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。     

含水合物沉积物电阻率演化规律实验研究进展

电阻率对沉积物组成和微观结构具有极高敏感性,是反映水合物生成分解过程物性演化的重要参数.然而由于影响因素复杂,人们对电阻率随CH4水合物生成分解的演化规律仍不清楚.对含CH4水合物沉积物的电阻率实验研究进展进行了梳理,分析了电阻率的主要影响因素,总结了纯水、盐水、非饱和水等不同体系中水合物生成分解过程电阻率演化规律.研...     

沉积物中天然气水合物超声检测技术

海洋天然气水合物主要分布在海底沉积物的孔隙中.而海底沉积物可以看作是一种紧密的湿颗粒双相多孔介质.基于双相多孔介质理论,分析和研究在孔隙中天然气水合物发生相变过程引起的多孔介质物性的变化而导致的声波传播的改变,可以找出其中的变化规律,对于研究沉积物中的天然气水合物具有重要的理论意义和实际价值.     

基于数字岩心的含水合物石英砂微观渗流有限元分析

利用X射线计算机断层扫描系统(CT)获得不同饱和度下含水合物石英砂内部气、水、水合物各相态分布特征,通过有限元方法计算了不同水合物饱和度下石英砂液相渗透率变化,并模拟了流体在孔隙内的流动情况,获得了假定边界条件下孔隙流体的三维流速分布。研究结果表明,随着水合物饱和度的降低,渗透率逐渐增大,其中当水合物饱和度从56%下降到39%时,液相渗透率值增速最大;水合物分解末期,液相渗透率并未随着有效孔隙度的增大而快速升高,通过CT扫描图像显示,部分石英砂孔隙和喉道可见甲烷气泡滞留,由于气体的贾敏效应在一定程度上阻碍了液体的流动,从而导致液相渗透率增速降低。本研究建立了一种基于石英砂内部真实孔隙特征的液相渗透率和液体流速计算方法,可为水合物开采过程中储层微观渗流演化机理研究提供参考。     

微焦X射线扫描成像技术在岩石物性特征研究的现状

微焦X射线扫描成像技术是在微米—纳米级尺度上对储层岩石物性特征的重构及透视表征,是目前国际范围内较为先进的储层定性定量研究技术。在系统文献资料研究基础上,对微焦X射线扫描成像技术的原理及研究主要内容进行归纳总结,指出该技术是为研究岩石基质及赋存于不同岩石孔隙空间之中的流体而开发建立的不断成熟起来的油气储层定性定量研究技术。可以实现岩石整体、岩石骨架和孔隙三维重构,能够以透视岩心成像的方式直观清晰地观察分析岩石内部三维孔隙空间的分布、大小及其连通性。通过阈值分割,可对孔隙三维组构、孔隙网络中流体流动、天然气水合物生成与分解等特征进行建模分析,达到四维研究的水平。分析探讨了原理及前人研究实例,对其在油气和天然气水合物实际勘探开发运用中的现状及前景做出展望。     

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。     

低场核磁共振定量测定松散沉积物中含水量的方法

核磁共振通过测定体系中氢质子弛豫的T₂谱来确定液态水的含量。采用低场核磁共振技术定量测定松散沉积物体系中的含水量，探讨了沉积物粒径、黏土矿物种类与含量、孔隙水盐度、温度及气体压力等因素对测试结果的影响。由于不同介质体系中孔隙水表面弛豫机制不同，导致低场核磁测定松散沉积物中的含水量偏小。引入校正系数C_m对水量测试值进行了修正，结果表明：沉积物及孔隙水介质本身特性对水量测试结果几乎无影响，相对误差<0.5%，测试精密度<0.20%；温度变化对测试结果影响较大且呈负相关，温度从25℃降至1.7℃，水量测试值增加了10.71%；压力变化对测试结果的影响与充注气体是否含氢密切相关，不含氢气体的压力变化对测试结果没有影响，而对于含氢气体如甲烷，水量测试结果随压力变化线性增加，甲烷增加到5.05 MPa时，测试结果增加了12.15%。因此，在采用该法测量甲烷水合物生成分解过程中沉积物孔隙水的变化时，必须考虑体系的温度、压力对测试结果的影响，恒温恒压条件下监测的含水量变化能够准确指示甲烷水合物生成分解的微观过程，可望在海洋天然气水合物生成分解微观...     

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.     

用孔隙水中氯离子浓度异常估算天然气水合物含量

水分子与烃类气体沉积物孔隙中结合形成水合物的过程中,只吸取孔隙中的淡水,而盐类物质不能进入水合物的晶体结构,在水合物形成过程中会引起局部孔隙水离子浓度的浓缩,增加周围沉积物孔隙水的盐度;而当水合物分解时,孔隙水就会被稀释,使得钻孔获得的水合物样品比不含水合物的样品具有更低的盐度.因为C1-是浅层海洋没积物孔隙水中一种丰富且保守的离子,C1-离子浓度变化通常被用来监测天然气水合物的形成和分解.……     

基于声波速度分析神狐海域水合物垂向分布特征

在分析了等效介质理论提出的2种模式的异同点后,结合神狐海域水合物钻井的测井数据与沉积物样品分析数据,基于物理模型的等效介质理论,计算了在不同水合物饱和度条件下的纵波速度,并估算了神狐海域某钻井沉积物孔隙空间中水合物的饱和度,进而分析水合物在沉积物层中的垂向分布特征.研究表明,神狐海域水合物主要分布在190～220 m之...     

分形理论在天然气水合物研究领域的应用

天然气水合物作为一种潜在的替代能源和环境扰动因素,相关研究仍然面临着水合物储层微观结构量化表征不足的问题,而分形理论为此提供了良好的思路与手段。首先介绍分形理论基础,然后对分形理论在水合物研究领域的应用情况进行综述,接着概述含水合物沉积物有效孔隙分形理论,最后对研究进展进行总结并展望未来分形理论在水合物研究领域的可能方向。     

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 500m/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。     

世界热点地区高饱和度天然气水合物有利沉积储集条件

天然气水合物是全球未来能源的接替资源，高饱和度(S_h>50%)水合物储层是未来面向工业化开采的首要选择。截止到目前，高饱和度天然气水合物有利沉积相带与储层条件之间的关系仍缺乏系统研究。根据公开发表的文献资料，系统总结了墨西哥湾、日本南海海槽、韩国郁陵盆地、印度Krishna-Godavari盆地以及南海神狐海域等全球5个天然气水合物热点钻探区64口井取芯及井-震联合资料，对含水合物储层岩性、沉积环境、水合物饱和度等参数进行的详细总结分析表明：在必要的温压环境和气源条件下，深海平原区块体搬运沉积和浊流等高沉积速率的深水砂质沉积物赋存孔隙型水合物，水合物可分布在砂岩、极细砂岩、粉砂岩、粉砂质黏土和泥等粒级沉积物中，但高饱和度水合物主要赋存于粉砂-细砂岩中，储层孔隙度与饱和度具有一定的正相关性。中国南海神狐海域发现含有孔虫黏土质粉砂或粉砂质黏土这种特殊的细粒沉积物，其水合物饱和度可达到中高水平(20%～76%)。上述研究成果及认识奠定了下一步寻找优质天然气水合物储层的地质基础，也可为高饱和度水合物商业化勘探开发提供理论依据。     

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。     

BIT指标对神狐海域SH7B站位水合物赋存层段生源输入判识及意义

实际的天然气水合物明显不同于冷泉碳酸盐岩样品。南海已有诸多冷泉碳酸盐岩的研究,针对具有水合物实际产出的神狐海域沉积物样品开展了GDGTs分析测试研究,试图为其成因、来源、AOM作用、生源等提供信息。研究结果表明:SH7B站位96.5~225.2m的岩心样品中,传统指标总有机碳的δ13 C值和C/N值对南海神狐海域天然气水合物赋存段的沉积物之生源输入指示效果不明显;GDGTs主要以类异戊二烯GDGTs为主,水合物赋存段(155~177m)较非水合物赋存段,支链GDGTs相对百分含量明显增多,类异戊二烯GDGTs相对百分含量明显减少。BIT值进一步明确说明:水合物赋存段比非水合物赋存段,沉积物的陆源有机质输入明显增多。前人研究表明~6 Ma左右南海北部接受了较强的河流碎屑和季风碎屑输入,此次事件造成水合物赋存段(6.0~6.74 Ma)陆源有机质输入增多,结果导致沉积物颗粒粒度增大,孔隙空间增多。较粗颗粒物的大量注入可以改善储层物性,形成上细下粗的有利储集体系,从而为神狐海域天然气水合物提供良好储集空间。     

天然气水合物生长形态以及对含水合物砂强度和阻尼的影响

利用经过特殊组装的天然气水合物共振装置塔（GHRC）,南安普顿大学开发出人工合成水合物的各种方法,并且测量了所产生的沉积物的各种性质,如剪切波（VS）、压缩波（VP）和它们各自的衰减值（QS^-1和QP^-1）。有两种方法值得考虑：第一种方法使用气体过剩技术,孔隙空间中已知水的体积可指示水合物的量：第二种方法在水饱和的孔隙空间的情况下用已知量的甲烷气体去制约水合物的体积。这两项技术的结果表明,在过剩气体条件下生成的水合物在低的饱和度情况下（3％）会导致沉积物结构的加强;然而,过剩水条件下即使足在水合物高饱和度情况下（40％）,也只可观察到强度的缓慢增加。此外,在过剩气体实验中,衰减结果显示出阻尼在水合物的饱和度为5％左右时出现峰值,然而在过剩水实验中,阻尼随着孔隙空间中水合物含量的增加而持续增加。通过分析以上两种方法的结果,可以看出合成水合物的方法显然会影响含水合物砂的性质,并且也必定会影响孔隙空间中水合物的形态特征.     

大洋多金属结核矿区表层沉积物的物理性质

利用大洋多金属结核矿区调查过程中4个航次所得的600多组表层沉积物物性测试资料,将矿区的沉积物分为5种类型,并分析了这些沉积物的物理性质,同时,运用回归分析方法,统计分析了不同类型沉积物的含水量、湿密度、孔隙比与埋藏深度的关系,以及各物性指标之间的相关关系。结果表明:(1)大洋多金属结核矿区表层沉积物均为粉质土,黄棕色粉质土是西部矿区的主要沉积物类型,棕黄色粉质土是东部矿区的主要沉积物类型;(2)除褐色粉质土外,其余4种类型土的含水量、孔隙比均随埋藏深度的增加而减少和降低,湿密度则随深度增加而增大;(3)各类土的物性指标与埋藏深度的相关性甚好,因而可以利用埋藏深度对矿区的沉积物进行物性指标预测;(4)含水量、孔隙比、湿密度等物性指标之间呈线性相关,其中含水量与孔隙比的相关性最为密切,呈明显线性关系。     

南海北部东沙海域水合物区浅表层沉积物的地球化学特征

对采自南海北部陆坡东沙海域水合物区HD319、HD196A和GC10站位的浅表层沉积物进行了地球化学特征研究。X射线衍射分析和扫描电镜观察表明,沉积物中存在具有天然气水合物和甲烷渗漏指示意义的自生碳酸盐、硫酸盐和黄铁矿。沉积物孔隙水化学组分分析显示,随着埋藏深度加深,SO42-、Ca2+、Mg2+和Sr2+浓度明显降低,CH4、H2S浓度的增加,以及Mg2+/Ca2+和Sr2+/Ca2+比值急剧增加,与世界上水合物区浅表层沉积物孔隙水中离子浓度异常特征吻合。沉积物顶空气游离烃分析结果和孔隙水化学组分变化,特别是SO42-、H2S和甲烷含量的急剧变化,说明研究区有丰富的气源,赋存水合物的可能性非常大,同时指示了研究区硫酸盐-甲烷界面(SMI)较浅,位于海底之下8m左右。     

天然气水合物的声学探测模拟实验

在人工岩心中进行天然气水合物的生成和分解实验,同时获取了体系的温度、压力、声学特性(Vp和Vs、幅度和频率)及含水量等参数。经研究发现,温压法、超声探测法和TDR探测法都能灵敏探测沉积物中天然气水合物的形成和分解过程。分析认为,本次实验中水合物形成速率过快,只能宏观研究水合物对沉积物声学特性的影响,建议采用长岩心进一步研究沉积物中水合物的声学特性。     

海底天然气水合物相平衡的影响因素

海底沉积物中蕴含着大量的天然气水合物资源.天然气水合物相平衡及其影响因素研究对海底沉积物中水合物的成藏热力学和动力学研究、分布范围和储量估算均具有十分重要的意义.目前关于水合物相平衡影响因素研究大多局限于定性或半定量分析,对不同因素的影响程度及机理关注较少.收集整理了气体组分、孔隙水盐度及离子组分、沉积物粒度和孔隙半径...