海底可视技术在天然气水合物勘查中的应用

海底可视技术是一种可以直观地对海底地形地貌、表层沉积物类型、生物群落等进行实时观察的调查手段。本文介绍了海底摄像、电视抓斗、深拖系统和ROV四种海底可视技术，并对海底可视技术在南海北部陆坡天然气水合物勘查中的应用进行阐述。利用海底可视技术，在南海北部陆坡发现了天然气水合物气体“冷泉”喷溢形成的自生碳酸盐岩和活动于天然气水合物冷喷溢口或渗流口周围的菌席、双壳类、管状蠕虫等化能自养生物群，圈定出该陆坡由天然气水合物气体“冷泉”喷溢形成的巨型碳酸盐岩面积达430km^2。     

南海北部陆坡区新近系沉积体系特征与天然气水合物分布的关系

南海北部陆坡区新生界含有丰富的油气资源和各种矿产资源，对其沉积体系的分析可以指导资源勘探和开发。笔者在对南海北部陆坡区的西沙海槽和东沙海域的地震剖面解释与研究的基础上，依据“外部形态＋内部属性”的分类原则，在中新世以来的沉积层中共识别出8种典型的地震相：席状平行相、席状波形相、席状空白相、席状杂乱相、席状前积相、帚状前积相、透镜状前积相和丘状杂乱相。结合地震相分析，在南海北部陆坡区识别出6种典型的沉积体系：三角洲体系、等深流、低位扇、滑塌块体、浊积扇和扇三角洲体系；其中等深流、滑塌块体和各种扇体的前缘与BSR分布的吻合率最高，是最有利于天然气水合物聚集成矿的相带。     

南海东北部陆坡天然气水合物钻探区生物地层与沉积速率

2013年我国首次在南海东北部东沙陆坡实施天然气水合物钻探,并获取块状等可视天然气水合物样品.为了解钻区地层、天然气水合物产出带(the zone of gas hydrate occurrence)或天然气水合物储层的地层时代和沉积速率特征,对其中5个站位(GMGS05、GMGS07、GMGS08、GMGS09和GMGS16) 的岩心沉积物进行钙质超微化石、有孔虫生物地层学和沉积速率变化的研究.钻孔取心最大深度为213.55 m.共识别出第四纪中更新世以来3个钙质超微化石事件和2个有孔虫事件,确定了钻探区所钻达最老地层为中更新统;天然气水合物产出带的地层时代为中更新世-全新世约0.44 Ma以来.钻区0.12 Ma以来的沉积速率介于36.9~73.3 cm/ka之间,平均值高达54.2 cm/ka,0.44 Ma以来平均沉积速率为47.4 cm/ka,表明东沙海域天然气水合物钻探区位于一高沉积速率堆积体上,高沉积速率更有利于天然气水合物的成藏,该结论与前人研究结果一致.      

波阻抗反演在南海北部神狐海域天然气水合物勘探中的应用

针对神狐海域的地质构造和天然气水合物的赋存特征,以重点测线三维地震数据为基础,分析讨论了基于宽带约束的模拟退火波阻抗反演方法、流程和关键技术问题,定量获得了含天然气水合物沉积物的波阻抗特征。结果表明:基于宽带约束的模拟退火波阻抗反演数据具有较高的有效垂向分辨率和较好的横向连续性;神狐海域高波阻抗异常反映了含天然气水合物沉积层,而不连续异常低波阻抗层是水合物层之下游离气的表现,这与钻探结果吻合。由此可见,基于宽带约束的模拟退火波阻抗反演可为天然气水合物层识别和预测、勘探目标圈定、钻探井位选择提供重要依据。     

气体水合物未来的能源

由水分子和甲烷等天然气体组成的笼形包合物气体水合物,是一种冰雪状的白色结晶物质,是新近发现的一种能源矿产,产出于大洋底的水下沉积物和陆上极地冻土带中。气体水合物是一种高密度的能源矿产,储量巨大,各大洋中都有,被称为２１世纪的能源,倍受各国政府和学者们的重视。     

天然气水合物,新世纪一种重要的接替资源

分析了我国油气资源的现状，要实现经济可持速发展，急需开发新的接替资源。天然气水合物在世界范围内有广泛分布，是新世纪接替油气的一种重要资源。     

天然气水合物研究现状与未来挑战

人类在21世纪后期面临着油气资源枯渴,寻求洁净高效的新能源成为科学界追求的目标。为此,近三十年来,世界各国相继投入了大量的资金和人力开展新能源研究。目前,人们在一种重要的新能源---气水合物的基础研究、地质调查、勘探开发等领域取得了较大的进展;但尚存在许多急待解决的重大理论问题,如天然气水合物形成与分解的动力学过程和地质条件,气水合物资源量计算办法,经济型天然气水合物开采、开发模式,气水合物对全球气候的影响等。天然气水合物作为化石燃料,具有巨大潜力;作为甲烷碳库,是海底地质灾害的诱因;作为温室气体,对全球气候变化有着重要的影响作用。天然气水合物研究未来面临挑战。     

天然气水合物--石油天然气的未来替代能源

天然气水合物是甲烷等天然气在高压、低温条件下形成的冰状固体物质。据估算,全球天然气水合物中碳的含量等于石油、煤等化石能源中碳含量的两倍,这是一个非常诱人的数字。在人类面临化石能源即将枯竭的时候,科学家和各国政府都把眼光投向这一未来能替代化石能源的新能源。南海在新生代构造演化历史、沉积条件、沉积环境等方面都显示这里具有生成和蕴藏巨大天然气水合物资源的条件,因此,这里可能成为中国在不远的将来之新能源基地。     

天然气水合物的特征及环境意义

天然气水合物是由甲烷等气体和水分子组成的类冰状的固态物质,主要分布在极地永冻层和外大陆架边缘的海洋沉积物中,赋存在天然气水合物中的碳约为１０＾１３吨,相当于全球其他化石燃料中碳含量的两倍,由于天然气水合物处于亚稳定状态。因此天然气水合物既可作为２１世纪潜在能源资源,又可以非稳定状态导致海底滑塌和滑坡等地质灾害,并可通过释放甲烷影响全球气候。     

南海东北部陆坡区天然气水合物成矿作用

南海东北部陆坡区具有准被动大陆边缘构造特征,新生代含油气沉积盆地发育,具备天然气水合物发育的一系列有利地质构造背景。基于该区已有的调查资料,从构造、沉积、成矿气体来源和水合物相平衡及其热力学特征等方面,综合分析了南海东北陆坡区有利的天然气水合物成矿条件。结果表明,研究区完全具备形成水合物的海底温度、地温梯度和压力条件,存在底辟和泥火山构造、斜坡-断层构造组合等特殊地质构造环境及构造部位,浅部沉积层具有合适的岩石学条件和较高的沉积速率,并存在丰富的生物气和热解气。因此,南海东北部陆坡区具有潜力极大的天然气水合物成矿远景。     

琼东南盆地崖13气田天然气形成水合物的温压条件和厚度计算

天然气水合物具有巨大的资源前景和极强的环境与灾害效应，是目前地学研究中的热点。利用CSMHYD模拟程序，结合南海琼东南盆地地质和地球化学条件，计算了南海琼东南盆地崖13气田天然气形成水合物的温度和压力条件。在海底海水温度为2－16℃、盐度为3．4％条件下，琼东南盆地崖13气田C3＋C4含量小于5％的天然气形成水合物压力有较大的范围。天然气组成对水合物形成温压条件有控制作用：随天然气中C3＋C4的含量增加或C1＋C2＋N2＋CO2含量降低，在等压条件下水合物形成温度增高，在等温条件下水合形成压力降低，压力降低的幅度受温度控制，温度越高，幅度越大，并且压力的对数与成分间有统计线性关系。在琼东南盆地平均地温梯度3．76℃／100m条件下，琼东南盆地崖13气田C3＋C4含量小于5％的天然气形成水合物所需的C3＋C4最小含量与海底之下的深度间存在统计函数关系，随海底之下深度的增加，形成水合物的天然气C3＋C4最小含量也同步增加。这种关系也表明了天然气的C3＋C4含量与海底之下形成水合物最大厚度间的关系。但不同地区由于海底水深、温度、地温梯度和天然气的组成不同，天然气的C3＋C4含量与海底之下形成水合物厚度之间的统计函数关系式也不同，对于一个特定地区必须进行研究后才能确定。     

南海北部陆坡区神狐海域构造特征及对水合物的控制

通过对南海北部陆坡区神狐海域高精度2D和3D地震资料的精细解释,在研究区共识别出4种构造类型,分别为气烟囱(流体底辟)、区域大尺度断层、深水扇中的正断层和滑移体中的滑脱断层。气烟囱具有直立的通道形态,其内部结构可划分为杂乱反射带、模糊反射带和顶部强振幅区域。大尺度断层位于水合物钻探区的西北部和东北部,断层规模大,对深部地层表现出明显的控制作用。深水扇中的正断层广泛发育于上新世的深水扇中,特别是在水合物钻探区西部进积特征明显的深水扇中,正断层的数量更多。滑移体中的滑脱断层在神狐海域的第四纪地层中非常常见,在剖面上呈雁列式分布。研究结果表明,大尺度断层由于和水合物钻探区的距离较远,对于水合物的成藏可能不起控制作用。气烟囱和规模小数量多的断裂体系为含气流体的运移提供了垂向和侧向的输送通道,构成了水合物的流体运移体系。当富含甲烷气体的流体通过这些垂向-侧向的运移通道时,在合适的温压条件下,被适于水合物聚集的沉积体所捕获,就有可能形成水合物。水合物钻探区内东西部构造特征的差异,使得研究区内形成了不同的流体运移体系,这可能是控制钻探区水合物不均匀性分布的一个关键因素。     

天然气水合物的环境效应

天然气水合物是近些年来发现的一种新型超级洁：争能源，因其在能源勘探、海底灾害环境和全球气候变化研究中的重要性而日益引起世界各国的高度重视。本文综述了天然气水合物在形成、分解过程中的加剧全球气候变暖、海底灾害和影响海洋生物等环境效应；指出将地质历吏时期的重大事件与天然气水合物产生的这些环境效应结合将成为今后的主要研究方向。     

叠后波阻抗无井反演技术在T研究区天然气水合物分布预测中的应用

针对南海北部陆坡T研究区的地质情况和天然气水合物的赋存特征,在缺少钻井资料的情况下,利用T研究区准三维地震数据和叠加速度谱资料,建立三维层速度模型,并将其转化为低频波阻抗背景模型。提取虚拟井进行精细标定,通过稀疏脉冲反演方法,最终获得研究区绝对波阻抗体和精细速度体。同时,综合利用地震、反演结果分析研究区水合物识别的最佳门槛值,并以此为依据对水合物进行定量解释。研究结果表明:①研究区内水合物的速度在2050~2150 m/s之间,纵波阻抗在3.9×106 kg·m-3·m·s-1以上,与围岩速度、阻抗反差较大;②水合物分布范围较广,在研究区中西部及东南部尤为发育,初步估算其厚度最大可达48 m左右。     

南海北部天然气水合物成藏地质条件及成因模式探讨

中国南海北部陆坡区是天然气水合物成藏的理想场所,资源潜力巨大。文章基于天然气水合物勘探成果,结合南海北部天然气水合物成藏地质背景,从天然气水合物成藏的温压稳定条件、气源形成条件、构造输导条件和沉积储集条件4方面,系统分析了南海北部天然气水合物成藏的基本地质条件,探讨了南海北部陆坡中部神狐海域、南海北部陆坡西部海域和南海北部陆坡东北部海域天然气水合物的成藏类型与成因模式。结果认为,南海北部陆坡中部神狐海域主要发育扩散型水合物,而南海北部陆坡西部海域主要发育渗漏型水合物,南海北部陆坡东北部海域则发育兼具扩散型与渗漏型特征的复合型水合物。     

Sediment permeability change on natural gas hydrate dissociation induced by depressurization

The permeability of a natural gas hydrate reservoir is a critical parameter associated with gas hydrate production. Upon producing gas from a hydrate reservoir via depressurization, the permeability of sediments changes in two ways with hydrate dissociation, increasing with more pore space released from hydrate and decreasing due to pore compression by stronger effective stress related to depressurization. In order to study the evolution of sediment permeability during the production process with the depressurization method, an improved pore network model (PNM) method is developed to establish the permeability change model. In this model, permeability change induced by hydrate dissociation is investigated under hydrate occurrence morphology of pore filling and grain coating. The results obtained show that hydrate occurrence in sediment pore is with significant influence on permeability change. Within a reasonable degree of pore compression in field trial, the effect of pore space release on the reservoir permeability is greater than that of pore compression. The permeability of hydrate containing sediments keeps increasing in the course of gas production, no matter with what hydrate occurrence in sediment pore.     

南海北部陆坡天然气水合物区地质灾害类型及其分布特征

南海北部陆坡区存在着有利天然气水合物的成藏条件,综合调查及钻探结果揭示南海北部陆坡区蕴藏着丰富的天然气水合物资源,天然气水合物多发育在构造活动复杂地区,同时也是灾害地质因素高发区,潜在的灾害地质因素对水合物的赋存及商业开发是极大的威胁。本文基于广州海洋地质调查局多年来在南海北部天然气水合物发育区采集的大量2D、3D、浅地层剖面及多波束测深资料对南海北部水合物发育区进行海底灾害地质研究,对研究区地形地貌特征、灾害地质因素类型、特征、成因及分布特征进行了综合分析,同时阐述了灾害地质因素与水合物的形成与分解之间的关系,研究结果对南海北部陆坡区天然气水合物区成矿预测、试采井布置及未来灾害风险评价提供了基础数据和决策依据。     

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.