天然气水合物开采方法研究进展

天然气水合物(简称水合物)是天然气(主要成分甲烷)和水在高压和低温条件下形成的类冰固体化合物.我国在南海北部陆坡和祁连山冻土带的钻探取样结果证实了其潜在储量,国家将水合物开采研究归入战略发展规划.本文首先简要介绍国际水合物地层成藏和分类的研究现状、现有水合物开采方法与原理;然后重点总结Messoyakha,Mallik和Alaska现场分别采用降压、注热与降压联合和CO_2置换与降压联合的试验性开采的研究进展以及试验性开采过程中物理、化学监测手段的应用情况;最后结合我国水合物地层特点提出类似采矿的机械—热开采水合物方法,重点介绍了其中的工艺流程和基本科学原理,为实现我国水合物高效、安全、经济的开采方案的制定提供参考.     

油藏水驱开采时移地震监测岩石物理基础测量

岩石物理测量是油藏水驱开采时移地震监测的基础.在实验室对来自胜利油田的5块岩石样品模拟储层条件进行了水驱和气驱动态岩石物理弹性测量,重点分析了流体替换、温度、孔隙压力对岩石纵、横波速度的影响.实验表明,在水驱情形下,由于流体替换和温度、孔隙压力变化所引起的岩石纵横波速度的变化均很小,实施时移地震监测具有较大的风险性.相比之下,气驱可能引起较为明显的纵波速度变化,有利于时移地震监测的实施.进一步完善实验方法、丰富实验内容、是今后时移地震岩石物理实验研究的主要任务.     

含天然气水合物储层衰减岩石物理研究进展

衰减是储层的重要基础物性,正确认识天然气水合物储层的吸收衰减机制对于准确预测水合物饱和度具有重要意义.天然气水合物以不同形态赋存在粗粒砂岩或细粒黏土质沉积物中,而这两种水合物储层对应的衰减特征存在显著差异.为了阐明其内部的衰减机理,近年来学者们提出了多种岩石物理模型.其中,砂岩水合物层的衰减模型大致有两类,其中一类以三相Biot理论为基础,模型中包含多种描述水合物颗粒与砂岩颗粒间接触作用的衰减机制,如颗粒胶结、摩擦、微裂隙导致的喷射流等.这类模型可以较合理地再现实际声波测井资料中衰减随水合物饱和度增加而增加的情况,但在地震频段无法产生有效的衰减强度.另一类模型的衰减主要以等效颗粒模型所描述的水合物内部孔隙水与自由孔隙水之间的交换作用为主导,其能够解释砂岩水合物在地震频段的衰减现象.黏土质沉积物中的水合物衰减研究则是首先基于等效颗粒模型模拟黏土矿物附着水的衰减机制建立背景沉积物的衰减模型;接着在其基础上通过量化纯水合物的物性和水合物赋存对背景沉积物性质的改变来完成建模.该模型也已成功应用于地震频段的反射地震资料中.以上衰减模型的提出使水合物的衰减研究取得了实质性进展,使研究人员能够定量化...     

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.

     

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...     

岩石物理和AVO在天然气水合物勘探中的应用

与其他的孔隙流体相比，天然气水合物展示出独特的弹性。本文通过AVO研究孔隙流体，对天然气水合物填充岩石的AVO特性进行研究，并且探索了AVO在天然气水合物勘探中应用的潜力。     

天然气水合物的海洋地球物理研究进展

赋存于大陆边缘的天然气水合物是20世纪后期海洋地球物理的一个重要研究对象。本文从地震，测井，地热，岩石物性4个方面阐述天然气水合物的海洋地球物理研究现状，并展望其发展前景。     

日本南海海槽天然气水合物研究现状

本文介绍日本在其周围海域特别是南海海槽的海洋天然气水合物研究工作，首先介绍其研究简史，研究计划，研究队伍及早期研究成果，其次，介绍了西南海海槽天然气水合物的勘探、研究状况，然后,介绍了五年计划实施的东南海海槽地球物理勘探、钻探状况，最后指出，南海海槽的一些新资料深入的综合研究无疑会给世界水合物研究增添新的内容。     

叠前时移时差分析

目前叠后时移时差属性的研究与应用已经取得一定的成功。但有关叠前时移时差属性的研究工作还很少。本文通过模型计算对叠前时移时差属性的变化规律和特点进行了研究．结果表明，油藏注水开采前后两次测量的地震波在双层介质中的传播射线路径是不同的。在上覆地层中，地震波旅行时差总大于零。且随着炮检距增加不断增大。在储层中，随炮检距增大，地震波旅行时差由最初的正值变为零再变为负值。总时差大于零，且随炮检增加而增大。在大炮检距范围内，总时差与储层时差存良好的线性关系，且曲线斜率基本上不随储层速度和厚度的改变而变化。利用大炮检距时移时差属性有可能确定储层动态变化，但如何来实现这一过程还有待经进一步研究。     

海域天然气水合物的地震研究进展

海域天然气水合物的地震研究是在岩石物性分析成果的指导下,用地震技术进行真假BSR的识别和含水合物沉积层物性预测.海域天然气水合物地震研究的进展主要表现在：物性分析理论模型由简单模型发展到最大程度模拟实际情况的复杂模型;地震勘探方法已由常规的单道、多道地震发展到多频地震、高分辨率二维、三维地震和海底多分量地震;地震资料处理由常规处理发展到突出BSR特征的“三高”和叠前时间偏移处理;从利用速度、振幅结构研究识别天然气水合物发展到AVO、多属性判别、多弹性参数和多物性参数反演识别天然气水合物、预测其物性参数.这些新技术、新方法的应用,加快了海域天然气水合物调查进度,提高了天然气水合物地球物理识别的可靠性.     

时移地震监测水驱前沿的方法和应用研究

油藏开发过程的有效监测是合理开采油藏和提高采收率的关键之一.本文根据水驱油藏流体变化的基本规律以及其他实验和统计结果,讨论了长期注水开采油藏储层物性变化及其引起的弹性参数变化和地震响应变化特征,明确了水驱前沿的概念,提出了基于差异振幅和奇异值分析的时移地震监测水驱前沿方法.理论模型研究表明该方法是可行的.通过对东部地区某油田的两次三维地震数据处理、分析,确定了水驱前沿的位置,后钻的两口井证实了预测结果的准确性和方法的有效性.研究结果还表明,通过水驱前沿的监测并结合初期油藏描述的结果,时移地震可以很好地预测长期水驱油藏剩余油的分布.     

基于叠前地震数据和岩石物理的游离气定量估算方法——以印度Krishna-Godavari盆地NGHP01-10A井为例

天然气水合物稳定带下方游离气分布模式、气体含量及其对水合物富集成藏的指示是水合物研究中的难点,而利用振幅随偏移距变化(Amplitude Versus Offset, AVO)与岩石物理模型能够对游离气含量进行地震定量解释.我们对印度Krishna-Godavari (K-G)盆地的地震资料进行了叠前保幅处理,在测井数据和层位标定的基础上,基于等效介质岩石物理模型和AVO正演模拟定量估算了NGHP01-10A井的游离气饱和度,发现水合物下方的游离气饱和度与其分布模式有关.游离气呈均匀分布时饱和度为孔隙空间的0.3%~0.4%,而块状分布时为3%~4%,该结果与NGHP01-10D实测计算的泊松比交汇分析结果吻合很好.最后再根据干燥岩石骨架的泊松比反演结果进一步判断游离气分布为均匀分布,其饱和度为0.3%~0.4%.     

台湾西南海域地震数据处理及天然气水合物地震属性

对台湾西南海域增生楔部位长排列多道地震数据进行地震成像、速度分析、AVO分析、AVO反演处理,获得了天然气水合物多属性地震特征.在偏移剖面上,BSR与海底近似平行,极性与海底相反,穿越沉积层.AVO分析显示,强BSR振幅部位,BSR振幅随偏移距增大而增大.精细速度分析表明强BSR振幅下方存在纵波低速层.对应于强BSR振幅部位,AVO反演的P波、G波为相对高负值区,位于P、G交会图的第三象限,该部位泊松比变化率为负值,横波反射系数接近于零.以上多属性地震特征均预示着该区域可能存在天然气水合物层,且天然气水合物层下方可能存在游离甲烷气层.     

稠油热采时移地震监测研究与应用

我国具有丰富的稠油资源,但国内外针对陆相薄互层稠油油藏热采动态的时移地震监测研究还很少.通过分析火烧油层对储层的影响,结合已有的岩石物理测量结果,建立了薄互层油藏火烧油层模型,开展了地震正演模拟研究,并给出了应用实例.结果表明,稠油热采(注蒸汽、火烧油层、注热水)会引起储层岩石和孔隙流体弹性特性的显著改变,从而导致明显的地震属性差异;时移地震可以用来划分油层中高温区范围,跟踪高温前缘等.在陆相薄互层稠油田热采开发中,利用时移地震来监测油田开发的全过程是可行的.     

利用时移地震资料划分油藏流体流动单元的可行性分析

油田开发过程中,油层内部流体渗流所引起的含油饱和度、流体压力变化以及原油脱气均可导致时移地震资料的差异振幅. 时移地震资料可以揭示油层内部渗流的影响,为划分油藏流体流动单元提供依据,根据差异振幅的幅度及范围可以确定流动单元的品质及范围,并且油层内部的渗流影响发生在同一流动单元之内. 本文从理论上分析并证明了该方法的可行性.     

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.     

基于岩石物理实验的时移地震研究

时移地震技术是油田开发阶段动态检测的一个重要手段.岩石物理实验室能实现模拟油气田在开采过程中其储层参数变化对岩石弹性参数的影响.本文基于岩石物理实验及地震正演模拟,分析了X气田在开采过程中其孔隙压力下降及水不断侵入情况下,进行时移地震监测的可行性及其主要影响因素.     

陆域冻土区天然气水合物勘探研究进展

天然气水合物是一种具有巨大潜能的新型能源,研究冻土区天然气水合物的地震响应特征,对我国陆域天然气水合物的勘探和开发具有重要意义。本文运用Kelvin粘弹性介质模型,基于祁连山冻土区的实际地质地层条件,建立理论地质-地球物理模型;采用交错网格有限差分法进行正演数值模拟,并对自激自收地震记录进行波场特征分析和提取瞬时地震属性。研究结果表明：地震波通过天然气水合物地层时,反射振幅能量较弱;在瞬时频率属性剖面可分辨层厚的范围内,瞬时频率随着层厚增加,频率在小幅度衰减;地震波通过含天然气地层时,反射波表现为强反射特征,瞬时频率能量明显增大;瞬时地震属性对波阻抗界面有更好的分辨能力,特别是瞬时相位属性剖面,作用明显。因此,综合分析波场特征与瞬时属性特征可以为陆域天然气水合物的识别、预测提供依据。