陆域冻土区天然气水合物勘探研究进展

天然气水合物是一种具有巨大潜能的新型能源,研究冻土区天然气水合物的地震响应特征,对我国陆域天然气水合物的勘探和开发具有重要意义。本文运用Kelvin粘弹性介质模型,基于祁连山冻土区的实际地质地层条件,建立理论地质-地球物理模型;采用交错网格有限差分法进行正演数值模拟,并对自激自收地震记录进行波场特征分析和提取瞬时地震属性。研究结果表明：地震波通过天然气水合物地层时,反射振幅能量较弱;在瞬时频率属性剖面可分辨层厚的范围内,瞬时频率随着层厚增加,频率在小幅度衰减;地震波通过含天然气地层时,反射波表现为强反射特征,瞬时频率能量明显增大;瞬时地震属性对波阻抗界面有更好的分辨能力,特别是瞬时相位属性剖面,作用明显。因此,综合分析波场特征与瞬时属性特征可以为陆域天然气水合物的识别、预测提供依据。

     

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.     

天然气水合物模型的瞬变电磁响应

在采用瞬变电偶极一偶极装置(ERER)装王的海洋瞬变电磁法对天然气水舍物进行正演模拟计算中,采用了先汉克尔变换(Hankel)后逆拉普拉斯变换法(G-S)的计算方法.由阿尔奇公式计算出水合物层按正弦规律变化的典型海洋地电模型.根据已知的地电模型计算天然气水含物的瞬变阶跃响应的一阶导数.从结果来看,水合物瞬变响应梯度的最小值最能反映出与水合物含量的关系,从中找出对天然气水合物做出了综合的资源评价夏解释工作的有用信息.     

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.     

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.     

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。     

海底油气藏及天然气水合物的时频电磁辨识

提出了伪随机多频海洋电磁法观测方案.采用伪随机多频信号作为激励场源,多偏移距同线偶极-偶极同时观测,相关辨识海底地电系统的频率特性和冲激响应,可以在时间域和频率域同时辨识海底高阻薄层.在时间域,瞬变冲激时刻可以直接指示海底地层电导率的变化;在频率域,利用多个频率的电场响应计算的频散率及其道闻变化量,相对相位道间变化量对高阻薄层有很好的反映.从而实现对海底油气及天然气水合物的多参数辨识.     

海域天然气水合物全波形反演研究进展

在海域天然气水合物勘探过程中,全波形反演可以在缺少井资料情况下提供水合物及游离气区域精细速度结构,与AVO分析相比,全波形反演可以有效降低薄层效应影响.概述了全波形反演的研究进展及其在海域天然气水合物参数结构分析中的应用现状;讨论了天然气水合物全波形反演策略,包括基于层状介质假设的全局优化与局部优化相结合反演策略和基于有限差分、有限元正演模拟的多参数结构直接反演策略等;探讨了天然气水合物全波形反演中一些具有代表性的技术特点,包括地震子波估计方式、海底多分量地震数据的应用、多参数同时反演;最后给出天然气水合物全波形反演发展趋势和可能改进建议.随着三维全波形反演算法的不断改进,海域天然气水合物勘探精度将进一步提高,为水合物商业开发提供依据.     

天然气水合物地球物理勘探技术的应用及发展

天然气水合物是一种广泛分布于全球、能量密度高、具有极高资源价值的新型清洁能源,因而成为油气勘探界长期研究的热点.本文基于ICGH-9(第九届国际天然气水合物会),结合相关文献资料对天然气水合物地球物理方法及其取得的进展进行综述.内容主要包括地震勘探、海底地震仪(OBS)、地球物理测井、海洋电磁法、地质雷达以及室内声学研究在水合物相关的地质构造(麻坑、泥火山、底辟构造、气烟囱、大型海底滑坡及地质体)、地震识别和处理、地震属性分析与提取技术、天然气水合物及游离气饱和度计算、水合物模拟实验等方面取得的进展.提出地震勘探、地球物理测井技术目前在水合物地球物理勘探中具有勘探精度高、分辨率高等优势,海洋电磁技术因对烃类气体、薄层及薄互层识别困难而逐渐成为了辅助手段,建议在下一步勘探中:①在当前集中于近海底研究的基础上,开展对海底表面、海水甚至海面都进行有效的系统性调查;②建立海洋地震勘探、可控源电磁法、地球物理测井、数据采集、数据处理、数值模拟、异常分析、成像技术等一体化系统;③结合地震、地质、岩性等资料对水合物生产动态进行数值模拟计算,带入储层岩性及地质结构特征参数、储层温压状态参数、水合物藏的储量等参数,结合岩石物理模型、地温梯度参数、水合物相平衡条件以及常规产气速率等,对不同开采方式或者多种方式联合使用情况下,模拟生产对天然气水合物储层的物性影响、引起的环境效应以及最高产气量等多种响应.     

岩石物理和AVO在天然气水合物勘探中的应用

与其他的孔隙流体相比，天然气水合物展示出独特的弹性。本文通过AVO研究孔隙流体，对天然气水合物填充岩石的AVO特性进行研究，并且探索了AVO在天然气水合物勘探中应用的潜力。     

勘查天然气水合物资源的海洋可控源电磁发射系统

海洋可控源电磁探测(MCSEM)是勘查天然气水合物资源的有效方法之一.海洋可控源电磁发射系统是实现MCSEM的重要硬件组成部分.本文以天然气水合物在海底的一维地电模型为例,研究电偶源发射频率、发射偶极侧向漂移、源偶极矩大小对电场响应的影响,进而指导发射系统研制.该系统包括:甲板升压控制单元,可将船载大功率电能升为高压并通过万米光电复合缆输送至海底的发射机;水下变压器,可将深拖缆中的大功率高压转换为低压;拖曳式大功率电磁发射机,其内部的控制电路硬件和嵌入式驱动软件可将水下变压器输出的电能逆变为大功率矩形脉冲,并通过发射偶极将脉冲发送至海水介质中;借助水动力学设计的发射机拖体,用于装载发射系统水下部件和保持拖曳过程中的平衡与稳定;甲板端上位机监控单元,利用万米光电复合缆中的光纤实现船上计算机与海底发射机的远程数据通信.2012年5月和2013年5月海洋试验的结果均表明,所研制的发射系统可作为天然气水合物资源勘探的有效激励场源.     

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...     

天然气水合物冷泉和气泡羽状流研究进展

近些年来,天然气水合物的调查研究及勘探开发都取得了一定进展,但针对与天然气水合物相关的海底冷泉和气泡羽状流(或羽状水体)的研究报道较少.为了更好地进行天然气水合物基础研究,本文首先简要总结了天然气水合物的发展状况;然后阐述了与天然气水合物相关的冷泉和气泡羽状流的发展状况,天然气水合物羽状流识别技术情况,以及地震识别水合物的发展现状;最后针对气泡羽状流提出天然气水合物的研究方向和科学问题,为水合物的识别和勘查提供新的线索和思路.     

南海天然气水合物远景区海洋可控源电磁探测试验

为了测试我国自主设计与研发的海洋可控源电磁仪器性能及其在水合物探测中的适用性,本文从海洋可控源电磁法基本原理出发,首先根据试验海域水合物地质特征,建立简化地电模型开展理论研究,确定海洋可控源电磁试验的技术方案;利用研发的海洋可控源电磁仪器,在南海天然气水合物远景区开展探测试验,首次获得了我国深水海域的海洋可控源电磁数据.通过对采集数据进行处理与反演,获得了试验剖面的海底电性结构模型,揭示了4号测点下方存在一个50 m厚的高阻层,其电阻率为25 Ωm、顶部埋深为181 m,为该区天然气水合物调查提供了有价值的电性参考资料.研究结果表明,自主研发的海洋可控源电磁仪器性能达到了预期的设计指标,这标志着我国海洋可控源电磁探测技术向实用化进程迈出了重要一步.     

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.     

琼东南盆地天然气水合物及其成藏模式的海洋可控源电磁研究

南海琼东南盆地是天然气水合物重要远景区之一.由于盆地大部分地区海底地形平缓、地层近于水平,增加了利用地震反射剖面识别似海底反射（BSR,bottom simulating reflector）的难度,从而影响了对水合物的评价.为了进一步开展琼东南盆地水合物调查研究,本文在研究海域进行了海洋可控源电磁探测试验,将自主研发的10台接收机以500 m的间距,投放至水深约为1360 m的海底,完成了一条4.5 km剖面的电磁数据采集.通过对采集的数据进行处理与二维（2D）反演,获得了研究剖面海底的电阻率断面图.反演结果显示,研究区海底60~330 mbsf（meter bottom of seafloor）的地层中,存在多个横向不连续分布的高阻异常体,电阻率介于2~10 Ωm之间;在海底330 mbsf之下,横向上发育了电阻率为2~4 Ωm的3个高阻体.根据研究区热力学条件,本文估算了生物成因气与热成因天然气的水合物稳定带（GHSZ,gas hydrate stability zone）厚度,结合高阻体的分布特征推断了地震剖面上BSR的位置.在此基础上,对反演的电阻率断面进行解释,推断了研究区水合物的分布及游离气运移通道.研究表明,勘探区具有形成天然气水合物矿藏的地质与地球物理条件,其成藏模式可能属于"断层、裂隙输导的下生上储型",水合物的气源为生物成因气.     

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.     

海洋天然气水合物可控源电磁法的响应特征:一维正演模拟

We discuss the feasibility of using controlled-source electromagnetic （CSEM） in the frequency domain for prospecting marine gas hydrates. Based on the Ocean Drilling Program （ODP） Leg 164 log data, we have established several 1-D resistivity models which have different gas hydrate concentrations. Meanwhile, we analyzed the electromagnetic response of marine gas hydrates in the frequency domain based on these models. We also studied the relationship between electrical field magnitude or phase and parameters such as receiver-transmitter distance and frequency. Our numerical modeling results provide us with a quantitative reference for exploration and resource evaluation of marine gas hydrates.