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。     

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。     

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。     

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。     

海洋天然气水合物生成机制的实验研究

天然气水合物在海洋环境中与在纯水溶液中的生成条件有很大的不同。海洋天然气水合物的生成除了受温度和压力的影响外,还要受到孔隙水的化学组成、流体中气体的浓度及沉积物类型的影响。本文综述了国外海洋天然气水合物的实验研究成果及其进展,重点介绍了海洋天然气水合物生成与分解的热力学条件及各种影响因素,并探讨了今后该领域的研究方向和问题。     

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.     

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。     

天然气水合物实验装置及其发展趋势

研究天然气水合物离不开实验模拟。分析了国内外水合物实验装置设计和发展情况及相应的实验研究内容,总结了水合物实验系统构成,探讨了我国与国外水平的差距,最后归纳了国内外水合物实验装置研究特点与技术发展趋势,并给出了提高我国水合物综合实验研究水平的建议。     

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。     

单齿破碎参数对水合物切削力影响规律研究

在海洋天然气水合物的机械采掘过程中,单齿破碎参数是影响整个绞吸头采掘效率的重要因素,掌握单齿破碎参数对切削力的影响规律对于整个水合物开采系统具有重要的意义。本文基于水合物破碎替代试样开展绞吸单齿切削实验,研究在不同几何参数与不同切削深度下单齿破碎切削载荷变化规律;基于D-P岩石破坏准则建立三维正交切削单齿切向力和法向力的解析式;并建立ABAQUS有限元分析模型,以实验数据进行验证,开展正交模拟实验,优选单齿几何参数与切削深度。结果表明:切削深度和刀齿宽度与切削载荷呈正相关,两者分别在15 mm和3 mm时,增大了对切削载荷的影响;前角与切削载荷呈负相关,且随自身的增大,对载荷的影响减小;仿真与实验结果拟合良好,前角对切削比能有着显著的影响,刀齿宽度和切削深度对切削比能基本无影响;最优组合为α=60°、d=9 mm、W=25 mm。该研究为水合物绞吸头单齿的设计和绞吸开采参数的制定提供了理论支撑。     

沉积物粒度与天然气水合物的依存关系

天然气水合物矿藏的形成与分布除了需要特定的温压条件外,更需要合适的沉积条件。总体来说,粗粒的沉积物易于天然气水合物的储集;但是,在气源非常充足的情况下,细粒的沉积物也可作为天然气水合物的储集体。     

海洋天然气水合物勘探与开采研究进展

海底水合物是一种重要的新型能源矿产,曾认为在未来20~30年内不具开采价值,但是现在这种看法已经改变,美国和日本政府现正筹划进行试验性开采。近年科技界已经研究出适合于从深海水合物中开采甲烷气体的工艺技术和方法。目前,降压法已被证明是一种较为经济有效的方法。引述了日本天然气水合物勘探和开采纲要MH21,详细说明其开采试验的计划和设计。     

甲烷水合物合成实验和稳定条件的研究

由于人们提出化石燃料资源的枯竭问题而议论非传统天然气矿产开发问题时,开始注意到过去未曾听说的甲烷水合物。所谓非传统天然气矿产,是指具有与传统天然气矿产不同的成因和产状的新型天然气矿产,其中有甲烷水合物、地下深部以甲烷形式生成的深层天然气以及与煤共生的煤成气等三类非传统天然气。它们当中,甲烷水合物因大量埋藏在近地表的地层中,作为有可能实际开采的非传统天然气矿产而引人注目。甲烷水合物是白色、冰状的固体物质,为甲烷和水的化合物。但是,与冰不同,甲烷水合物中含有天然气的主要成分可燃性甲烷气。因此,一旦接…     

海洋沉积物中天然气水合物的形成、分布与演化预测

我们运用一个新的分析公式，解出了动量，质量和能量联立方程。这个方程控制着海洋沉积物中天然气水合物的聚集和演化，而且可以推导出水合物稳定区的顶底位置，水合物实际产生区的顶底位置，沉积物中水合物聚集速率的时间，以及在扩散和平流两端元系统中聚集速度与深度的关系。得出的主要结论如下：（1）天然气水合物在海洋沉积物中实际出现的底界通常并不与天在气水合物稳定带底一致，比稳定带底要浅。同样，有确切的物理解释来说明天然气水合物稳定带底界一致，比稳定底界要浅。同样，有确切的物理解释来说明天然气水合物稳定带顶界（通常在海底）和天然气水合物生成带顶界的不一致。（2）如果似海底反射界面（BSR）标志着游离气带的顶界，那么在某些地背景下BSR实际上应当发生在比稳定带底更深的地方。（3）甲烷天然气水合物温压稳定域内存在的甲烷甲对于天然气水合物的生成是不够的。只有甲烷溶解在流体中的质量分数超过甲烷在海水中甲烷的溶解度，或者甲烷通量超过了对应于甲烷扩散运移率的临界值时天然气水合物才能生成。可以利用这些临界通量综合地球物理或地球化学资料限定生物成因和热成因的甲烷最小产生率。（4）对于大多数扩散－分散系数值，以扩散为主的天然气水合物体系是以在稳定带底界附近的天然气水合物薄层为特征的，以扩散为主的天然气水合物体系是以在稳定带底附近的天然气水合物薄层为特征的。以平流为主的系统有厚的天然气水合物层，而且对于高的流体通量，在层底比在沉积序列浅层有更大规模的聚集。基于以上结果以及在某些以扩散为主的体系中生成最小的天然气水合物区也需要很高的甲烷通量，我们推测所有的自然界的天然气水合物系统，甚至那么如被动边缘的相对低通量的环境都可能以平流占主导地位。     

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。     

天然气水合物相平衡研究的实验技术与方法

介绍了水溶液中天然气水合物相平衡研究的各种实验技术及测定方法 ;对于沉积物中水合物相平衡条件的研究 ,着重探讨了电阻法、超声法及 TDR法等探测技术。实验装置的发展完善和探测技术的提高 ,将极大地推动沉积物中天然气水合物的相平衡条件的研究。     

神狐海域天然气水合物层分解井中电学监测效果模拟与分析

为实现天然气水合物开采过程中水合物层分解状态实时监测,基于静电场理论和监测井布设特点设计了一套电极阵列式井中电学监系统。以南海神狐海域天然气水合物远景开采区为研究区,总结归纳水合物开采过程储层分解和电阻率变化特点,构建不同开采阶段储层地质及电阻率模型,模拟利用设计系统对水合物层进行探测,正演计算得到不同装置形式探测电阻率剖面图像,随后对图像进行对比分析,界定该系统对水合物层分解状态的探测能力。研究结果表明,利用偶极装置探测的电阻率和相对电阻率剖面可准确确定不同饱和度水合物层界面位置,水合物分解区范围,分解区边界定位误差可小于0.5m。井中阵列式电学监测系统能够有效进行水合物层分解状态监测,具有良好的应用前景。