时最佳的排列长度及电缆段划分等参数,对天然气水合物准三维调查具有一定的指导意义。     

多分量地震技术在挪威中部边缘气体水合物调查的应用

作为数量巨大的碳来源,天然气水合物可能是未来潜在的能源储备,也可能与全球的气候变化相关联,基于这一事实,在过去二十年中,天然气水合物方面的重要性持续上升是有目共睹的。此外,天然气水合物的分解以及并发的游离气释放造成潜在的海底坡身不稳。多分量地震技术能够拓宽对天然气水合物储层的认识。在海洋条件下,当下行传播的纵波（P波）在一个沉积界面反射时,可以转化而产生横波（S波）。利用水平和垂直的地震检波器可以在海底处记录到上行的S波。除P波数据外,S波数据非常有用,这是由于S波几乎不受多孔岩石中孔隙充填的影响并且速度较P波速度慢。这一性质清楚表明一个明显的优势,因为（1）利用S波可以提高地震分辨率;（2）含气或质量差的P波反射目标体可以较好成像;（3）孑L隙流体与岩性可以辨别;（4）增强估算气体水合物浓度的能力。在挪威中部边缘,多分量地震数据可使我们选择一个含水合物沉积物的可靠岩石物理模型。多分量地震数据能将气体或气体水合物对地震速度的影响与岩性对地震速度的影响进一步区分开。改进后的声成像结果使我们能清楚了解含水合物沉积层的下方区带,由于气体的存在,这一区带在P波数据上反射模糊。挪威中部边缘的天然气水合物研究很大程度上得益于对多分量数据的利用,部分数据由奥斯陆石油地质服务公司向特罗姆瑟大学地质系提供。     

极地天然气水合物资源利用前景CSCD

极地天然气水合物资源潜力巨大,储层类型主要为富砂沉积物储层,最可能实现远景勘探和商业利用,是一种重要的战略能源。综述了天然气水合物在极地的分布情况、极地主要地区天然气水合物矿藏资源量以及水合物开发利用的资源金字塔。结合美国、加拿大和俄罗斯在北极冻土区天然气水合物勘探开发的案例进行了4种开采技术优缺点对比,并对极地区和非极地区5次天然气水合物试采效能进行对比评价。根据目前国际油气价格、能源结构、各国水合物研究目标和我国天然气水合物勘查开发现状等,提出了我国参与极地天然气水合物研究和开发的思路。     

极地天然气水合物资源利用前景

极地天然气水合物资源潜力巨大,储层类型主要为富砂沉积物储层,最可能实现远景勘探和商业利用,是一种重要的战略能源。综述了天然气水合物在极地的分布情况、极地主要地区天然气水合物矿藏资源量以及水合物开发利用的资源金字塔。结合美国、加拿大和俄罗斯在北极冻土区天然气水合物勘探开发的案例进行了4种开采技术优缺点对比,并对极地区和非极地区5次天然气水合物试采效能进行对比评价。根据目前国际油气价格、能源结构、各国水合物研究目标和我国天然气水合物勘查开发现状等,提出了我国参与极地天然气水合物研究和开发的思路。     

海底天然气水合物相平衡的影响因素

海底沉积物中蕴含着大量的天然气水合物资源.天然气水合物相平衡及其影响因素研究对海底沉积物中水合物的成藏热力学和动力学研究、分布范围和储量估算均具有十分重要的意义.目前关于水合物相平衡影响因素研究大多局限于定性或半定量分析,对不同因素的影响程度及机理关注较少.收集整理了气体组分、孔隙水盐度及离子组分、沉积物粒度和孔隙半径...     

南海北部气烟囱成因及其与油气及水合物运聚成藏关系

南海北部大陆边缘盆地油气勘探及天然气水合物调查与勘查评价中,地球物理资料尤其是二维/三维地震剖面上常见不同类型、不同特征且与油气藏及天然气水合物藏密切相关的地震反射模糊带等地震地质异常体,即“气烟囱”或“流体底辟”或“含气陷阱”。本文拟重点研究“气烟囱”成因及其与油气及天然气水合物运聚成藏的关系。油气勘探实践表明,气烟囱往往与油气藏尤其是天然气水合物藏伴生,且油气及水合物多处于其上覆或两侧位置附近。通过大量油气及天然气水合物勘探实践、地质地球物理资料综合分析及油气地球化学分析等,充分证实了气烟囱与其上覆或两侧附近的油气及天然气水合物藏具有密切的成因联系。研究表明,气烟囱作为连接和沟通烃源/气源供给系统与油气藏及水合物藏之间的重要桥梁和纽带,是油气（水合物）勘探中判识追踪油气藏及水合物藏成因、确定其烃源/气源供给系统活动特征的重要依据和指示。因此,深入分析研究气烟囱系统成因及类型,不仅能够追踪探索和判识确定油气及水合物成因,阐明其运聚成藏规律及控制因素,而且能够指导油气及水合物勘探部署与综合评价工作。同时,通过油气及水合物成因的地球化学分析,亦可判识确定其气烟囱成因及其对油气和水合物运聚成藏的控制影响作用。     

海底沉积物中天然气水合物形成过程数值模拟:以深部流体向上供给甲烷为背景

为深入了解深部上升流体供应甲烷的海底沉积环境中天然气水合物的形成和聚集过程,综合沉积作用、深部上升甲烷流体的对流和扩散作用、甲烷溶解度控制水合物形成等物理过程,建立了天然气水合物形成过程的数学模型,研究水合物在空间和时间尺度上的形成过程。模型通过3个无量纲参数(沉积压实引起的孔隙流体对流与扩散的比率Pe_1、深部流体向上对流传输与扩散的比率Pe_2、深部上升流体的甲烷含量C_(m,ext)~l),形象地描述了天然气水合物在海底沉积中的聚集过程。数值模拟研究表明,天然气水合物首先在稳定带内上部某一位置形成,随后由于沉积作用向下延伸而在稳定带底部形成水合物;水合物演化时间与Pe_1、Pe_2及C_(m,ext)~l呈负相关;水合物含量与Pe1、C_(m,ext)~l负相关,而与Pe_2正相关。甲烷溶解度曲线对水合物形成和分布有重要影响,但深部上升流体的甲烷含量、上升流体的通量决定了整个水合物系统甲烷量的输入和输出,是海底天然气水合物形成的主要控制因素。     

天然气水合物的地球物理识别技术

地球物理识别技术是天然气水合物识别技术中的重要技术,即以自然界天然气水合物的赋存模型为指导,以含天然气水合物沉积层的岩石物性分析为基础,以地质、地球物理模式为桥梁,以现代计算机技术为手段,用地震正、反演的方法系统地、定量地研究各种天然气水合物地震标志(如BSR)的形成原因和形成机理,为天然气水合物的地球物理识别提供科学依据。     

海洋天然气水合物储层蠕变行为的主控因素与研究展望

蠕变是指沉积物在特定应力状态下变形与时间的关系,属于沉积物的固有力学属性。厘清海洋天然气水合物开采过程中储层蠕变的主控因素及其控制机理,对量化评价潜在工程地质风险的发生和演变规律具有重要意义。本文将在综述海洋天然气水合物储层破坏特征的基础上,梳理海洋天然气水合物储层蠕变特征及主控因素,厘清关键科学问题;结合最新研究成果,阐述天然气水合物储层蠕变特征多尺度表征与探测技术体系的基本内涵,简要探讨该领域的未来研究方向。初步分析认为,海洋天然气水合物开采过程中储层蠕变行为是水合物本身及其分解产出过程中的应力、温度、渗流等动态因素综合作用的结果,现有蠕变本构模型无法完全反映上述相变-传热-渗流-应力多场多相多组分耦合过程。为建立适合南海北部水合物储层的蠕变本构,进而为后续开采工程安全设计提供理论支撑,建议从天然气水合物储层的力学性能弱化特征及蠕变各阶段的时效参数两方面入手,从分子尺度、纳微尺度、岩心尺度、中试尺度、矿藏尺度5个层面,建立天然气水合物储层蠕变行为的跨尺度研究方法体系;以南海实际储层样品为研究对象,剖析天然气水合物开采过程中储层蠕变行为的主控因素。     

水合物储层工程地质参数评价系统研发与功能验证

海洋天然气水合物储层的工程力学参数对准确评价水合物开采过程中的工程地质风险至关重要。静力触探和十字板剪切技术结合能够获得储层原位纵向连续性良好的工程力学参数,在天然气水合物开发工程-地质一体化探测与评价方面具有巨大潜力,但目前鲜见该系列技术在水合物勘查及试采中的应用。为了摸清天然气水合物储层的静力触探参数、十字板剪切参数响应规律及影响因素,进而为水合物储层工程地质特征现场评价提供依据,自主研发了天然气水合物储层工程地质参数评价试验系统。该系统能够开展含水合物沉积物五桥静力触探测试(锥尖阻力、侧摩阻力、孔隙水压力、电阻率、摄像),十字板剪切测试,并与电阻率层析成像测试结合,解释天然气水合物储层的工程地质参数响应机理。基于该系统分别针对砂土、粉砂质黏土沉积物(不含水合物)开展了功能验证性实验,并与南海神狐海域粉砂质黏土层的现场实测数据进行比对,结果证明试验数据重复性良好,试验结果与现场实测数据有可比性,系统可靠。该系统对于验证新型水合物开发工程-地质参数一体化探测技术提供了基础平台。