细砂质含水合物沉积介质的非线性弹性力学模型

描述含水合物沉积介质的应力-应变关系,建立含水合物沉积介质的力学模型,预测水合物储层的变形规律,是有效开发水合物资源的基本前提。以经典邓肯-张模型为基础,结合细砂质含水合物沉积介质力学三轴试验数据,提出了适合细砂质含水合物沉积介质的非线性弹性力学模型及其参数,并验证了模型的准确性。结果表明,该模型及其参数可以很好地描述细砂质含水合物沉积介质的应力-应变的非线性弹性关系。     

含水合物沉积物声学特性——实验模拟与数值模拟的对比分析

含水合物沉积物声学特性在水合物勘探中非常重要。针对含水合物沉积物声学特性,前人通过实验模拟及岩石物理建模已取得一定的进展,但基于实验条件开展的数值模拟及其结果的对比研究仍鲜有涉及。笔者拟采用实验室物理模拟与实验储层数值模拟相结合的方法,通过物理实验模拟获得水合物储层声学特征。在此基础上,以实验物理模型以及声波采集系统为基本构建对应条件下的近似地质模型和声波观测系统,分别在50 kHz和80 Hz频率条件下获得具有不同水合物饱和度储层的波形记录和波场快照,并获得不同时间点和饱和度条件下的储层速度,对比分析实验模拟与数值模拟获得结果的异同。研究表明在3种模拟条件下获得的不同时刻的含水合物储层声速对应关系良好,数值模拟结果很好地印证了实验室模拟实验的结果,表明在实验室内进行相应物理模型的岩石物理模拟实验具有可行性。将实验模拟与数值模拟结果同野外探测数据对比分析,具有一致的变化趋势,表明物理模拟实验和数值模拟结果对野外勘探数据分析具有重要的指导意义。     

含水合物沉积物相对渗透率研究进展

气-水相对渗透率是天然气水合物现场试采的关键参数。如何测量和评估储层相对渗透率是提高产气效率、实现天然气水合物产业化需要解决的基础问题。从含水合物沉积物相对渗透率的实验测试、数值模拟和模型建立3个方面,总结了含水合物沉积物相对渗透率的研究进展,研究发现,现有含水合物沉积物实验测试大多采用非稳态法,相对渗透率曲线图显示：在同一含水饱和度下,水合物饱和度越大,水的相对渗透率越小,气的相对渗透率变化规律较为复杂;水合物饱和度的变化改变了沉积物的孔隙空间结构,进而影响气-水相对渗透率。数值模拟大多利用孔隙网络模型或持水曲线进行相对渗透率计算,探索水合物生长习性、孔隙赋存特征,并揭示颗粒尺寸、水合物饱和度、润湿性、表面张力等不同因素对气-水相对渗透率的影响差异。梳理多种相对渗透率模型,发现新近提出的考虑毛细作用和孔径分布的含水合物介质相对渗透率模型在模拟含水合物沉积物中的多相流以及解释水合物饱和度的变化方面具有优势。建议下一步克服该模型计算成本较高的缺陷,实现含水合物沉积物多相流物理精确建模。     

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.     

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。     

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。     

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...     

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。     

瞬态压力脉冲法及其在松散含水合物沉积物中的应用

含水合物沉积物渗透率是水合物开采相关工作的基础参数之一。稳态法在应用于渗透率较低的多孔介质时存在着稳定渗流难和试验耗时长等缺点。目前,含水合物细颗粒沉积物渗透率试验数据积累明显不足。本文首先介绍了瞬态压力脉冲法的基本原理及数据处理方法,然后以模拟试验验证了瞬态压力脉冲法的适用性,最后探讨了该方法在松散含水合物沉积物渗透率测量方面的应用效果。结果表明：瞬态压力脉冲法近似解处理粉细砂沉积物试验数据效果较好,而处理黏土沉积物试验数据存在明显误差,建议采用数值模拟反演分析的方法处理瞬态压力脉冲法试验数据;瞬态压力脉冲法适用于松散沉积物渗透率测量,在含水合物沉积物渗透率试验研究方面具有潜在的应用前景。     

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。     

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。     

天然气水合物物性实验研究进展——第7届国际水合物大会交流成果综述

天然气水合物的物理性质是勘探和开发天然气水合物的重要基础。基于第七届国际水合物大会(IGGH-7)的交流成果,从水合物合成与分解实验、物性参数测量技术以及数值模拟研究等方面,总结了水合物声学、力学及渗透率、电学、热物理等物性参数的最新实验研究成果及其进展,并对今后的研究工作提出了一些展望和建议。     

含甲烷水合物多孔介质的复电阻率模型对比

在获得含甲烷水合物多孔介质体系阻抗谱参数的基础上,通过计算得到了复电阻率数据,分析了复电阻率参数的频散规律;讨论了3种常用的复电阻率模型(Dias模型、Warburg模型、Cole-Cole模型),并采用实验数据对3种复电阻率模型的参数进行了拟合,进而对各模型的适用性进行了对比和评价。结果表明：Warburg模型对含甲烷水合物多孔介质的复电阻率数据拟合效果最好,该模型可应用于含水合物多孔介质电学特性的进一步研究;Warburg模型的参数与水合物饱和度之间存在明显的对应关系,随着水合物饱和度的增大,模型参数中的零频电阻率和时间常数均单调减小,这为下一步建立基于复电阻率模型参数的水合物饱和度计算模型提供了基础。     

海洋天然气水合物储层特性及其资源量评价方法

天然气水合物资源开发的前提条件是准确评价其资源量,而正确理解天然气水合物储层特性是准确评价其资源量的基础。天然气水合物的含量及其赋存形态是影响储层特性的主要因素,赋存形态主要受海洋沉积物的储集的性质与大小控制。储层特征参数直接影响海洋天然气水合物资源评价的准确性。现有天然气水合物资源量评价方法的原理、评价参数及适用性各不相同,且均未考虑水合物的赋存类型。本文在前期工作的基础上,针对天然气水合物有利区块和矿体评价,分别提出了海洋天然气水合物"资源详评"与"资源精评"的新方法。基于小面元的资源详评方法,适用于钻井稀少、地球物理测网较为密集的有利区块孔隙填充型水合物控制地质储量评价;基于"水合物地层丰度"概念的资源精评方法,适用于井网密集的井场小范围矿体探明地质储量精准评价,可有效提高对块状、脉状和结核状等裂隙型填充型水合物资源评价的准确度。     

天然气水合物储层有效绝对渗透率现场测试进展

天然气水合物作为一种新型的非常规能源具有较大的资源潜力。天然气水合物储层的有效绝对渗透率常被选为天然气水合物降压开采效果评价的关键指标,指标大小需要在现场进行测试加以确定。首先对国内外典型地区天然气水合物储层有效绝对渗透率的现场测试实例进行梳理,然后介绍了地层测试和核磁共振测井等现场测试方法,最后总结了目前水合物储层有效渗透率现场测试仍存在的主要问题并给出未来的研究建议,期望为天然气水合物储层现场测试技术的发展提供参考。     

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。     

基于BP神经网络的天然气水合物相平衡计算及预测

针对天然气水合物相平衡问题,文中提出用基于带动量因子的BP神经网络进行计算和预测。首先用遗传算法优化确定BP神经网络的结构和参数,得到最优化结构的神经网络;其次结合Levenberg-Marquart优化算法,建立天然气水合物相平衡计算及预测的神经网络模型;最后以实验测定的(CH4 CO2 H2S)三元酸性天然气水合物体系的平衡数据为训练和预测样本进行了计算。计算表明,预测结果与实验数据有良好的一致性,而且由于BP神经网络作为所谓的“纯粹”的算法不需要热力学模型,这对于相平衡计算是非常方便的,所以是研究天然气水合物相平衡计算及预测的一种新的有效方法。     

水合物藏的类型、特点及开发方法探讨

天然气水合物作为潜能巨大、资源量丰富、燃烧值高的未来新能源,但由于其特殊的物理力学性质和赋存状态,经济开采技术仍面临诸多难题。本文以全球勘探发现存在天然气水合物的地区为基础,介绍了全球主要水合物的海陆资源分布及开采难易程度;以主要影响天然气水合物开采方式选择因素为基础,分析了天然气水合物在地层中的赋存类型、成藏模式和储层分类方法;以全球已开展的天然气水合物试采项目为基础,对比分析了现有多种天然气水合物开采方法的优缺点和适用条件;在现有开采方法条件下,为不同赋存状态、成藏模式和储层分类的天然气水合物选择出适合的开采方法,为建立完整的天然气水合物开采技术体系和未来实现商业化开采提供参考。     

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.