天然气水合物注热水分解前缘热作用因素分析

为研究天然气水合物注热水分解前缘的热作用影响,建立了考虑孔隙介质中水合物饱和度的分解前缘数学模型,并进行迭代分析求解;实验测温前缘和电阻前缘与数学模型拟合前缘较好的吻合,误差控制在8%以内;分析了注热水温度和速率对分解前缘的热作用影响:温度对分解前缘影响的误差不超过8.71%,较大流速对分解前缘影响误差为4.53%,在提高注入热水温度的同时以较大注入速率能减小对水合物分解前缘的热作用影响。     

沉积物中天然气水合物合成及开采模拟实验研究

基于自行研发的天然气水合物模拟开采实验装置,进行了电加热法和减压法2种开采技术的实验研究.实验材料采用粒径为0.18～0.25 mm的自然砂,0.03%的十二烷基硫酸钠(SDS)水溶液和高纯甲烷,每次实验都分为水合物合成和开采两个阶段.实验结果表明:水合物首先在沉积物体系上层与外侧生成,然后在体系内部逐渐生成.在电加热法开采过程中,可分为初始分解、沉积物体系升温、大量分解3个阶段,加热点的位置、热量传递方向和速率决定着沉积物中水合物的分解位置和速率,该方法能量利用率较低.在减压法开采过程中,水合物分解速度先快后慢,设置的分解压力越低,分解速度越快.     

海南日月湾海域表层沉积物分布特征与运移趋势

海南日月湾是典型的岬角弧形海湾,海岸类型多样,底质粒级较粗。基于实测的海流、表层沉积物粒度数据,分析了海南日月湾海域表层沉积物的分布特征,计算了泥沙起动流速与表层沉积物输运通量,探讨了表层沉积物运移趋势。结果表明,研究区表层沉积物颗粒较粗,整体以含砾砂为主,其次为砾质砂、砂、砂质砾和粉砂质砂,呈圆斑状零星分布;沉积物粒级组分从最细的黏土到最粗的砾均有分布,细颗粒主要分布于研究区东侧和西侧近岸海域,粗颗粒呈NS向条带状分布于研究区中南部海域,呈现中部分选差、周边分选好的特征;研究区泥沙起动流速在近岸自东北向西南递增,在远岸自东北向西南先减小后增大,粒径对泥沙起动流速的影响大于水深,靠近分界洲岛海域,单纯的潮流作用只能使部分颗粒发生再悬浮,表层沉积物平均日净输运通量介于0.04～3.7 kg m^-1 d^-1,净输沙方向总体呈SW向,平均日净输运通量在东北侧海域明显高于西南侧海域,涨潮段单宽输沙率略大于落潮段单宽输沙率(R4站位除外),涨、落潮段输沙方向基本一致。     

神狐海域天然气水合物的特征及其气源

我国天然气水合物首钻的钻探结果显示,南海北部陆坡神狐海域的天然气水合物呈分散浸染状分布在以粗粉砂、中粉砂、细粉砂和极细粉砂为主要组分的松散沉积物中。沉积物顶空气组成分析显示,神狐钻探区沉积物中的游离气体主要是烃类气体,另外也有微量的CO2,其中,甲烷含量界于62.11%~99.91%之间,平均含量达到了98.04%。而天然气水合物的气体同位素组成显示,神狐海域形成天然气水合物的烃类气体主要是微生物通过CO2还原的形式生成。在此基础上,进一步分析了神狐海域研究区上中新统上部和上新统微生物成因甲烷的生产力,认为神狐海域具备良好的适合微生物成因甲烷大量生成的地质条件。     

在沉积物搬运过程中气体水合物的自然赋存作用

自然界中赋存的气体水合物在海底沉积物是处于半固结状态,具有储存大量的气体和水的潜能。当水合物的平衡条件被打破时,能释放出气体和水。因此,水合物能给巨大的沉积物搬运提供潜在的形成机制。在海底低水温和正常静水压力条件下,大部分陆坡和所有海隆、深海平原在靠近海底沉积物的孔隙不处在饱和或近饱和状态下,烃类气体将形成水合物。水合物的气体既可能是原地微生物成因气,也可能是来自较深部沉积物的热解气。稳定水合物沉积物的平衡条件可能遭到破坏,例如由连续沉积或者海平面下降所引起,其中任何一种情况出现使部分固体气－水混合物开始分解。释放出气体和水的体积超过水合物自身的体积,如果大量水合物分解,那么其内部压力能猛烈地骤增,原来部分稳定的沉积物转化为富含气体和富含水的低密度泥岩。当内部压力由于气体压缩或者浮力作用变得非常大时,其上覆沉积物隆起甚至破裂,而非致密的气侵泥岸可以向上运移。与水合物有关非常大时,其上覆沉积物隆起甚至破裂,而非致密的气侵泥岸可以向上运移。与水合物有关的这些现象可以引起泥底辟、泥火山、泥滑坡或浊流,这取决于沉积物的结构和海底地形。     

深海天然气水合物管道水力提升规律研究

针对深海天然气水合物海开采系统的管道水力提升过程中,因水合物在压力降低的情况下部分气化而产生气体,使得矿浆垂直运输从传统两相流变成了三相流的问题,建立了沿管道方向压力和分解量与海洋深度的函数关系,求出了分解临界面的深度,以及与气体体积和密度等相关的参数;分析了管径、颗粒粒径、浆体流速、输送体积浓度和矿物密度5个参数对分解临界面和产生气体质量的影响,从而总结出沿管道的水力损失越小,临界分解面越深,分解出来的气体越多的规律,并选取了管径为300mm,颗粒粒径为10mm、浆体流速为1.65m/s、输送体积浓度为30%和矿物密度为1190kg/m3的最佳运输条件。     

天然气水合物开采井孔出砂问题研究

天然气水合物是一种重要的非常规能源,但水合物开采出砂问题成为制约其走向商业化开发的关键因素。南海北部陆坡是我国天然气水合物的重要赋存区,其水合物主要以分散状弱胶结方式赋存,研究其出砂问题显得极为迫切。研究表明储层出砂的根本原因是储层介质强度降低,而水合物储层介质强度受到水合物胶结模式、水合物饱和度、孔隙流体压力、流速及生产压差等影响。本文在对比分析天然气水合物储层出砂与常规油气藏出砂特征的基础上,总结了弱胶结疏松砂岩油藏出砂研究方法,为天然气水合物储层开采井孔出砂的研究提供思路和参考。     

东北太平洋Cascadia陆缘Orca滑坡触发机理的数值模拟

海底温度和海平面变化可以引起海底天然气水合物分解,导致沉积物孔隙内形成超压,改变沉积物有效应力从而触发海底滑坡。本文建立了与此相关的海底滑坡产生的数值模型,并应用于东北太平洋Cascadia陆缘14～9 kaBP期间发生的Orca滑坡形成过程研究。模拟结果显示在最近18 ka海平面逐渐上升的大背景下,18～14 kaBP期间底水温度升高引起其后的天然气水合物稳定带底界快速上移,并在13.7 kaBP达到1.18 m/ka的高底界上移速率,此时Orca地区稳定带底界粗颗粒层内的高饱和度天然气水合物发生分解,产生114 kPa的流体超压,使地层安全系数显著小于1,触发海底滑坡。因此,海底温度升高引起高饱和度天然气水合物分解可能是东北太平洋Cascadia陆缘Orca海底滑坡的主要触发因素。     

天然气水合物开采过程中的出砂与防砂问题

国外试采经验和我国前期勘探结果均表明,出砂问题是制约水合物资源有效开发的关键因素,然而目前专门针对水合物储层出砂—防砂体系的研究尚属空白。为了配合我国水合物试采及未来商业化开采的需要,建立水合物井出砂预测理论和防砂技术理论体系迫在眉睫。水合物开采过程中的出砂过程与水合物地层的渗流场、温度场和各相饱和度空间分布等的演化过程密切相关,属于多相相变环境中的动态变化过程,因此,水合物储层出砂预测技术和防砂技术面临新的挑战。在总结水合物开采过程中动态相变条件下影响地层出砂因素的基础上,探讨了目前常规油气井出砂预测技术及防砂技术、稠油出砂冷采技术、适度防砂技术对水合物井出砂治理的启示及需要解决的关键问题,为后续研究和工程应用提供参考。     

用地震AVO方法研究含气体水合物沉积物的内部结构

采用岩石物理合成地震模型，我们解释了弗罗里达近海BSR振幅随炮检距变化，现场地震资料的AVO分析和以往得出的速度结果对比显示：BSR将含游离甲烷的沉积物与含水合物沉积物分隔开来，BSR振幅随偏移跨增大呈负增长，这种特性说明BSR之上的P波速度比BSR之下的P波速度要大，BSR之上的S波速比BSR之下的波速度小。由此可见，用AVO和速度结果可帮助推断水合物沉积物内部结构。为了达到这个目的，建立两种微力学模型，对应于孔隙空间内水合物沉积的两种特殊情况：（1）水合物胶结颗粒接触，并增强了沉积物强度；（2）水合物远离颗粒接触部位，并未影响沉积积物骨架的硬度。仅第二种模型能定量化形成所观察到AVO响应。因此，推断含水合物沉积物内部结构意味着：（1）BSR之上的沉积物未胶结，故机械强度关弱；（2）其渗透率低，因为水合物阻塞了孔隙空间孔道。后者解释了为什么游离气圈闭在BSR之下，地震资料也暗示水合物层顶部缺少强反射，这一事实建议恰恰在BSR之上的沉积物内水合物浓度高，随深度减少逐渐降低，这种影响与BSR之上的低渗透水合物沉积物阻止游离甲烷上运移一致。     

应用改进的Biot-Gassmann模型估算天然气水合物的饱和度

针对南海神狐海区含天然气水合物的高孔隙度、以粉砂质黏土为主的未固结的深水沉积地层,采用Lee提出的改进的Biot-Gassmann(BGTL)模型,利用纵波速度数据估算了A井天然气水合物的饱和度。BGTL模型假设非固结沉积地层的横波速度与纵波速度比与地层骨架的横波速度与纵波速度比与地层孔隙度有关。模型中参数的选择与天然气水合物在沉积物中的赋存方式、沉积物的矿物组成、地层压差、孔隙度及微观孔隙结构等参数密切相关。A井中天然气水合物在沉积物中赋存模式接近于颗粒骨架支撑模式。根据岩心分析资料将A井的矿物骨架简化为黏土矿物、碳酸盐、陆源碎屑3类,根据各矿物组分的理论弹性参数和体积百分比可以计算得到地层骨架的弹性模量和密度。应用BGTL理论估算得到的A井天然气水合物主要赋存于海底以下195～220mbsf井段,饱和度多数为20%～40%,最大饱和度为47%左右,与实测结果吻合。     

垂直多井动态开采水合物边坡稳定性分析

天然气水合物是一种赋存在海底沉积物孔隙中的清洁能源，含量巨大，具有很好的开发前景和研究价值。垂直井作为开采水合物的一种主要方式，在开采过程中，会改变天然气水合物沉积层的环境条件，随着开采井释放出大量的气体和水，在地层中形成超压，过高的孔隙压力会降低沉积物的胶结强度，破坏沉积层的稳定性，诱发海底滑坡。借助Flac3D软件建立高精度的海底斜坡模型，基于有限差分法对垂直多井动态开采水合物过程中的边坡稳定性进行了数值模拟，模拟了不同开采方案条件下采用多井开采，水合物分解量、开采井压变化等不同影响因素产生的地层力学响应和位移变化，基于安全系数法进对于水合物开采引起的边坡稳定性进行了初步分析。结果表明：多井开采条件下，随着水合物分解程度的不断增大，海底斜坡稳定性逐渐降低，当水合物分解程度达到80%时，安全系数会降低到1.0以下，边坡会失稳；随着井压的不断降低，海底斜坡稳定性同样逐渐降低，当开采井压降低到4 Mpa以下时，安全系数会降低到1.05以下，边坡变为欠稳定状态，存在发生海底滑坡的风险。     

沉积物中水合物含气量测定方法

建立了沉积物中水合物含气量的测定方法;测定了人工松散沉积物中甲烷水合物、南海神狐海域及祁连山冻土区天然气水合物样品的含气量;计算了样品的表观水合指数(水与气体的摩尔比);探讨了水合物含气量的影响因素.测试结果表明,人工甲烷水合物样品表观水合指数与晶体水合指数相近,样品中水合物的浓度大,含气量较高;南海神狐海域及祁连山冻...     

水动力对越南巴达棱湾表层沉积物和岸滩的影响

基于越南巴达棱湾2007年4月采集的42个表层沉积物样品及实测水文资料,分析越南巴达棱湾表层沉积物特征,并结合GSTA模型分析表层沉积物的运移趋势。结果表明:越南巴达棱湾表层沉积物以粗颗粒为主,在潮流和波浪的作用下呈中西部粗、东部细的分布特征;其西侧表层沉积物沿岸线自西南向湾内运移,中西近岸区沉积物垂直于岸线做离岸输移,在湾的东侧存在自东北向西南的运移趋势,并与从湾西运移过来的底沙相遇,形成运移辐聚区,并在余流的作用下,向西运移;"波浪掀沙,潮流输沙"是该地区表层沉积物输运的主要作用机制;在波浪的作用下,研究海域的海岸线处于侵蚀状态,有后退的趋势。     

琼东南盆地块体搬运体系对天然气水合物形成的控制作用

琼东南盆地深水区中新世以来构造运动不活跃,自中新世以来沉积物厚度达5 000～9 000 m,Ya35-1-2井显示更新世地层沉积物主要以泥质与砂泥互层的细粒沉积物为主,深部流体垂向运移通道不发育.高分辨率地震资料和3D地震资料表明,琼东南盆地的上新世及其以上地层存在大量气烟囱和块体搬运体系.气烟囱为深部流体垂向运移提...     

辽东浅滩潮流运动特征与沉积物输运

渤海东部的辽东浅滩是由一系列大致平行的线性沙脊和沙脊间沟槽共同组成的现代潮流地貌。根据辽东浅滩海域表层沉积物、脊-槽海流与悬浮泥沙同步观测和水深地形测量等资料,研究了沙脊和沟槽表层沉积物分布、海流及悬浮泥沙分布特征,分析了沉积物输运趋势,探讨了沙脊-沟槽地貌分布对潮流的响应。结果表明:辽东浅滩沙脊脊部表层沉积物为砂,沟槽表层沉积物为砂质粉砂和粉砂质砂,具有脊部粗、沟槽细的分布特征。受脊槽地形的控制,沙脊区潮流流速由表层至底层逐渐减小,沙脊脊部表层流速小于沟槽表层流速,而近底层则相反,沙脊脊部底层流速大于沟槽底层流速,其变化的临界深度约0.7 H(H为水深值)。沙脊区沉积物运移方向为NNE向,在一个潮周期内,沙脊脊部表层沉积物约有8.5~10.5h可以被起动,而沟槽内沉积物只在高低潮流速较大的1h期间可以被起动。在长期的往复潮流作用下,沙脊脊部遭受侵蚀,沟槽淤积,沙脊逐渐退化,脊-槽高差减少,脊-槽地形趋于夷平,但沙脊退化的过程是缓慢的,目前的脊-槽地貌格局仍具有一定的稳定性。     

海洋天然气水合物分解过程中其上部地层稳定性分析

在有覆盖层的海洋天然气水合物开采过程中,由于水合物分解引起上部地层应力重新分布可能导致上部地层蠕变、坍塌、滑坡、套管变形及井口安全等事故.以海洋天然气水合物沉积层具有覆盖地层为例,利用静力学理论建立了采用控压法开采海洋天然气水合物时上部地层物性参数、井筒压力及天然气水合物分解后地层剩余支撑力之间的力学稳定性模型.从理论上讲:当K＞1时,上部地层稳定;当K＜1时,上部地层失稳.该力学模型可对海洋天然气水合物开采井设计及安全开采具有一定的借鉴意义.     

西沙海槽潜在天然气水合物成因及形成地质模式

西沙海槽具备良好的热解成因气及断层通道、深部异常压力等运移条件,分析海底表层沉积物所含甲烷气来源可以很好地指示潜在天然气水合物成因.西沙海槽海底表层沉积物所含甲烷气以热解成因气为主,可能混有少量生物成因气.表层沉积物所含甲烷气为断层渗逸-自由扩散作用双重运移结果,主要有3种来源：（1）直接来自于下部断层通道中气态烃的释放;（2）来自于动态变化的水合物分解,再由渗滤作用或沿浅部微小断层向上运移;（3）来自于原地少量的生物气.不同地区有不同的气体来源,这是海底表层沉积物甲烷高值区与下部断层相关性较大而与BSR区域并非完全一致的原因.甲烷气来源及运聚条件综合分析表明,潜在天然气水合物以热解成因为主,为断层-渗滤综合地质模式.     

非成岩水合物储层降压开采过程中出砂和沉降实验研究

天然气水合物多赋存在非成岩地层中,在开采过程中易出现出砂和沉降情况,制约了天然气水合物的安全高效长期开采。为研究水合物开采过程中的温压、产气、产水、出砂和沉降情况,在自主研发水合物出砂及防砂模拟装置上进行了不同条件下的开采模拟实验。研究表明,在前两个生产阶段,产水含砂率和出砂粒径随着水合物开采而逐渐增大;水合物细砂储层产气速率增加会增大携液能力,导致携砂能力增强而增大出砂风险,同时高产气速率促进井筒温度降低导致冰相生成,存在冰堵的风险;开采过程中的储层沉降与储层水合物含量相关性较大,而产气速率和降压速率对储层沉降的影响与产气模式有关。水合物开采中后期进行增产作业会增加储层出砂风险和沉降速率,进一步探讨了该实验对日本2013年第一次海域水合物试采出砂情况的推测,提出水合物开采分阶段分级防砂的概念。     

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...