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.

     

时移地震监测天然气水合物开采可行性分析

时移地震储藏监测是一种提高油气采收率的有效技术,但该技术应用需要满足一定的储藏条件,因此时移地震的可行性研究非常有必要.天然气水合物的开采过程,主要是通过有关措施(加温、降压、注入化学材料等)使沉积物中的固态水合物变成气体开采出来,这将改变水合物储层的物理性质和地震反射特性,原理上为进行时移地震监测提供了条件.本文通过数值模拟分析发现:扩散型水合物藏在开采过程中有明显的地震信号变化,可以用时移地震对这类水合物藏的开采进行监测;渗漏型水合物藏的时移地震监测是否可行与其所含气体含量大小有关,气体含量低的可以用时移地震进行检测,气体含量高的是否能用时移地震进行检测要视具体情况而定.     

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.     

天然气水合物储层参数测井评价综述

天然气水合物是一种新的非常规清洁能源,一直受到各国的重视.近期我国在南海天然气水合物地质调查和开采中取得突破性进展,使得天然气水合物在国际能源中的重要性更加突出.为促进我国天然气水合物测井评价的发展,本文在前人研究的基础上,通过对南海神狐海域的天然气水合物资料进行调研,结合国内外对天然气水合物的研究,从三个方面展开对天然气水合物的论述:首先介绍了天然气水合物三种常见的晶格结构、四种宏观分布形式及六种赋存模型;然后根据南海神狐海域地质特征,总结了南海神狐海域含天然气水合物层的测井响应规律特征;最后基于不同的岩石物理模型、测井数据和模拟实验,对天然气水合物储层的孔隙度和饱和度等物性参数进行定量评价.本文详细地综述了天然气水合物及其储层参数的地球物理测井方法,为天然气水合物的深入研究提供帮助.     

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...     

青海木里天然气水合物储层大地电磁法理论模拟分析

青海木里地区地质构造复杂,天然气水合物成藏规律不清,为了大地电磁法探测天然气水合物有更好的应用效果,有必要进行大地电磁法理论模拟研究.本文基于青海木里地区的天然气水合物赋存方式,设计了两种天然气水合物地电模型,采用大地电磁法的有限元法正演及非线性共轭梯度法反演计算,重点分析大地电磁法对冻土层、断裂及水合物储层的分辨率及不同极化模式反演对水合物储层的识别效果.理论模拟结果表明:大地电磁法对冻土层、断裂有较好的探测效果;TE模式的反演结果比TM模式的反演结果对水合物储层异常反映更明显;TE+TM模式中降低TE模式的数据误差值,使TE模式的数据在反演过程中权重加大,反演结果也能显示出水合物储层异常.本次的理论模拟结果对探测天然气水合物的大地电磁数据处理有一定借鉴作用.     

冻土区天然气水合物各向异性储层的AMT响应特征

陆域天然气水合物通常发育于冻土层下方破碎带和岩层裂隙处,其储层会表现明显电性各向异性特征.音频大地电磁法（AMT）能有效探测陆域水合物储藏范围,且不易受高阻冻土层的压制和干扰,可用于陆域天然气水合物探测研究.本文采用AMT对角各向异性二维正演方法,对多种陆域天然气水合物各向异性储层模型及相关参数进行了模拟试算,分析其视电阻率和相位响应特征.结果表明AMT能清晰显示各向异性储层空间位置和分布情况,并对储层的水合物饱和度变化以及储层数量等特征都有所反映.天然气水合物电性各向异性模拟研究为这一新型潜力能源的勘查工作提供了新的思路.

     

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...     

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.     

反射地震层析成像在海洋天然气水合物储层识别中的应用

海底地层速度结构是识别海洋天然气水合物储层的直接依据,本文应用地震反射走时层析成像建立了海底地层速度模型.采用不规则网格对模型进行离散化,使速度单元与反射界面单元完全耦合;利用基于不规则单元波前扩展和走时插值的射线追踪方法,精确确定反射射线路径和反射波走时;在反演中同时使用先验约束、平滑约束、归一化和正则化技术,提高了层析反演的稳定性和结果的可靠性.对南海北部神狐海域SH2井附近的二维地震测线资料,利用多域人机交互法拾取了反射走时,用反射走时层析成像方法获得了SH2井附近含水合物目标区的速度结构.该反演结果与测井声波速度和钻探结果一致,其中的高速带对应水合物储层,表明反射走时层析成像能够有效地得到海洋天然气水合物储层的速度结构,为海洋天然气水合物储层识别提供依据.     

墨西哥湾GC955H井天然气水合物储层声波衰减特征

墨西哥湾GC955H井钻遇两种不同的水合物储层,浅层裂隙充填型水合物和深层砂岩型水合物.浅层水合物充填在细粒泥质沉积物的裂隙中,由电阻率测井计算的饱和度平均值为25%.深层水合物充填在砂岩孔隙中,由电阻率计算的饱和度平均为65%.基于声波全波形数据,本文计算了GC955H井储层的声波衰减大小,结果发现两种水合物层对声波衰减的影响不同.泥岩水合物层中的声波衰减与上覆背景泥岩沉积层基本相当.砂岩水合物层的声波衰减大于0.1,最大0.15,远高于上覆和下伏的背景砂岩层.对声波频率的分析发现,GC955H 井泥岩层中水合物对声波频率的影响不大,砂岩水合物层的声波频谱与上下背景砂岩层相比发生变化,主频增大.通过对比两种水合物储层的特征,本文初步定性分析了造成水合物对储层声波传播影响不同的原因,包括岩性、水合物饱和度、水合物赋存方式等;但对此的定量描述需要未来更详尽地讨论和研究水合物的声波衰减机制.     

我国南海天然气水合物资源潜力分析

天然气水合物是一种潜在能源,资源量大,我国天然气水合物以南海分布居多.本文分析了影响天然气水合物形成的构造沉积、烃源、温度与压力等因素,并以墨西哥湾和布莱克海台天然气水合物藏为例进行了分析.基于天然气水合物形成的影响因素,综合考虑南海海域的构造演化及油气地质条件,认为南海的构造及气源条件有利于天然气水合物的形成,同时进一步认为南海地区水合物成藏一级远景区包括台西南盆地、东沙群岛、西沙海槽—琼东南盆地和北康盆地,次级远景区包括中建南盆地和万安盆地等.并针对南海天然气水合物勘探及研究面临的挑战,提出了建议.     

天然气水合物电磁勘探研究进展

天然气水合物因能源资源潜力、环境效应问题和对地质灾害影响,受到了世界各国的广泛关注,成为了科学研究热点.目前,探测天然气水合物最有效的当属地震勘探,但其存在着一些问题,如只能探测水合物的底界、无法估算水合物浓度、BSR特征与水合物储层不一一对应等,而电磁方法则成为其有益的补充,可降低勘探成本和钻探风险.本文综述了海域与陆域冻土区电磁探测天然气水合物的研究进展,介绍了国内外天然气水合物的发展历程、电磁探测水合物的物性基础和电磁探测天然气水合物的研究现状.在海域水合物电磁勘探方面,重点阐述了频率域海洋可控源电磁法的原理、电磁法数值模拟、装备研发和应用研究的相关进展;在陆域水合物电磁勘探方面,论述了电磁法在探测冻土层、水合物成藏要素以及水合物有效性的研究进展.最后结合我国天然气水合物电磁勘探研究现状,提出了相关建议,为开展相关领域研究提供有益的参考.     

含裂隙储层中的天然气水合物分布:来自地震各向异性测量的启示

不同的天然气水合物分布对储层地震性质的影响存在显著差异,深入认识储层中的水合物分布,对基于地震性质定量评价水合物资源具有重要意义.然而,目前对含裂隙储层中水合物分布的认识仍然严重不足.为此,文章设计并开展了针对性岩石物理实验,测量了含硬币状定向裂隙岩石在水合物生成过程中的各向异性速度,并进一步分析了不同水合物饱和度条件...     

全球与区域天然气水合物中天然气资源量估算

天然气水合物作为未来的一种替代能源引起了国内外很多研究者的关注,他们从不同的方面对天然气水合物进行了研究.随着研究的深入,许多研究者发现,全球天然气水合物中天然气资源量并没有最初认为的那么多,而且相差了几个数量级,这就大大降低了天然气水合物在未来能源中的地位.本文的研究目的是通过分析全球天然气水合物中天然气资源量的估算方法,归纳总结有关全球及区域估算天然气水合物中天然气资源量的文献,使人们对天然气水合物有个重新的认识,同时为未来的能源勘探开发提供一定的参考.通过分析我们发现全球天然气水合物中天然气资源量的估算值随着人们对天然气水合物认识程度的增加而降低;而且目前能够较准确反映全球海洋天然气水合物中天然气资源量的估算值是（1~5）×1015m3（大约500~2 500 Gt甲烷碳）.我们通过总结国外及国内几个典型区域的天然气资源量估算值还发现,国外研究者主要是根据钻孔及BSR资料确定用于计算天然气资源量的参数,使得计算结果较符合实际;而国内的学者基本是使用模拟计算及假设的方法确定各种参数,估算值仍存在很大差异,因此,我们认为只有获得实测数据才能使国内的估算结果更加接近实际.     

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。     

海洋天然气水合物地震识别方法研究进展

21世纪以来,地震勘探技术、岩石物理学理论和水合物研究的迅速发展使得水合物地震识别方法研究逐步深入,取得了前所未有的新进展.本文回顾了海洋水合物地震识别方法的研究历程,总结了水合物地震识别技术现状,认为纵、横波资料联合应用的弹性参数反演、基于黏弹介质的地震波吸收特征研究是海洋水合物地震识别技术的近期发展方向;水合物对岩石微观结构改变的作用机理及其最佳岩石物理模型和地震响应或属性特征研究是海洋水合物地震识别技术的未来宏观发展方向.     

天然气水合物地层岩石物理模型构建

天然气水合物地震反射特征的识别和物性信息的定量提取存在多解性与不确定性,岩石物理模型是将水合物地层地球物理观测值地震信息定量转化为物性信息的桥梁,而传统的岩石物理模型少有对微观孔隙结构和孔隙充填水合物剪切性质的描述.文章针对孔隙充填和颗粒支撑两种微观分布模式的水合物地层,重点考虑水合物地层的微观孔隙结构以及水合物的剪切性质,基于等效介质理论定量描述地层矿物组分特征和孔隙连通性及形状,利用斑块饱和理论和广义Gassmann理论定量描述孔隙充填水合物的剪切性质,在此基础上构建了两种模式水合物地层的岩石物理模型,揭示了水合物地层宏观弹性性质与微观物理性质之间的定量关系.数值研究发现,纵横波速度比随孔隙度和水合物饱和度增大而减小;颗粒支撑模式地层的纵横波速度对水合物含量较为敏感,且孔隙越狭长,敏感性越高;孔隙充填模式地层的纵横波速度比在高水合物饱和度时对水合物组分剪切性质的敏感性更高.实验数据和神狐海域的实际资料应用结果表明,岩石物理模型可有效地计算水合物地层宏观弹性性质与微观物性特征之间的定量关系,提供常规测井中缺乏的横波速度信息,确定对水合物含量指示能力较强的弹性参数,可以根据实际数据求取水合物饱和度、孔隙纵横比等物性参数,为天然气水合物地层的定量解释和资源评价提供理论依据和数据支持.     

天然气水合物勘探开发新技术进展

天然气水合物是一种非常规能源,因其巨大的资源量成为目前能源研究的热点.水合物的研究目前仍处于初期阶段,人们在水合物勘探、开发模拟方面做了大量尝试,总结了许多有利于水合物勘探和开发的关键技术.本文首先介绍了天然气水合物形成的地质条件和储层特征,然后介绍了针对海底天然气水合物的地震勘探和电磁、地化等非地震勘探最新技术进展,分析了天然气水合物矿藏的测井响应特征,结合岩石物理模型对储层孔隙度、饱和度进行估算用于储量预测.最后,论述了天然气水合物开发过程中的深水区的钻井问题,水合物的开采方式总结以及商业化生产所面临的挑战.     

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.