木里地区天然气水合物储层参数计算

测井作为一种重要的地球物理勘探手段,在天然气水合物资源定量评价中发挥着重要的作用,随着木里地区天然气水合物勘探井的日益增多,需建立一套适合本地区的泥质含量、含水饱和度和孔隙度等储层参数的计算方法,这对储层优选、资源量的评估等具有重要意义.笔者基于国内外文献常用的天然气水合物测井评价模型,选用经过环境校正和标准化处理后的测井数据,定量计算天然气水合物的孔隙度与饱和度等参数,结合岩心测试和岩电资料,修正并完善储层参数的计算模型,分析各种测井评价方法在水合物储层计算当中的优劣.研究结果表明:泥质含量选用自然伽马值求取为宜;孔隙度选用受水合物分解所产生气体影响较小的密度值求取;饱和度的求取需根据水合物含量的不同,分别选用印度尼西亚公式、修正的wood方程或修正的阿尔奇公式.     

分散型天然气水合物对储层的物性影响特征分析

天然气水合物以不同的赋存形态存在于温压条件适合的海底沉积物及永久冻土带中。目前对于天然气水合物的勘探以地震方法为主,而随着天然气水合物钻探工作的不断开展,地球物理测井成为必不可少的工作,测井通过不同的方法采集储集层的地球物理参数,由于天然气水合物的存在对储层物性的特殊影响,在利用测井方法评价储集层时需要综合考虑这些影响因素,才能获得准确的储层参数。本文详细阐述了由于天然气水合物的存在对地层的声学、电学及密度特性的影响及其在利用这些参数评价储层时需注意的问题。     

蚁群算法在天然气水合物储层识别中的应用

我国青藏高原冻土层天然气水合物主要为裂隙型水合物和孔隙型水合物两种类型,利用常规的测井数据识别两种类型的水合物难度较大。本文通过研究裂隙型水合物、孔隙型水合物和普通岩层的测井响应特征的差异,建立交会图版法判断流体性质并识别了水合物类型。研究表明,交会图版法识别效果较好,精度达到66.7%,但是对于泥岩裂隙型水合物和砂岩水层以及粉砂岩孔隙型水合物和细砂岩孔隙型水合物的识别效果较差。为了解决交会图版法的局限性,本文通过具有收敛快,精度高的蚁群算法结合交会图版法对乌丽地区的两口钻孔的水合物类型进行识别,识别结果与岩心分析结果吻合度较高,精度达到73.3%,蚁群算法能够很好地识别出水合物类型,为测井识别天然气储层识别提供参考。     

中国南海天然气水合物开采储层水合物相变与渗流机理:综述与展望

【研究目的】中国地质调查局先后于2017年、2020年在南海北部神狐海域成功实施两轮水合物试采,创造了产气时间最长、产气总量最大、日均产气量最高等多项世界纪录,了解和掌握南海天然气水合物开采储层相变与渗流机理,有助于进一步揭示该类型水合物分解机理、产出规律、增产机制等,可为中国海域水合物资源规模高效开采提供理论基础。【研究方法】基于两轮试采实践,笔者通过深入研究发现,储层结构表征、水合物相变、多相渗流与增渗、产能模拟与调控是制约水合物分解产气效率的重要因素。【研究结果】研究表明,南海水合物相变具有分解温度低,易在储层内形成二次水合物等特点,是由渗流场-应力场-温度场-化学场共同作用的复杂系统;多相渗流作用主要受控于未固结储层的物性特征、水合物相变、开采方式等多元因素影响,具有较强的甲烷吸附性、绝对渗透率易突变、气相流动能力弱等特点;围绕南海水合物长期、稳定、高效开采目标,需要在初始储层改造基础上,通过实施储层二次改造,进一步优化提高储层渗流能力,实现增渗扩产目的。【结论】随着天然气水合物产业化进程不断向前推进,还需要着力解决大规模长时间产气过程中温度压力微观变化及物质能源交换响应机制以及水合物高效分解、二次生成边界条件等难题。创新点：南海水合物相变是由渗流场-应力场-温度场-化学场共同作用的复杂系统;南海泥质粉砂储层具有较强的甲烷吸附性、绝对渗透率易突变、气相流动能力弱等特点,多相渗流机理复杂。     

机械防砂筛管挡砂介质堵塞机制及堵塞规律试验

针对高泥质水合物储层,其分解过程中会产生大量的游离砂,在气-液渗流作用下发生运移,容易导致砾石充填防砂介质渗透性降低,即渗透损伤,使得产能下降并影响防砂砾石层的长期有效性。为了探究防砂砾石在不同影响因素下的渗透损伤情况,本文采用混合正交试验,通过自行研制的阻砂试验系统进行不同储层含水量、试验压力和砾石规格的阻砂试验并测量试验前后防砂介质的渗透系数,观察阻砂试验现象和分析渗流规律和渗透损伤规律。结果表明,由于粉细砂的运移,防砂砾石层经历由通到堵再到通的过程,因此阻砂试验渗流分为4个阶段：初期渗流阶段(无堵塞)→稳定渗流阶段(逐渐堵塞)→气、液渗流阶段(突然疏通)→气体渗流阶段(通);储层含水量、试验压力和砾石粒径较大时,储层中的粉细砂运移更容易,出砂情况更为严重,砾石防砂层的渗透损伤较严重,但储层含水量大于125%时,渗透损伤比反而下降;影响渗透损伤程度大小排序为：砾石规格>试验压力>储层含水量,砾石规格对防砂介质渗透损伤的影响为主控因素,最佳砾石中值比D₅₀/d₅₀为23.6,有利于防砂和产气,研究结果为砾石充填的防砂介质渗透损伤研究提供参考。     

南海神狐海域天然气水合物储层参数定量评价方法

海洋型天然气水合物以固态形式赋存于尚未固结的泥质粉砂和粉砂质泥地层中,不同于常规油气藏在固结砂岩地层中的赋存模式,因此造成水合物储层测井评价的难题。2007年以来我国南海神狐地区实施了4次水合物钻探,取得丰富的地球物理与岩心资料并且证实该区存在着巨大的天然气水合物资源潜力。本文通过对神狐地区常规测井、特殊测井资料以及取心资料的研究分析,总结水合物地层各项测井响应特征,利用岩心数据刻度测井,建立储层岩性、物性以及水合物饱和度计算模型,形成一套适合神狐地区天然气水合物储层参数的定量评价技术。利用本文方法对研究区部分井进行综合评价,水合物地层孔隙度平均为49.91%,水合物饱和度平均为29.75%,孔隙结构以小孔隙为主,渗透性较差,评价结果与岩心实验结果基本一致,符合率达85%。该研究成果为神狐海域水合物资源量评价及成藏研究提供了新的参考。     

南海天然气水合物储层多孔弹性力学研究

目前大多数对于水合物储层变形的研究都没有考虑毛管力的作用,将储层中的水合物压力和流体压力视为一致。但是在我国的南海海域,水合物储层多为黏土质粉砂,孔隙的孔径较小,因此毛细效应很明显。基于多孔介质力学以及水合物相平衡理论,建立了描述水合物分解过程中的储层变形模型。在该模型中,孔隙内的物质被分为两相,即水合物固体相和包裹不连续气泡的等效流体相。该模型重点研究了水合物固体和等效流体之间的压差,即毛管压力。最后针对我国南海神狐海域的数据具体分析了降压法与注热法两种不同的水合物开采方法。结果显示,对于南海黏土质粉砂储层,毛细效应会对水合物的相平衡条件以及储层变形产生较大的影响。对于给定的压力,水合物的熔点会随着孔径的减小而降低,这使得水合物的相平衡条件在压力-温度图像中表现为一个区域而不是一条曲线,并且如果忽略毛细效应,则会严重低估储层变形。     

超声探测技术在天然气水合物模拟实验中的应用

为了解不同介质中天然气水合物的声学特性,在特制的高压反应釜中分别进行了纯水、松散沉积物和岩心中甲烷水合物的生成和分解的模拟实验,同时应用超声技术进行了探测。在纯水-甲烷体系中,声波速度的变化主要受温度的制约,水中生成的絮状水合物并没有使声波速度发生明显变化;在纯水-松散沉积物-甲烷体系中,声波速度和系统主频的变化灵敏地反映出体系内水合物的生成和分解;在纯水-岩心-甲烷体系中,随着水合物的生成,纵波速度、横波速度以及纵波幅度均增大,这说明纵波和横波的速度随着孔隙度的减小而增大,而纵波幅度的衰减则随着孔隙度的减小而减小。实验结果显示,超声探测是天然气水合物模拟实验中的一项有效的探测技术。     

A sand-production control system for gas production from clayey silt hydrate reservoirs

Sand production is a crucial problem during the process of extracting natural gas from hydrate reservoirs. To deal with sand-production problems systematically, a sand-production control system (SCS) is first proposed in this paper, specialized for pore-distributed clayey silt hydrate reservoirs. Secondly, a nodal system analysis method (NSAM) is applied to analyze the sand migration process during hydrate exploitation. The SCS is divided into three sub-systems, according to different sand migration mechanisms, and three key scientific problems and advances in SCS research in China Geological Survey are reviewed and analyzed. The maximum formation sanding rate, proper sand-control gravel size, and borehole blockage risk position were provided for clayey hydrate exploitation wells based on the SCS analysis. The SCS sub-systems are closely connected via bilateral coupling, and coordination of the subsystems is the basis of maintaining formation stability and prolonging the gas production cycle. Therefore, contradictory mitigation measures between sand production and operational systems should be considered preferentially. Some novel and efficient hydrate exploitation methods are needed to completely solve the contradictions caused by sand production.© 2019 China Geology Editorial Office.     

基于声波测井的冻土区孔隙型水合物储层水合物饱和度估算方法

水合物饱和度参数的准确计算对于水合物资源量的评价至关重要。本文提出利用超声波测井资料与等效介质模型相结合的方法,可有效评价祁连山冻土区孔隙型水合物储层水合物饱和度变化特征,并在典型孔隙型水合物钻孔DKXX-13进行了应用。基于等效介质理论的弹性波速度模型正演模拟的纵波速度相比基于双相介质理论的弹性波速度模型更加吻合实际测井纵波速度,可用于分析孔隙型水合物储层的纵波速度特征;通过正演模拟的纵波速度与实际测井纵波速度的对比,识别出X30.0～X30.2m、X30.3～X30.4m、X31.1～X31.6m、X31.7～X31.9m、X32.0～X32.2m井段存在水合物,水合物赋存井段地层的水合物饱和度变化范围为13.0%～85.0%,平均值为61.9%,与标准阿尔奇公式估算结果和现场岩芯测试结果基本一致。研究结果可为祁连山冻土区水合物地层测井评价与地震勘探提供理论依据和技术支撑。     

天然气水合物储层弹性波最小二乘逆时偏移研究

天然气水合物的弹性性质相比于周围岩层有明显的差异.传统声波成像方法采用声波近似,无法对其弹性性质进行准确地描述,弹性波偏移方法的成像结果分辨率低、中深部成像能量弱、振幅不均衡,存在低频噪声和采集脚印.为此,文中发展了一种弹性波最小二乘逆时偏移方法,在该方法中,推导了准确的弹性波最小二乘理论框架下的偏移算子和反偏移算子.为了提高计算效率并节省内存,引入了基于编码技术的混叠数据弹性波最小二乘方法,将多炮数据叠加为一个超道集,并采用编码技术压制串扰噪声.通过对两个含天然气水合物模型的试算验证了本文方法对天然气水合物储层成像的有效性及优越性.     

水封式巷道瓦斯抽放技术探讨

为降低矿井瓦斯含量,依据瓦斯难溶于水的性质,提出水封式巷道抽放瓦斯技术。某矿井瓦斯抽放实例显示,水封式抽放密闭性好,瓦斯抽放浓度高(达95%),且抽放量大(该矿累计抽采瓦斯2.8×109m3)。预抽后,矿井的绝对瓦斯涌出量由40 m3/min降为24.27 m3/min,相对瓦斯涌出量由12 m3/t降为6.9 m3/t,使高瓦斯矿井变为低瓦斯矿井。该技术真正实现了煤与瓦斯共采,有效解决了瓦斯治理难题,其安全效益、经济效益和社会效益显著。     

海域非成岩天然气水合物储层改造方法分析

天然气水合物是未来重要的战略开采资源,受到了世界各国的广泛关注,因此对海底天然气水合物进行大规模开采成为必然。目前,海底天然气水合物开采还处于试采阶段,到目前为止还未形成成熟的开采方式。本文从人们所担心的海域天然气水合物开采过程中因储层非成岩可能出现的海底水合物大规模气化、破坏海洋生态环境、产生海底地质灾害等问题出发,对海域天然气水合物开采的安全性进行了分析。同时调研了当前世界各国海域天然气水合物试采现状,指出了进行储层改造是海域天然气水合物未来进行大规模开采的必由之路。探讨分析了采用水力喷射微小井眼技术边钻进水平井边喷射改进发泡水泥浆以进行储层改造的可行性,可为我国水合物商业化开采提供借鉴。     

多维天然气水合物开采模拟试验系统的研制与初步应用

为研究天然气水合物的合成及分解特性、储层的开采特性以及开采过程中的出砂防砂等问题,自主研制了一套多维天然气水合物开采模拟试验系统。该试验系统主要由气体注入系统、稳压供液系统、蒸汽或热水注入系统、一维/二维/三维模型、回压控制系统、出口计量系统、数据采集控制处理系统等组成。该试验系统的主要特色如下:(1)将高压玻璃做成的一维反应釜外壁和高清摄像头结合达到可视化的目的,监测中低压力下水合物的合成、分解情况以及开采过程中砂粒的运移情况;(2)采用自主研发的双缸恒速恒压泵控制回压阀,使得整个降压开采过程中反应釜中的压力能够实现高精度的均匀减小,达到分段缓慢降压的目的,避免水合物的二次生成,使产气速度更加均匀。以不同粒径的石英砂、去离子水和纯度为99.9%的甲烷气为原材料,开展了一维相平衡试验和二维降压开采试验,通过以上初步应用验证了该试验系统的可靠性。     

矿用钻孔瓦斯抽采多参数监测系统与装置

为了弥补传统瓦斯抽采监测系统区域化监测的不足,提出了以钻孔为监测单元构建钻孔瓦斯抽采监测系统,能够实时动态掌握各个钻孔在瓦斯抽采过程中的抽采效果,将大面积区域化测量转变为区域内部各钻孔的测量,实现了瓦斯抽采的精细化监测。针对钻孔瓦斯抽采监测系统需求,结合钻孔孔口处瓦斯抽采参数的特点,研制了一款矿用瓦斯抽采钻孔多参数监测装置,该装置具有超声波气体流量测量、非色散红外瓦斯浓度测量、压电陶瓷气体压力测量、铂电阻气体温度测量四参数于一体的实时数据采集功能,搭载了数据显示、数据存储、数据远程传输、数据Wi-Fi传输等功能性人机交互模块,并开发了瓦斯抽采分析软件、移动数据采集站两款配套软件。装置根据实际应用需求,结合行业相应计量标准,于具有国家计量检定资质的检验单位进行了计量检测,并在黄陵矿业公司二号煤矿进行了井下工业性试验,对装置的实际应用效果进行了验证。试验结果表明：矿用瓦斯抽采钻孔多参数监测装置的四项测量参数均满足相应行业标准的计量要求,可实现各项参数的准确测量,且该装置在实际井下应用中具有良好的工作可靠性与工作稳定性,达到了以钻孔为监测单元的瓦斯抽采监测目的,能够为瓦斯抽采评价提供有力的数据支撑。移动阅读     

祁连山冻土区天然气水合物烃类气体组分 的特征和成因

祁连山冻土区天然气水合物DK-2科学钻探试验孔水合物储集层岩心气样的烃类气体组分和C同位素分析测试结果表明,祁连山冻土区天然气水合物烃类气体组分复杂,除甲烷外,还含有较高的乙烷和丙烷;δ13C1均大于-50‰,R值普遍小于100,显示出明显的热解气特征。结合钻探区的地质背景和岩性特征,初步判断气体大多来源于深部迁移上来的油型气,并有部分原地煤成气的混合。     

祁连山冻土区天然气水合物气体组分的 气相色谱法测定

建立了气相色谱法测定祁连山冻土区天然气水合物C1~C5气体组分的分析方法,对比研究了单点法与多点法校正、外标法与外标归一化法定量,以及顶空法与排水法2种气体收集方式的区别。结果表明：顶空法制备、单点法校正、外标归一化法定量计算为气相色谱法测定天然气水合物气体组分的最佳方法, 方法相对标准偏差（RSD）为0～1.06%,检出限为0.0003%~0.0127%。通过对祁连山冻土区DK-2孔10个天然气水合物样品的测定,发现C1含量为60.64%~78.76%,C2含量为8.99%~13.60%,C3含量为6.58%~21.24%,C4和C5含量较少,可见C2+气体组分含量丰富,具有较低的C1/C2+比值（1.5~3.7）,显示出明显的热解气特征。     

大陆天然气水合物的资源开发与环境研究刍议

天然气水合物分为大陆型和海洋型两大类.大陆型天然气水合物矿床常赋存于永久冻土带,如西伯利亚,加拿大北部,阿拉斯加.近年来,中国在青海木里的冻土带也发现了天然气水合物,它们赋存在l000m深的砂岩和泥岩层中.大陆天然气水合物的资源量是相当巨大的,估计约为(1～7.4)×1014m3甲烷.现在科学家已经研究出从冻土带水合物...