新型深水天然气水合物保真筒保压特性研究

为解决国内现有天然气水合物采样器无法实现大深度保真取样的问题,提出一种配套气垫式保真筒的深海天然气水合物采样器,并以气垫式保真筒的保压特性作为研究重点。在考虑采样过程中样品自身体积膨胀因素的基础上,建立了不含气垫保真筒和气垫式保真筒的数学模型,并通过仿真计算,对不含气垫保真筒和气垫式保真筒的保压特性进行了分析。实验结果表明基于样品自身体积膨胀的不含气垫的保真筒和气垫式保真筒保压特性理论研究是正确的,同时,也表明气垫式保真筒具有良好的保压性能,极具开发价值。     

天然气水合物样品保压转移及处理技术系统设计

天然气水合物样品保压取样技术已经成熟,但保压样品只能进行压降处理成为常压样品,这种方法很大程度上影响了水合物在沉积物中的存在初始状况,压力的急骤变化以及温度的变化都会引起沉积物中水合物成分析出,影响后处理的判别。样品保压转移及处理技术不仅是未来天然气水合物资源勘探技术的发展趋势,也是重要技术手段之一。天然气水合物保压样品的获取、检测、处理是天然气水合物取样技术从初级走向成熟阶段的重要标志。介绍了天然气水合物沉积物样品保压转移及处理技术的设计思路及系统各组成单元。该系统主要由天然气水合物样品保压转移系统、天然气水合物保压样品在线探测及岩心分析系统等2部分组成。该系统的设计为今后天然气水合物资源的勘探和开发提供了很好的技术支撑。     

储层和开采参数对天然气水合物开采产能的影响分析

开展储层参数和开采参数对天然气水合物开采产能影响的研究有助于其实际开采场址和开采方法的选择。以中国南海神狐海域SH7站位的地质参数为背景,采用TOUGH+HYDRATE软件系统地分析了储层压力、温度、孔隙度、水合物饱和度、渗透率、上覆层和下伏层渗透率等储层参数,以及降压幅度、降压井长度和出砂堵塞（通过改变井周网格渗透率反映出砂堵塞）等开采参数对天然气水合物降压开采产能的影响。数值模拟结果表明：①随着储层渗透率的增大,产气量有明显的增加;随着储层压力、孔隙度的增大以及上覆层和下伏层渗透率的减小,产气量有较大的增加;随着储层温度的增大,产气量有一定的增加;产气量随饱和度的增大先增大后减小。因此,实际开采时可优先选择渗透率大、上覆层和下伏层渗透率小、孔隙度大、温度较高、水合物饱和度适中的储层。②随着降压幅度的增大以及降压井长度增大,产气量有明显的增加;而随着出砂堵塞程度的加剧,产气量有非常明显的减少。因此,实际开采时可以通过增大降压幅度和降压井长度以及采取减轻出砂堵塞的措施来提高产气量。研究结果可以为我国将来天然气水合物开采区域及开采方式的选择和确定提供参考。     

天然气水合物保压子取样装置压力特性研究

从海底采集的长柱状保压天然气水合物一般不能被直接分析,需要被切割成小段再转移。保压子取样装置是在天然气水合物保压转移系统的基础上研发的,该装置能够获取任意小尺寸的带压岩心,并将其转移到测试装置中进行原位检测。介绍保压子取样的总体结构和工作原理,并分析系统压力变化的趋势,然后利用AMESim软件对压力维持部分进行仿真,最后通过水合物转移实验,验证保压子取样技术的可行性。重点讨论了蓄能器对于系统压力维持能力的影响,得出预充压力越大蓄能器保压效果越好的结论。     

地震多参数约束下的真假BSR识别

地震勘探是探测海底天然气水合物的重要手段,利用地震资料的诸多特征可以较好地识别海底天然气水合物,尤其是在识别似海底反射(BSR)方面发挥着重要作用。由于多次波等特征与BSR有很多相似之处,如果辨别不当就很容易被误认为是BSR,将会得出错误的结论。以我国某海域实际资料为例,从研究BSR的地震特征出发,指明多次波、气泡效应等多种假BSR现象,提出了利用精细速度分析、AVO特征分析、多次波压制等多种地震参数约束以识别真假BSR,进而提高海洋地震勘探精度,为寻找更多的海底天然气水合物提供技术保障。     

天然气水合物稳定域温压条件的影响因素之探讨

影响天然气水合物稳定域温压条件的因素主要为气体混合效应、水中添加剂效应(盐浓度效应)和沉积物孔隙效应。本文详细地论述了这三种效应对天然气水合物稳定域温度-压力条件的影响，并结合实例对这三种效应进行了深入地探讨。     

含水合物沉积物声学特性——实验模拟与数值模拟的对比分析

含水合物沉积物声学特性在水合物勘探中非常重要。针对含水合物沉积物声学特性,前人通过实验模拟及岩石物理建模已取得一定的进展,但基于实验条件开展的数值模拟及其结果的对比研究仍鲜有涉及。笔者拟采用实验室物理模拟与实验储层数值模拟相结合的方法,通过物理实验模拟获得水合物储层声学特征。在此基础上,以实验物理模型以及声波采集系统为基本构建对应条件下的近似地质模型和声波观测系统,分别在50 kHz和80 Hz频率条件下获得具有不同水合物饱和度储层的波形记录和波场快照,并获得不同时间点和饱和度条件下的储层速度,对比分析实验模拟与数值模拟获得结果的异同。研究表明在3种模拟条件下获得的不同时刻的含水合物储层声速对应关系良好,数值模拟结果很好地印证了实验室模拟实验的结果,表明在实验室内进行相应物理模型的岩石物理模拟实验具有可行性。将实验模拟与数值模拟结果同野外探测数据对比分析,具有一致的变化趋势,表明物理模拟实验和数值模拟结果对野外勘探数据分析具有重要的指导意义。     

非保温保压采集深海天然气水合物原位样品的外观与保存状况研究

因为取样时未使用保温保压工具,所以通常情况下采集到的天然气水合物样品在被放入液氮罐冷藏之前,必定已经发生了部分分解;具有代表性意义的ODP 204取得的样品85％分解了,且转变成六方晶体冰。因此,分析描述天然气水合物分解的状况、外观和特征十分必要。综述了利用可确定天然气水合物中冰、水合物和其他矿物相对数量以阐明其保存程度的同步加速X光衍射（XRD）技术和可在低至几十纳米分辨率条件下对样品进行详细观测的低温扫描电镜技术进行非保真采取水合物样品外观和保存状况研究的概况,包括Ⅰ型结构水合物及孔隙横截面均为六边形和亚微米级孔隙区域到密集孔隙区域特征等成果,指出取心时水合物分解耗热,是吸热反应并导致分解释放水同步冻结;同时气体膨胀和气体脱溶也形成冰;这类样品中天然气水合物周围小区域内温度很低并在局部成冰,水合物实现自我保存,这一特性允许天然气水合物在稳定正常的温压条件以外存在一段时间,对于天然气水合物商业储运具有重要意义,但是,多数情况下水合物还是分解了。在“水合物海脊”,样品含天然气水合物量仅少数超过15％,极少数达到70％,只有在原位状态为大块状的天然气水合物中,才可以用肉眼观察到高含量的天然气水合物组分。     

海床表层软土对宽浅式筒型基础承载特性影响研究

近海海床表层多为软黏土或淤泥质土,为探究海床表层软土对海上风电宽浅式筒型基础承载特性的影响,以中国广东某海域风电场为背景,通过有限元分析的方法,研究竖向、水平、弯矩荷载作用下软土层厚度和土体强度对基础极限承载力、破坏模式以及筒基土压力分布的影响。研究结果表明:当软土层厚度小于H/2(H为筒裙高度)时,单向荷载作用下宽浅式筒型基础极限承载力随软土层厚度的增加呈线性减小的趋势;当软土层厚度大于H/2后,承载力降低速率逐渐增大。表层软土的存在,使得塑性区范围缩小,软土层内土体塑性破坏更加明显。竖向荷载作用下,随软土层厚度的增大,筒顶承载先减小后增大,筒内侧摩阻力先增大后减小;水平荷载和弯矩作用下,筒侧被动土压力的降低是引起软土覆盖地基中基础承载能力降低的主要因素。     

不同特性阻抗参数对深海走航投弃式剖面仪传输信道影响的分析

深海走航投弃式剖面仪由于信道的时变特性,严重影响信号传输的准确性,成为深海走航投弃式剖面仪进一步发展的难题。针对该类信道进行了深入分析,首先提出了信道模型的建立方法,建立了准确的信道模型传递函数,并在此基础上,讨论了在3 000 m长传输线下,不同特性阻抗参数对信号传输性能的影响。通过分析可知:(1)在负载端使用大电阻可以极大地降低水上线轴电感量变化对信号的影响,最佳电阻取值为10 MΩ;(2)通过提高水下线轴电感量的方法可以提高信道相位延时的稳定性,从而提高DPSK信号解调的准确性;(3)为了让负载端获得稳定的幅值增益,要减小分布电容的数值,在信道中加入容性元件会降低信号幅值的稳定性,降低信号的传输质量。通过本文的分析,可以进一步明确对该特殊信道阻抗匹配方法,优化信道硬件电路模型,加快走航投弃式剖面仪向深海进军的步伐。     

天然气水合物赋存区甲烷渗漏活动的地球化学响应特征

综述了天然气水合物赋存区甲烷渗漏活动的地球化学响应指标的研究进展,分析了应用单一指标识别甲烷渗漏活动各自所存在的问题,包括浅表层沉积物孔隙水中CH_4、SO_4~(2–)、Cl~–等离子浓度随深度的变化;浅层沉积物全岩W_(TOC)(W表示质量分数,TOC表示总有机碳)和W_(TS)(TS表示总硫)之间的相关性及比值;自生碳酸盐岩δ~(13)C和δ~(18)O;自生矿物重晶石、黄铁矿、自生石膏的δ~(34)S;有孔虫壳体和生物标志化合物的δ~(13)C等。结果表明孔隙水中的CH_4、SO4_~(2–)浓度及溶解无机碳的碳同位素组成可以用来识别目前正在发生的甲烷渗漏活动;而沉积物中的WTS、自生矿物的δ~(34)S、钡含量及其异常峰值和生物标志化合物的δ~(13)C等指标的联合使用可以更真实准确地反映地质历史时期天然气水合物赋存区的甲烷渗漏活动。因此,在实际研究过程中,可将孔隙水和沉积物两种介质的多种指标相结合。随着非传统稳定同位素(Fe、Ca、Mg等)和沉积物氧化还原敏感元素(Mo、V、U等)等研究的发展,甲烷渗漏活动地球化学响应指标的研究也将得到拓展,而多种地球化学指标的联合使用将为天然气水合物勘探及其形成分解过程识别研究提供重要的科学依据。     

多孔介质中不同饱和度天然气水合物的分解特性研究

开采天然气水合物对缓解世界能源危机、解决中国天然气资源短缺问题具有重要现实意义。降压法是开采天然气水合物一种较为简单、安全、有效的方法,但是目前对水合物饱和度较高条件下的降压分解特性缺乏深入认识。在多孔介质（石英砂）体系开展了天然气水合物的生成与分解实验,研究了3种不同水合物饱和度（38.1%、42.1%、46.4%）条件下的水合物降压分解特性,分解压力分别为2 MPa和3 MPa。实验结果表明：2 MPa对应的产气速率较高,但是模拟储层温度会降至冰点以下,在实际水合物开采中会引起冰堵,阻碍水合物进一步分解。当分解压力为3 MPa时,在0～2 h内,随着水合物饱和度增加,产气速率减小;从2 h到水合物分解结束,水合物饱和度越高,产气速率越高;在降压阶段,不同饱和度水合物的储层温度（T1、T2、T3）快速下降且最低温度相似;在恒压阶段,不同饱和度水合物的储层温度开始回升,水合物饱和度越高,储层温度波动越大,并且恢复至实验设定温度需要的时间越长。研究结果将为水合物试采过程防止冰堵现象发生、提高气体回收率提供重要的理论参考。     

南海北部荔湾3区块天然气水合物分布特征及目标识别

针对天然气水合物钻探与取样难以解决的水合物矿体空间展布等问题,利用白云-荔湾凹陷高密度分析重新处理的三维地震资料,首先基于模糊数学的多属性融合技术对水合物分布进行刻画;再通过高分辨率速度场对浅层开展高分辨率宽频无井反演技术,提高了水合物层分辨率;最后,利用岩石物理方法及多种模型对水合物饱和度进行定量预测,实现了对5～6m厚水合物层的有效辨别,进而形成了一套适合于孔隙充填型的水合物矿藏目标识别评方法。结果表明:应用该技术可有效对荔湾3水合物富集区第四条带水合物空间刻画,揭示出该区水合物饱和度最高可超40%,同时薄层与厚层水合物具有明显互层分布特征,在水合物矿体刻画及饱和度预测基础上,进一步对该区实施了井位优选,该方法预测的水合物层与实际钻探H1和H2站位吻合较好。这些结果说明常规三维油气地震数据在经过宽频处理后可应用于高分辨率水合物勘探,节约经济成本,同时提高了常规地震在水合物勘探中精度与实用性。     

南海北部水道活动引起的不同类型滑塌体对应的水合物赋存模式

2015~2016年在神狐新钻探区钻遇大量水合物岩心,证实南海北部神狐新钻探区具有较好的水合物成藏环境和勘探前景。结合2008~2009年该区采集的地震资料,我们对晚中新世以来细粒峡谷的沉积特征及其相应的水合物成藏模式进行了分析。通过对大量地震剖面进行解释,发现该区峡谷两侧的隆起上发育大量的滑塌体。本文通过岩心粒度分析,地震相识别分析和水合物测井响应分析等手段综合识别出对水合物成藏有控制作用的三种类型的滑塌体：原生滑塌体、峡谷切割滑塌体、和同生断裂滑塌体。结合沉积速率、流体流速分析和峡谷迁移等沉积学要素对滑塌体成因进行分析,认为峡谷切割滑塌体由于后期峡谷迁移对前期滑塌体切割形成的、同生断裂滑塌体是由于隆起区基底不平引起差异性沉降而形成的。不同类型的滑塌体发育位置不同：原生滑塌体常发育在隆起中坡度较缓的区域、峡谷切割成因滑塌体常发育在不定向迁移的峡谷两侧、同生断裂滑塌体常发育在隆起中坡度起伏较大的区域。三种类型滑塌及其相应的水合物成藏模式不同,其中原生滑塌体有利于水合物成藏,而另外两种类型的滑塌体由于其不能对自由气进行有效封堵而不利于水合物成藏。根据三种滑塌体对水合物成藏的响应指出在粗粒的含有孔虫粉砂岩储层上,覆盖细粒的泥岩对自由气进行封堵有利于水合物成藏,并且多层的泥岩覆盖是造成水合物稳定带中水合物多个分层成矿现象出现的原因。     

长江口夏季水体磷的形态分布特征及影响因素

根据2006年7月至9月"海监49号"科学考察船夏季航次的调查数据,分析了长江口及邻近海域水体中磷形态的平面分布特征及其影响因素,结果表明,调查海域水体各种形态磷平均浓度均为底层高于表层,并呈现出由河口向邻近海域降低的趋势.杭州湾及最大混浊带部分区域水体中以颗粒态磷为主,且颗粒态无机磷为磷的主要存在形态;长江口门及江苏东部近海区域水体中以溶解态磷为主,溶解态无机磷为磷的主要存在形态;舟山群岛东部外海区表层水体以溶解态磷为主,溶解态有机磷为磷的主要存在形态,而底层水体中溶解态磷浓度略高于颗粒态磷,以溶解态无机磷为磷的主要存在形态.水体中颗粒态无机磷与颗粒态有机磷、颗粒总磷与总磷、总磷与悬浮颗粒物均呈非常显著的正相关,说明悬浮颗粒物是颗粒态磷的主要影响因素.调查海域外海区域绝大部分站位水体中溶解态无机磷表层浓度接近或小于浮游植物生长限制的动力学最低阈值,是磷限制或潜在的磷限制区域.     

南海北部台西南盆地973-4岩芯碳的地球化学特征

对南海北部台西南盆地天然气水合物潜在区(973-4岩芯)碳的形态、含量和稳定同位素组成进行了分析,并探讨了成岩环境因素和细菌种群与碳地球化学行为的关系。结果显示:(1)TOC含量为0.4%~1.3%,δ~(13)CTOC为–26.7‰~–23.9‰,说明973-4岩芯主要为陆源有机质,能够满足微生物产甲烷的需要;DIC和δ~(13)CIC的垂向变异及其显著负相关,指示:973-4岩芯560~890 cm深度段有SO42–驱动的AOM反应。(2)p H、Eh、沉积物粒径等成岩环境参数与TOC、IC、δ~(13)CTOC、δ~(13)CIC等碳地化参数显著相关。(3)细菌种群与DIC、δ~(13)CIC显著相关。结论认为:(1)973-4岩芯碳的地化行为与天然气水合物成藏存在明显响应关系。(2)成岩环境参数的垂向变异与碳的地球化学特征密切相关。(3)细菌种群对碳的地化参数变异有着显著影响。     

Seismic character of gas hydrates on the Southeastern U.S. continental margin

Gas hydrates are stable at relatively low temperature and high pressure conditions; thus large amounts of hydrates can exist in sediments within the upper several hundred meters below the sea floor. The existence of gas hydrates has been recognized and mapped mostly on the basis of high amplitude Bottom Simulating Reflections (BSRs) which indicate only that an acoustic contrast exists at the lower boundary of the region of gas hydrate stability. Other factors such as amplitude blanking and change in reflection characteristics in sediments where a BSR would be expected, which have not been investigated in detail, are also associated with hydrated sediments and potentially disclose more information about the nature of hydratecemented sediments and the amount of hydrate present.Our research effort has focused on a detailed analysis of multichannel seismic profiles in terms of reflection character, inferred distribution of free gas underneath the BSR, estimation of elastic parameters, and spatial variation of blanking. This study indicates that continuous-looking BSRs in seismic profiles are highly segmented in detail and that the free gas underneath the hydrated sediment probably occurs as patches of gas-filled sediment having variable thickness. We also present an elastic model for various types of sediments based on seismic inversion results. The BSR from sediments of high ratio of shear to compressional velocity, estimated as about 0.52, encased in sediments whose ratios are less than 0.35 is consistent with the interpretation of gasfilled sediments underneath hydrated sediments. This model contrasts with recent results in which the BSR is explained by increased concentrations of hydrate near the base of the hydrate stability field and no underlying free gas is required.     

南海北部水合物富集区水道特征对比与成因分析

天然气水合物作为现今乃至未来的重要清洁能源之一,其沉积环境和成矿条件的研究一直是国内外地质学家关注的热点问题,我国2007年、2013年及2015年已先后在神狐、和东沙海域多次成功钻获了天然气水合物实物样品。由此南海北部陆坡成为探讨天然气水合物沉积成因与成矿条件的重要试验区。然而,南海北部陆坡区的神狐、东沙及琼东南三个海域均有不同程度的天然气水合物发现,其各自的水深、沉积特征、气源成因及水合物成矿条件各有特点。本文利用地震沉积学原理,结合不同沉积相和沉积演化和古地貌、海平面变化和构造运动等因素,识别出不同类型的地震相。通过对比南海北部陆坡区域的水道系统的MTDs,认为其发育位置、展布和控制因素的不同影响了沉积展布。其中东沙区域位于近物源的上陆坡,神狐区域位于正常的缓陆坡区域,琼东南区域位于远离物源的海底平原区域。并且,水道系统可以分成侵蚀型,侵蚀-加积型和加积型,MTDs也可以分成头部拉张型,中部过渡型和趾部挤压型。     

南海北部陆坡深水区浅层天然气藏特征

南海北部陆坡深水区的浅层天然气藏是一种伴随天然气水合物的新型油气藏, 具有埋藏浅、规模大的特点, 其埋藏深度一般小于300m。浅层天然气藏由深部裂解气沿断裂上升被天然气水合物封盖而形成, 识别似海底反射(BSR)是寻找浅层天然气藏有效方法。浅层天然气藏的气源主要有热解气、生物气和混合气, 陆坡张性断裂是气体运移的主要通道, 水合物下部的砂层是浅层天然气藏的主要储集层, 水合物层则是封盖层。从南海发现的天然气水合物分布特征看, 浅层天然气藏在陆坡深水区广泛分布且气藏厚度大, 潜在资源量非常可观, 是一种新型的开采成本相对低廉的油气藏。