天然气水合物开采储层出砂研究进展与思考

天然气水合物开采井眼出砂问题是当前水合物产业化急需突破的瓶颈之一,解决水合物开采时防砂与产能平衡问题是实现水合物安全高效、长期可控开采的关键.我国海域典型水合物储层属于弱固结的低渗泥质粉砂储层,其面临的防砂控泥与增产矛盾较为突出.厘清不同水合物储层和开采条件下的井眼出砂规律并揭示其机理,进而制定科学合理的防砂控泥措施以实现产能最大化是解决上述矛盾的途径所在.从理论分析、数值模拟、室内实验和现场试采4个角度介绍了世界范围内已开展的水合物出砂防砂情况,分析总结了水合物储层出砂影响因素及出砂机理,最后探讨了目前出砂研究存在的问题和挑战,并给出了相应的建议,旨在为后续水合物开采井眼出砂预测和防控研究提供思路和参考.     

纳米颗粒与天然气水合物形成研究进展

自然界中的天然气水合物具有巨大的能源潜力,同时水合物技术在气体储运、海水淡化、气体分离、污水 处理等领域也有很广的应用前景,但水合物一些固有的性质(如较低的水合物形成速率和严苛的水合物形成条 件)阻碍了这些技术的商业化.因此,研究者尝试将纳米技术与水合物技术相结合,利用纳米颗粒促进或者抑制 水合物形成,服务于水合物安全高效钻采,并推动水合物技术应用.综述了纳米颗粒及其流体的基本性质、分散 方法和对水合物热力学和动力学方面的影响,指出了当前研究存在的问题,并提出了今后纳米颗粒作为水合物添 加剂的研究方向及在水合物勘探和开发过程中潜在的应用.      

粒径及孔径分布对天然气水合物形成影响的研究进展

掌握影响天然气水合物（简称水合物）在海底沉积物中形成的因素对其能源和气候环境效应的评估有重要的意义。水合物的含量与沉积物颗粒的粒径紧密相关,水合物多产出于粗砂中。以人工样品为主的实验研究表明,由于孔隙半径产生的毛细管抑制压力,多孔介质的颗粒越细,孔 隙 越 小,一定条件下稳定温度越低（或 压 力越高）。沉积物颗粒的比表面积与水合物饱和度呈现很高的相关性,比粒径更有优势。利用比表面积可以定量地表示粒径和孔隙大小之间的关系,量化分析孔隙大小对水合物形成的影响。此外,我国南海神狐海域水合物尽管赋存在细粒沉积物中,却具有较高的饱和度,这可能与南海沉积物中富含丰富的有孔虫壳体有关,通 过 微 观 层 面的观察发现,这些古生物壳体不仅充当了沉积物中的粗砂部分,而且其多孔结构也使沉积孔隙空间增加,从 而 为水合物富集提供了有利的生长环境和便利的赋存空间。Ｋｌａｕｄａ等的模型假定多孔介质孔径尺寸的概率密度分布函数为正态分布,新的相平衡模型包含了尺寸效应。颜荣涛等把有效孔隙半径和水合物饱和度联系起来,从而将水合物饱和度引入相平衡模型中。分形模型将分形参数与孔隙度建立了关系,但并没有与温压条件等进一步联系起来,对水合物形成和分解的影响还需做进一步的推导和实验。      

天然气水合物系统特征及其对我国水合物勘查的启示

油气资源在能源结构中具有举足轻重的作用,其成因机制及勘探思路已发展出了完善的系统理论———含油气系统理论,而天然气水合物作为潜在替代清洁能源,其勘探理论尚处于探索阶段。借鉴含油气系统理论,注重与常规油气成藏的差异性分析,在系统分析全球已发现天然气水合物主要研究区的天然气水合物特征基础上,从气体来源、气体运移通道、有利储层等方面对天然气水合物成藏机理进行了系统梳理,以探究天然气水合物系统特征。提出天然气水合物系统应包括气源、储层和天然气水合物稳定带３个基本要素以及气体生成－运 移 过
程和天然气水合物形成过程２个基本作用;冻土带内气体来源以热解气为主,海洋环境中则以生物气或热解气和生物气的混合气为主;气体运移通道主要为流体底辟、气烟囱、大尺度断层、裂缝、滑塌构造及高渗透性地层等;天然气水合物储层在冻土带以砂岩为主,在海域则以黏土质粉沙及粉沙质黏土为主;综合全球各区域天然气水合物成藏特征,提出了９种类型天然气水合物系统,同时以我国神狐海域天然气水合物系统为例总结出了天然气水合物系统成藏事件表。      

21世纪的新能源——天然气水合物

天然气水合物 (Ｇａｓｈｙｄｒａｔｅ)是由天然气 (甲烷为主 )和水组成的固体结晶物质 ,故又称固态甲烷、可燃冰或气冰。通常在低温高压条件下形成。在水深 50 0～ 4 0 0 0ｍ的海底沉积层 ,由于压力加大 ,天然气水合物可在15～ 2 5℃条件下形成。据现有资料 ,天然气水合物主要赋存在大于 30 0～ 50 0ｍ水深的海底沉积物中和寒冷的高纬度地区。天然气水合物为一种冰状的白色固态结晶体 ,气体中甲烷占 99%。它主要存在于温度较低、压力较高、气和水足够富集的大陆架边缘和大陆坡上部的海底沉积物中 ,其上有较为稳定的沉积盖层。据分析 ,1ｍ3的…     

海洋天然气水合物岩心处理关键技术进展

水合物岩心处理技术体系的建立对于海洋与冻土区水合物的勘探与开发非常重要,其中保压岩心的现场处理与测试,更是获取地层相关物性参数并进行复杂情况下水合物赋存地层行为评价与预测的关键。钻井现场围绕这一核心内容主要从岩心的现场处理流程设计、压力与温度控制以及现场转移与测试3个方面加以实现,其关键在于工作过程中相关装置的保压保温、工作腔体内保压岩心的精确操控、工作腔体内保压岩心的直接接触测试以及工作腔体外与其他外部测试装置匹配的联合测试。      

天然气水合物储层地震波振幅属性研究

以实际水合物存在的美国布莱克海台地震数据为例,利用地震剖面中4个层位(海底层、水合物顶层、水合物层和游离气层)地震数据进行了地震属性的提取及属性分析,研究了各层位的属性特征。结果表明:均方根振幅、平均绝对振幅、平均能量变化、振幅峰态、绝对振幅积分、总能量、功率谱最大值、有限带宽能量等8种属性值在各层位的分布情况基本相同,即海底最高,其余依次是水合物层、游离气层和水合物顶层,可区分出水合物层和游离气层。由此,通过对比各层位的振幅属性值,可以指示天然气水合物的存在,为水合物识别及其开采提供参考依据。     

天然气水合物储层光电温压监测技术探秘

正天然气水合物是一种由天然气和水分子在低温高压条件下形成的物质。当用显微镜放大来看时,会发现其有着像"笼子"一样的结构。不仅如此,人们还发现它可以直接点燃,所以,天然气水合物通常也称为"可燃冰"。从本质上讲,可燃冰仍是天然气,人类在利用可燃冰作为化石能源时必须将其分解为天然气才能使用。伴随着国内外能源战略布局以及石油天然气勘探开发领域的发展,天然气     

格陵兰岛西部巴芬湾天然气水合物流体运移系统

格陵兰岛西部巴芬湾发育丰富的油气藏和天然气水合物藏,其形成分布与流体运移系统密切相关.根据浅层地震数据,利用BSR识别、地震相分析、地温梯度和热流值异常方法,追踪流体运移路径,分析多边形断裂对水合物分布的控制作用,研究各地质构造形成的流体运移系统.结果 表明:研究区发育两个天然气水合物稳定带(GHSZ),其热流值分布具有非均一性,多边形断裂发育处热流值高;流体特征表现为纵波反射模糊带、"亮点"地震相异常、"平点"地震相等;高密度多边形断裂为流体运移提供疏导通道,增加天然气水合物的储存空间;深部裂解气通过聚集型高通量流体运移通道(底辟或构造隆起、断裂、高渗透层等)在垂向和侧向上运移,在研究区北部形成天然气水合物藏.该结果对降低前沿盆地的天然气水合物开发风险具有指导意义.     

含气流体运移与天然气水合物成藏

含气流体运移是影响天然气水合物成藏的重要因素,包括流体运移方式、运移通道类型、运移效能等。基于全球典型海域天然气水合物勘探研究结果,围绕含气流体运移这一重要因素,系统回顾和总结了底辟构造、断层及裂隙和渗透层对天然气水合物形成与分布的影响。研究结果表明,以对流形式的运移是流体有效的运移方式,有利于烃类气体聚集及水合物成藏。已知水合物富集区内含气流体运移通道都不以单一形式存在,而是多种运移通道共同作用,呈复合型运移通道形式。在通道类型上,底辟构造、断层及裂隙、渗透层等都属于聚集型高通量流体运移通道类型,但这种通道类型与高饱和度、富集型天然气水合物藏并不存在一一对应的关系,其还与运移效能密切相关。因此有必要开展重点区域的流体运移的分析,揭示流体运移通道的展布以及运移规模,以达到更为准确预测和描述水合物藏的目的,并为水合物钻探站位部署提供有力依据。      

Evaluation of the Shallow Gas Hydrate Production Based on the Radial Drilling-Heat Injection-Back Fill Method

It has been evidenced that shallow gas hydrate resources are abundant in deep oceans worldwide. Their geological background, occurrence, and other characteristics differ significantly from deep-seated hydrates. Because of the high risk of well construction and low production efficiency, they are difficult to be recovered by using conventional oil production methods. As a result, this paper proposes an alternative design based on a combination of radial drilling, heat injection, and backfilling m...     

Study of the Surface Morphology of Gas Hydrate

Study of the surface morphology of gas hydrate is of great importance in understanding its physical properties and occurrence.In order to investigate the surface morphology of different types(sI and sII)and occurrences(pore-filling and fracture-filling)of gas hydrate,both lab-synthesized and drilled-gas hydrate samples were measured using cryo-scanning electron microscopy(cryo-SEM).Results showed that the surface of s I hydrate was relatively smooth,and spongy nano-pores(200–400 nm)gradually occurred at the surface during continuous observation.The surface of sII hydrate was more compact,showing a tier-like structure.Hydrate occurred in quartz sand and usually filled the pores of the sediments and both hydrate and sediments were cemented with each other.SEM observation of the gas hydrates collected from the South China Sea showed that the surface morphology and contact relation with sediments varied with hydrate occurrence.For instance,hydrates dispersed in sediments mainly filled the pores of the sediments.The existence of microorganism shells,such as foraminifera,was beneficial to the formation of gas hydrate.When hydrate occurred as a massive or vein structure,it was easily distinguished from the surrounding sediments.The surface of hydrate with massive or vein structure showed two distinct characters:one was dense and smooth,the other is porous(several to tens of micrometers in diameter).The occurrence of different hydrate morphologies was probably caused by the supplement rates of methane gas.     

Sulfate-Methane Transition Depths and Its Implication for Gas Hydrate

The biological removal of CH_4 by methanotrophic(CH_4-oxidizing) archaea always occurs at a distinct zone which is known as sulfate-methane transition zone(SMTZ). It is an important indication for high methane flux and gas hydrate occurrence. In this study, we collected pore-water data from South China Sea, Carolina Rise and Blake Ridge to analyze the relationship between CH_4, SO_4~(2-) concentration and depth. We found that below the SMTZ, the methane concentration increases continuously with depth and sulfate concentration decrease linearly to zero. In addition, the geochemical data taken from all these sites show that SMTZ is relatively shallow(less than 20 m), which may indicate that these areas have high methane flux.     

陆域天然气水合物形成条件理论研究及其对青南多年冻土区水合物勘查的启示

陆域天然气水合物作为一种未来开发潜力最大的非常规清洁能源而备受各国政府青睐,目前国内外对陆域水合物形成条件的研究集中于4个重点方向:温度-压力、气源、气体运移及水合物的圈闭,大量的研究表明最为直接的条件为温度-压力和气源,而圈闭则决定水合物的成藏规模。同时水合物的形成机制也成为研究的热点。近年来,我国学者依据陆域水合物形成的温压条件而做出的理论预测曾成功地指导了祁连山冻土区水合物的发现。然而,地处海拔4 600多米的北羌塘青南冻土区有着比祁连山水合物产出地更佳的水合物形成条件,但至今未获得找矿成果突破,还存在二叠系烃源岩中有机质的沉积环境不明、气体成因不清及烃源岩综合评价缺乏标准等诸多问题。对国内外在水合物形成条件等方面进展的总结将给青南地区今后水合物勘查诸多有益的启示,如冻土厚度及类型、烃气成因、断层、圈闭和储层等因素对水合物形成及成藏等方面的影响。      

Estimation of S-wave Velocity for Gas Hydrate Reservoir in the Shenhu Area,North South China Sea

Estimation of S-wave velocity using logging data has mainly been performed for sandstone,mudstone and oil and gas strata,while its application to hydrate reservoirs has been largely overlooked.In this paper we present petrophysical methods to estimate the S-wave velocity of hydrate reservoirs with the P-wave velocity and the density as constraints.The three models used in this paper are an equivalent model(MBGL),a three-phase model(TPBE),and a thermo-elasticity model(TEM).The MBGL model can effectively describe the internal relationship among the components of the rock,and the estimated P-wave velocities are in good agreement with the measured data(2.8% error).However,in the TPBE model,the solid,liquid and gas phases are considered to be independent of each other,and the estimation results are relatively low(46.6% error).The TEM model is based on the sensitivity of the gas hydrate to temperature and pressure,and the accuracy of the estimation results is also high(3.6% error).Before the estimation,the occurrence patterns of hydrates in the Shenhu area were examined,and occurrence state one(the hydrate is in solid form in the reservoir) was selected for analysis.By using the known P-wave velocity and density as constraints,a reasonable S-wave velocity value(ranging from 400 to 1100 m s~(-1) and for a hydrate layer of 1100 m s~(-1)) can be obtained through multiple iterations.These methods and results provide new data and technical support for further research on hydrates and other geological features in the Shenhu area.     

天然气水合物储层地震反射相干分析研究

以实际水合物存在的美国布莱克海台地震数据为例,利用地震剖面中四个层位(海底层、水合物顶层,水合物层和游离气层)地震数据,通过相干技术研究了四个层位地震波同相轴的连续性。结果表明:在同一层位中,随着时窗宽度的增大,所有时窗相干值的均值都逐渐减小;在相同时窗宽度下,相干程度最好的为海底层,其次为水合物层、水合物顶层及游离气层。由此,通过对比各层位的相干值,可以指示天然气水合物的存在,这为水合物识别及其开采提供了有价值的参考。     

Study of the Sensitive Properties of Marine Gas Hydrate Based on the Prestack Elastic Inversion

Using a bottom simulating reflector(BSR) on a seismic profile to identify marine gas hydrate is a traditional seismic exploration method. However, owing to the abundance differences between the gas hydrate and free gas in different regions, the BSR may be unremarkable on the seismic profile and invisible in certain cases. With the improvement of exploration precision, difficulty arises in meeting the requirements of distinguishing the abundance differences in the gas hydrate based on BSR. Hence, we studied other sensitive attributes to ascertain the existence of gas hydrate and its abundance variations, eventually improving the success rate of drilling and productivity. In this paper, we analyzed the contradiction between the seismic profile data and drilling sampling data from the Blake Ridge. We extracted different attributes and performed multi-parameter constraint analysis based on the prestack elastic wave impedance inversion. Then, we compared the analysis results with the drilling sampling data. Eventually, we determined five sensitive attributes that can better indicate the existence of gas hydrate and its abundance variations. This method overcomes the limitations of recognizing the gas hydrate methods based on BSR or single inversion attribute. Moreover, the conclusions can notably improve the identification accuracy of marine gas hydrate and provide excellent reference significance for the recognition of marine gas hydrate. Notably, the different geological features of reservoirs feature different sensitivities to the prestacking attributes when using the prestack elastic inversion in different areas.     

斯维尔德鲁普盆地天然气水合物成藏条件及分布预测

斯维尔德鲁普盆地是北极地区最重要的含油气盆地之一,研究者普遍认为这一地区可能具有良好的水合物资源潜力,已有的钻井勘探成果也显示了大量天然气水合物存在的迹象;目前国内对北极地区油气的研究尚处于起步阶段,对斯维尔德鲁普盆地也缺乏系统的认识。结合测井资料解释及国内外理论研究成果,介绍了斯维尔德鲁普盆地的油气地质背景,综合分析了盆内水合物成藏的气源条件、温压条件、构造条件和沉积条件,对水合物的分布范围做出了预测并初步估算了盆内水合物所含天然气的资源量。结果表明,斯维尔德鲁普盆地较好地满足了天然气水合物的成藏条件,盆内主要有3个水合物勘探远景区,资源潜力巨大。这一结论对未来在北极地区进行的油气勘探具有重要的参考价值。      

基于正交试验法的天然气水合物地层钻井液配方设计

在天然气水合物勘探开发过程中,钻井液性能的变化会导致水合物的分解与再形成,从而影响正常的钻进。为了满足
水合物勘探所需的稳定钻井液,采用正交试验法,研究了含NaCl、聚合物等不同组分的水合物地层钻井液宏观流变性的变化。以
表观黏度、塑性黏度、动切力等为考核指标,通过改变各组分的含量对钻井液配方进行优选,确定了影响钻井液性能的主要因素,
用较少的试验次数获得了较全面的试验结果,从而获得适合含天然气水合物地层钻井用的钻井液。