含水合物沉积物声学特性的实验研究

天然气水合物沉积层声学特性的研究对于水合物的勘探及资源评价均有重要意义.目前,对纯水合物已有较多的岩石物性数据,但对含水合物沉积物的声学参数则研究较少.关于沉积物中水合物饱和度对声学性质的影响已有一些研究,但还不足以验证前人提出的理论模型,从而修正原有模型或建立新的模型.青岛海洋地质研究所取得了人工岩心中水合物饱和度与声速关系的初步研究成果,建议对系列人工岩心进行深入实验研究,建立一套水合物饱和度与声学特性关系的实验模型.     

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。     

利用海洋地震数据估算气体水合物与游离气资源量

位于南卡罗来纳近海的布莱克海台的海洋地震数据及测井表明：含有气体水合物的沉积层覆盖于含游离气的沉积层之上，造成了明显的地震似海底反射（BSRs)。我们将一个理论的岩石物理模型应用到二维的布莱克海台海洋地震数据，以确定气体水合物与游离气的饱和度。高孔隙度的海洋沉积物可以模拟为一个颗粒状的系统，其弹性波速度与孔隙度、有效压力、矿物成分、孔隙充填物的弹性属性以及孔隙空间中水、气体及气体水合物的饱和度相关。将此模型应用到地震数据时，我们首先通过叠加速度分析获得层速度。其次，除孔隙度，水、气和气体水合物的饱和度等参数外，通过地质信息获得岩石物理模型的其他输入参数。为了从层速度信息中估算孔隙度和饱和度，我们首先假定整个沉积物中不含气体水合物或游离气，然后，根据岩石物理模型由层速度直接计算孔隙度。在气体水合物与游离气出现的区域，这些孔隙度的数据特征出现异常（无气体水合物或游离气的沉积物中期望的标准数据特征与获得的数据特征相比较而言），低估水合物区域中的孔隙度，而高估含游离气区域的孔隙度。我们用带有异常值的孔隙度数据减去标准的孔隙度特征数据（不含气体水合物和气体）来计算剩余孔隙度。然后,我们应用岩石物理模型剔除气体水合物或气体饱和度引起的异常，最终获得理想的二维饱和度图。因此，这样得到的气体水合物最大饱和度占孔隙空间的13－18％之间（取决于所用模式的型式）。在布莱克海台钻井中（不在地震测线上）测量的饱和度大约为12％，这与计算结果一致，游离气体的饱和度在1－2％之间变化。饱和度的估算值对于输入的速度值相当敏感，因此，采用准确的速度对得到合理的储层特性相当关键。     

天然气水合物超声和时域反射联合探测技术

首次将超声探测技术和时域反射技术集成于一个系统中,可实时探测沉积物中水合物饱和度和声学参数。进行了58个轮次的水合物生成与分解实验,超声、时域反射和温压异常3种方法所探测到的生成点、分解点吻合,这说明利用超声技术和时域反射技术联合探测沉积物中水合物的饱和度与声速是十分有效的,将有助于更好地了解含水合物沉积层的物理性质,为海洋天然气水合物的地球物理勘探和资源评价提供基础性参数。     

世界热点地区高饱和度天然气水合物有利沉积储集条件

天然气水合物是全球未来能源的接替资源，高饱和度(S_h>50%)水合物储层是未来面向工业化开采的首要选择。截止到目前，高饱和度天然气水合物有利沉积相带与储层条件之间的关系仍缺乏系统研究。根据公开发表的文献资料，系统总结了墨西哥湾、日本南海海槽、韩国郁陵盆地、印度Krishna-Godavari盆地以及南海神狐海域等全球5个天然气水合物热点钻探区64口井取芯及井-震联合资料，对含水合物储层岩性、沉积环境、水合物饱和度等参数进行的详细总结分析表明：在必要的温压环境和气源条件下，深海平原区块体搬运沉积和浊流等高沉积速率的深水砂质沉积物赋存孔隙型水合物，水合物可分布在砂岩、极细砂岩、粉砂岩、粉砂质黏土和泥等粒级沉积物中，但高饱和度水合物主要赋存于粉砂-细砂岩中，储层孔隙度与饱和度具有一定的正相关性。中国南海神狐海域发现含有孔虫黏土质粉砂或粉砂质黏土这种特殊的细粒沉积物，其水合物饱和度可达到中高水平(20%～76%)。上述研究成果及认识奠定了下一步寻找优质天然气水合物储层的地质基础，也可为高饱和度水合物商业化勘探开发提供理论依据。     

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 500m/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。     

基于声波速度分析神狐海域水合物垂向分布特征

在分析了等效介质理论提出的2种模式的异同点后,结合神狐海域水合物钻井的测井数据与沉积物样品分析数据,基于物理模型的等效介质理论,计算了在不同水合物饱和度条件下的纵波速度,并估算了神狐海域某钻井沉积物孔隙空间中水合物的饱和度,进而分析水合物在沉积物层中的垂向分布特征.研究表明,神狐海域水合物主要分布在190～220 m之...     

从海洋地震数据估算天然气水合物及游离气的含量

南卡罗莱纳布莱克海台的海洋地震数据和测井表明明显的似每底反射（BSR）是由含天然气水合物的沉积层覆盖在含游离气的沉积上所形成。我们将一个理论的岩石物理模型应用到二维的布莱克海台海洋地震数据上以确定天然气水合物及游离气的饱和状态。高孔隙度海洋沉积作为一个粒状的系统建立模型，在这样的系统中弹性波速度与孔隙度、有效压力、矿物、孔隙充填物的弹性性质地、水、以及孔隙中天然气水合物的饱和度联系在一起。为了将这种模型应用到地震数据上，首先我们使用迭加速度分析得到层，然后通过地质信息估算出孔隙度和饱和度，我们首先假设沉积物中没含天然气水合物或游离气，然后使用岩石物理模型直接从层速度计算孔隙度。这种孔隙度剖面在有天然气水合物及游离气的地方表现出异常（与所期望的典型剖面以及在无天然气水合物或游离气存在的沉积中得出的剖面相比较）。在含天然气水合物的地方孔隙度估算不足而在含游离气存在的沉积度估算过高。从这些异常剖面中，通过与典型孔隙度剖面（不含天然气水合物及游离气）相减计算出孔隙度的剩余值。然后，通过引入天然气水合物或游离气的饱和度，应用岩石物理模型消去这些异常。这样一来就得出了所期望的二维饱和度分布图。我们得出最大的天然气水合饱和度介于孔隙空间的13%到18%（取决于所用模型版本的不同而有所变化）。这些饱和度数值与布莱克海台的测井结果（在地震测线边上）相吻合，测井的结果为12%。游离气的饱和度在1%和2%之间。饱和度的估算对输入的速度值极为敏感，因此精确的速度确定对储量的改正十分关键。     

天然气水合物沉积物力学性质测试与评价

储层力学参数的评价及预测是天然气水合物安全高效开发的关键。笔者从力学试验、本构模型以及离散元数值模拟等方面介绍了含水合物沉积物力学性质测试及数值计算研究新进展,分析总结了力学参数评价及预测的主要方法及其特点,探究了目前含水合物储层力学性质测试及评价研究存在的问题及其主要原因。为了更好的解决相关工程技术问题,笔者建议通过结合室内试验与数值模拟的方法对水合物储层力学特性及破坏机制进行分析,针对不同工况条件及储层特征建立更加准确的力学参数计算模型。     

天然气水合物生成数值模拟的DAVIE模型和意义

天然气水合物生成数值模拟是以水合物热力学理论为基础,结合计算机方法来模拟水合物在海底环境下生成和分解、分布和富集的热力学、动力学过程。Davie模型是首个能够预测海洋沉积物中天然气水合物体积和分布的定量模型,它系统地模拟了海底天然气水合物的海洋环境和质量平衡,并将其应用到已知水合物分布地区进行对比,取得了很好的效果。     

裂隙充填型天然气水合物的地震各向异性数值模拟

裂隙充填型天然气水合物广泛发育在深水盆地的泥质沉积物中,呈结核状或脉状充填于近似垂直的高角度裂隙中,导致含水合物层出现明显的高电阻率各向异性异常,但是地震波传播的各向异性特征目前还不清楚。本文以印度克里希纳-戈达瓦里(K-G)盆地NGHP01-10井的速度、密度和地层倾角等测井数据为基础,建立含水合物层地质-地球物理模型,运用弹性波方程的交错网格有限差分数值分析方法,模拟了各向同性和各向异性条件下均匀和层状水合物层的地震波响应特征与传播规律。地震波正演数值模拟结果表明,对裂隙充填型水合物层,基于各向异性的地震波速度和振幅与各向同性有明显不同,不但各向异性的水合物层内部反射明显多于各向同性的情况,而且各向异性情况下,其平均速度也要高于各向同性情况下的平均速度。     

压缩加载条件下含水合物沉积物蠕变特性分析

水合物开采可能诱发海底滑坡或其他工程地质灾害。实现水合物商业化开采需要中长期稳定产气，长期荷载下储层的蠕变特性是地层稳定性评价的基础力学参数。利用南海水合物储层粉黏土为试验介质在压缩加载条件下的系列固结排水蠕变测量试验结果，对粉黏土的蠕变特性进行了分析。结果表明，加载过程中，含水合物沉积物经历瞬时变形、固结变形和蠕变变形3个阶段；随着加载应力和水合物饱和度的提高，蠕变应变不断增加；修正的Singh-Mitchell蠕变模型可以较好预测不同应力水平和水合物饱和度下粉黏土的蠕变特性。     

印度克里希纳-戈达瓦里盆地天然气水合物饱和度特征

印度国家天然气水合物计划(NGHP01)于2016年实施第1次钻探,证实了天然气水合物在印度大陆边缘的广泛分布。选择位于克里希纳-戈达瓦里盆地(KG盆地)的NGHP01-07D和NGHP01-15A钻孔,基于测井数据和岩心样品估算天然气水合物饱和度,分析天然气水合物赋存状态并探讨其形成机制。基于各向同性介质模型利用电阻率和声波测井计算NGHP01-15A钻孔的天然气水合物饱和度为0. 2%～33. 0%,平均值为9. 6%,在NGHP01-07D钻孔利用电阻率计算获得的天然气水合物饱和度高于岩心氯离子异常和气体释放获得的结果,但是基于各向同性岩石物理模型利用声波测井计算的天然气水合物饱和度与岩心结果一致,平均值为5. 0%。前人研究认为NGHP01-10D钻孔中天然气水合物以相对较高饱和度富集在高角度裂隙中。结合前人研究结果推断在克里希纳-戈达瓦里盆地存在3种不同的天然气水合物储层,即泥岩中砂质夹层各向同性储层、泥质/粉砂质高角度低连通性的低饱和度裂隙储层和泥岩中高角度高连通性的高饱和度裂隙储层,并提出对应的3种天然气水合物储层模型。     

南海神狐海域天然气水合物饱和度的数值模拟分析

珠江口盆地神狐海域是天然气水合物钻探和试验开采的重点区域,大量钻探取心、测井与地震等综合分析表明不同站位水合物的饱和度、厚度与气源条件存在差异。本文利用天然气水合物调查及深水油气勘探所采集的测井和地震资料建立地质模型,利用PetroMod软件模拟地层的温度场、有机质成熟度、烃源岩生烃量、流体运移路径以及不同烃源岩影响下的水合物饱和度,结果表明:生物成因气分布在海底以下1500 m范围内的有机质未成熟地层,而热成因气分布在深度超过2300 m的成熟、过成熟地层。水合物稳定带内生烃量难以形成水合物,形成水合物气源主要来自于稳定带下方向上运移的生物与热成因气。模拟结果与测井结果对比分析表明,稳定带下部生物成因气能形成的水合物饱和度约为10%,在峡谷脊部的局部区域饱和度较高;相对高饱和度(>40%)水合物形成与文昌组、恩平组的热成因气沿断裂、气烟囱等流体运移通道幕式释放密切相关,W19井形成较高饱和度水合物的甲烷气体中热成因气占比达80%,W17井热成因气占比为73%,而SH2井主要以生物成因为主,因此,不同站位甲烷气体来源占比不同。     

海底气体水合物BSR的AVO模拟

在世界各地陆架外缘的地震剖面上，出现与海底近似平行的拟海底反射层BSR。BSR与气体水合物稳定域同时发生，并通常用作指示海底天然气水合物。尽管假设BSR标志含气体水合物的沉积物之底界，但位于BSR之下沉积物内低速游离气的产状及重要性仍是长期争论的课题。这篇论文通过对俄勒冈近海和波弗特海面两个地区BSR的反射系数模拟或AVO模拟，调查水合物丰度与BSR伴生的游离气。根据两地的多道地震剖面，地震速度资料和俄勒冈ODP第892站的钻井记录资料模拟，若BSR之上的气体水合物饱和度小于孔隙体积的30％，BSR的AVO研究能确定BSR之下是否存在游离气。根据AVO，能大致估算BSR之上气体水合物饱和度，但仅用地震资料，不能控制BSR之下的游离气饱和度。两个地区的AVO分析暗示出：BSR之下的游离气是导致强振幅BSR的主要原因。对两地区研究，计算BSR之上的水合物浓度不足孔隙体积的10％。     

天然气水合物赋存地层的地震波场模拟及对比

通过分析天然气水合物在海洋中的6种主要赋存状态类型,总结了每种赋存状态之间的相互转化关系及其物性参数计算方法,并应用到地震波场的正演模拟中.对比研究了声波模型、弹性波模型和双相介质模型对各种水合物赋存地层的响应特征,结果表明:1)当地层中存在孔隙充填型水合物且下伏地层不含游离气时,双相介质模拟的含水合物层底界表现负极性...     

南海神狐海域含水合物层粒度变化及与水合物饱和度的关系

为探讨沉积物粒度与水合物饱和度的关系,对南海神狐海域水合物钻探区2个获取水合物的钻孔岩心沉积物进行了粒度分析及粒度与水合物饱和度对比分析.结果表明,含水合物沉积物具有粉砂含量72％～82％、黏土含量小于30％、砂含量一般小于10％的基本特征,其中粉砂中以8～32和32～63 μm粒级的中细一粗粉砂占优势;该特征与上下不...     

温度周期变化下分散型天然气水合物的沉积物电阻率测量

测量了在温度周期变化下的含天然气水合物沉积物的电阻率.在温度震荡过程中,电阻率测量能检测到水合物或冰的二次形成.实验证明,温度震荡能促进分散型水合物在沉积物孔隙中的形成.经过多次温度震荡后,孔隙水大部分能转为水合物,在1.2℃时,水合物最终饱和度为78.2％,其含水合物沉积物的电阻率为12.0 ohm·m.     

AUV定位信号检测延时的蒙特卡洛模拟分析

在简要介绍AUV声学定位声纳接收机原理基础上,分析了CW脉冲信号在极性相关检测电路中的传输过程,建立了极性相关积分检测延时仿真分析模型。提出采用蒙特卡洛模拟方法获取检测延时的分布特征和统计参数的观点。实验结果表明蒙特卡洛模拟实验与硬件电路实验结果一致,对于解决随机性检测延时问题具有很强的能力。获得的结果可为AUV定位声纳检测门限的设定、声学测距和定位精度分析以及水声通信延时分析提供参考。     

南海神狐海域天然气水合物样品的基本特征

我国于2007年在南海神狐海域成功地钻获了天然气水合物样品。为了深入了解这些样品的结构、气体组成及饱和度等基本特征,在实验室内采用不同的技术手段对其进行了系列的分析测试研究,主要包括水合物结构鉴定、气体组分分析、含气量及饱和度计算等。结果表明,南海神狐海域水合物是典型的I型结构,主要组成气体是甲烷,占99.3%以上;甲烷分子在大笼的占有率99%以上,在小笼中86%左右,水合指数5.99。沉积物中水合物的饱和度为21%左右,低于野外观测的数值,主要是由于沉积物岩心样品中存在部分自由水,使测定结果偏低。