多孔介质中甲烷水合物相变过程模拟实验研究

天然气水合物相变过程不仅对沉积层温度场产生影响,也会改变沉积层介电常数等物理性质,深入研究水合物相变过程对周围环境的影响对今后水合物资源开发利用以及水合物地质灾害控制评估等方面都有重要的意义。通过使用专门设计的水合物模拟实验装置,综合采用二维温度梯度和时域反射等方法对甲烷水合物生成及分解过程进行监测。结果显示：水合物合成过程中甲烷水合物合成受气源和过冷度等因素影响,当气源充足时,水合物优先在过冷度大的区域合成,否则水合物优先在气源充足的区域合成;水合物相变过程引起周围多孔介质介电常数发生改变,并可据此计算沉积层中水合物饱和度;水合物稳定性受热刺激影响明显,含水合物多孔介质传热效率与热源距离成二次函数的衰减规律。     

多孔介质中天然气水合物稳定性的实验研究进展

勘探表明天然气水合物多产出于细碎屑沉积物中,其分布和赋存形式受温度、压力、水化学条件等多种物理化学因素的影响。前人的实验研究表明不同孔径尺度中的甲烷水合物稳定性有别于块状、层状水合物,同时孔隙表面的润湿性也是影响因素之一。在综合分析前人研究成果的基础上,系统阐述了孔隙的孔径、孔隙内表面润湿性对所含天然气水合物稳定性的影响规律,总结了可能的内在机理;并指出了当前应当尽快建立包括空间效应、温度、压力和组分等因素的综合天然气水合物相图,查明含天然气水合物沉积物的孔隙结构和表界面特征,建立天然气水合物的稳定性模型,将有助于精确预测天然气水合物的分布和规模,对于水合物开发和甲烷存储技术的研发也有着重要的意义。     

海洋沉积物孔隙水硫酸盐浓度和碳同位素对天然气水合物的指示

硫酸根离子（SO42－）是海洋沉积物孔隙水中的重要组分之一。硫酸盐还原菌利用孔隙水中SO42－作为氧化剂氧化沉积物中有机质或甲烷，造成孔隙水中SO42－离子浓度降代，同时使溶解在孔隙水中CO2的碳同位素组成降低。研究表明，在有天然气水合物出现的地区，强烈的甲烷缺氧氧化作用使孔隙水SO42－浓度急剧下降，表现为海底沉积物中硫酸盐－甲烷界面（SMI）较浅。如布莱克海台区，SMI界面为5.1～23.9m，界面附近深解于孔隙水中CO2的δ13C值低达－39％。笔者发现南海北京海区几个站位具有类似于布莱克海台区的较浅的SMI界面（7.5～17.2m）和极低的δ13C值（－29‰），结合其他地质、地球物理和地球化学证据，推测这些站位处可能赋存有天然气水合物，值得开展进一步详查工作。     

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。     

海域天然气水合物稳定带厚度与其影响因素的半定量研究

海底沉积物中蕴含着大量的天然气水合物资源。水合物稳定带(HSZ)反映了海底天然气水合物的成矿作用和分布规律,稳定带厚度的影响因素决定了天然气水合物的蕴藏量。水合物稳定带的影响因素有很多种,但每种因素对其的影响程度不同。为探讨水合物稳定带厚度的分布规律,从分析海底天然气水合物相平衡影响因素入手,着重研究了影响稳定带厚度的水合物气体组分、地温梯度、海水深度、海底温度及孔隙水盐度等重要参数,并使用CSM Gem程序对这些影响因素进行模拟计算;然后利用模拟计算所得到的结果数据进行曲线拟合,直至得到较为可信的相平衡曲线;最后根据此相平衡曲线,结合相应条件下的地温梯度曲线方程求得稳定带厚度。通过对预设各条件值与相应得到的稳定带厚度值进行回归分析,得出稳定带厚度与各个影响因素的关系以及这些因素对稳定带厚度的影响程度。     

南海北部孔隙水碘与天然气水合物成藏关系研究

天然气水合物是一种重要的新型能源。然而,深海水合物具有埋藏深、作业难度大等特点,水合物难以被高效准确地识别,这已成为制约南海水合物地质调查的瓶颈之一。针对这一问题,本文结合近年来国际上新兴的碘及碘同位素方法,对南海北部台西南盆地两个站位的柱状沉积物(HD-86V和HD-109)开展了水合物成藏识别的研究。该沉积物孔隙水中碘离子含量分别介于8.3~132.0μmol/L和7.4~118.1μmol/L之间,远高于正常海水值(0.44μmol/L)。结合区域水合物勘查结果及甲烷含量特征,发现孔隙水碘离子含量与甲烷含量表现为显著的正相关关系。对比琼东南盆地及神狐工区等区域数据,均表明沉积物孔隙水碘离子含量在南海水合物成藏示踪方面具有良好的应用前景和推广价值。     

天然气水合物资源量研究进展

综述了三十多年来各国学者对全球天然气水合物资源量的研究进展,总体上可分为三个阶段:(1)20世纪70年代—80年代早期(1017～1018m3量级);(2)80年代晚期—90年代早期(1016m3量级)和(3)90年代晚期至今(1014～1015m3量级)。分析发现,最早的估算结果比现今的偏大2～3个数量级。随着人们对水合物认识的加深,在资源量评估方面会显得更加理性。     

南海天然气水合物稳定带的影响因素

文章利用南海所积累的大量热流、海底温度和地温梯度数据，针对地温梯度的变化，对地温梯度数据进行了初步校正。分情况研究了纯甲烷，甲烷、乙烷、丙烷混合物分别在纯水、海水条件下形成的天然气水合物在南海的可能分布范围；进而对影响天然气水合物分布的影响因素进行了讨论。研究表明，随着天然气中重烃含量的增加，孔隙水盐度的降低，水合物稳定带在平面上的分布范围越来越大，水合物稳定带的厚度也越来越大。比较而言，气体组成的影响要比孔隙水盐度的大。同时，天然气水合物稳定带的厚度与热流有一定的负相关关系。在南海2000m水深范围之内，由于受海底温度的控制，水合物稳定带的厚度与水深呈明显的正相关关系。     

天然气水合物的研究进展

天然气水合物是当今世界油气地质勘探家研究的热点,其能源价值、勘探技术和潜在的环境问题越来越受到科技、能源以及环保部门的关注。该文对天然气水合物的结构、特点、成因、分布以及可能引发的环境问题进行了综述,较详细地介绍了国内外的研究概况。     

天然气水合物的地热研究进展

天然气水合物的地热研究在以下几个方面都取得了重要进展，热流与似海底反射层的关系，水合物稳定带的研究；水合物热物理参数的确定；水合物形成过程中的热状态；热导率的应用，指出了今后水合物的地热学研究方向。     

钻进过程中天然气水合物的分解抑制和诱发分解

讨论了天然气水合物钻进过程中，抑制和诱发孔底出露水合物分解的途径、方法和原理，并介绍了一个诱发水合物分解的钻进过程。     

南海天然气水合物研究进展

自1999年起,我国陆续开展南海天然气水合物调查及勘探研究工作。2007年5月在南海神狐海域成功钻获天然气水合物实物样品,标志着天然气水合物找矿工作的重大突破,显示出南海丰富的天然气水合物资源前景。本文综述了南海天然气水合物发育的有利地质条件,赋存的地质、地球物理和地球化学证据,水合物分布和发育特征及成藏模式,指出目前研究工作中还存在的一些问题:勘探实践获得的天然气水合物地球物理和地球化学响应与实际存在水合物并非一一对应;大多数研究只针对水合物形成的某一方面的条件开展(如气源、流体运移体系等);同时,水合物稳定带和水合物资源量估算均较为粗略。因此,明确天然气水合物地质、地球物理和地球化学响应机理、开展水合物成藏系统和成藏动力学研究以及更加精确且符合实际的估算水合物资源量将会是今后南海天然气水合物研究的重点。     

水合物地层低热固井水泥浆用相变微胶囊的制备及应用

当深海固井遇到天然气水合物地层时,由于水泥浆水化放热,导致水合物的相变平衡条件发生改变,诱发水合物分解,引起二界面胶结质量下降等问题。为提高水合物地层固井质量,可向水泥浆中添加具有吸热控温作用的相变微胶囊,可有效降低固井水泥浆的水化升温。基于此,以配比石蜡为控温芯材、碳酸钙为壁材,利用自组装法制备了一种使用于深水水合物地层固井水泥浆控温微胶囊。由于固井水泥浆在达到水合物地层的过程中,外界温度环境复杂,单一相变温度的控温芯材极易失效。为扩展控温区间,选用切片石蜡与白油作为混合芯材,控温区间达到14.8~39.8 ℃。研究表明,该微胶囊表观形态良好、彼此无团聚,在热循环过程中,不易发生泄漏。与水泥浆复配后,对水泥浆流变性能无明显影响。在低掺加量时,微胶囊主要起降低水泥浆峰值温度的效果,并提升水泥石整体力学强度;高掺加量时,微胶囊既可以有效降低水泥浆峰值温度,也可以明显地延缓水泥浆放热速率。     

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。     

天然气水合物钻井液研究进展

随着世界能源问题日渐突出,天然气水合物作为一种新型能源备受关注。由于天然气水合物的特殊性质,在冻土层或海洋环境下都对勘探和开采提出了极其严格的要求。钻井液对保障天然气水合物安全钻探发挥着重要的作用,因此对水合物钻井液的研究一直是天然气水合物勘探技术研究中的重要内容。本文重点介绍了水合物抑制剂和钻井液体系研究进展情况,并分析了天然气水合物钻井液研究发展趋势。     

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。     

天然气水合物气候效应研究进展

天然气水合物富含温室气体甲烷,且资源量巨大,对气候变化又十分敏感,在全球变暖的背景下其气候效应倍受关注,近年来的研究工作又取得了一些新进展.首先,天然气水合物资源量的估算进一步精确,海洋中天然气水合物资源量的最新估算值仅为原先的1/5,从根本上限制了其气候效应的显著性;其次,大气中来自天然气水合物的甲烷通量被重新评估,...     

天然气水合物地层渗透率研究进展

天然气水合物开采涉及传热、水合物分解相变、多相渗流和地层变形4个物理过程。多相渗流过程伴随着对流传热,影响传热效率;多相渗流过程影响孔隙压力的消散速率,引起有效应力改变而影响地层变形;多相渗流过程影响传热的效率和孔隙压力的消散速率,使温度和压力条件发生变化,影响水合物的分解。多相渗流过程中,某相流体的有效渗透率不仅与该相流体的饱和度有关,还与地层绝对渗透率有关。地层绝对渗透率是多相渗流过程的关键参数之一。概述不同贮存状态水合物、地层孔隙率、水合物饱和度和地层有效应力对地层绝对渗透率影响的研究内容。以国内外天然气水舍物地层绝对渗透率研究成果为基础,将来的研究重点主要包括粉细砂、黏土类地层和各向异性地层多相渗流研究,以及地层有效应力对绝对渗透率影响研究。     

神狐海域沉积物孔隙水卤素浓度及碘同位素特征对天然气水合物成藏的示踪研究

对南海北部神狐海域SC-02钻孔沉积物孔隙水开展卤族元素浓度和I同位素研究。根据沉积物孔隙水中Cl^-、Br-和I-浓度特征,该钻孔可分为2层:上层沉积物孔隙水中卤族元素浓度随深度增加呈递增趋势;下层沉积物孔隙水卤素浓度则出现大幅波动,可能与该层赋存的水合物在钻取采样时发生分解有关。下层沉积物孔隙水的¹²⁹I/I年龄为20.77±2.4 Ma,明显老于其赋存地层的年龄,暗示该站位的天然气水合物中CH₄可能来自下伏的深部地层。