海洋钻探对甲烷渗漏的影响:以南海北部天然气水合物钻探GMGS2-16站位为例

目前世界上许多国家对海洋天然气水合物开展了调查和试开采,但是对水合物开发与海底甲烷渗漏之间的关系缺乏了解。本文依托我国第二次天然气水合物钻探航次(GMGS2),对GMGS2-16钻孔开展了两次钻后甲烷渗漏调查。第一次使用水下机器人(ROV)在该孔开钻之前、钻探过程中及完钻67天内进行了4次海底观察,其中开钻之前未发现海底甲烷渗漏,而在完钻后的两次海底观察中,发现大量气泡从废弃井口冒出。第二次使用船载多波束在该孔完钻18个月后开展水体调查,发现水体中存在火焰状的高回波强度,表明水体中存在气体羽状流,指示海底发生了甲烷渗漏。地震剖面显示该站位水合物赋存层下伏游离气,甲烷渗漏可能是由于钻探打通了海底与该游离气层,形成了甲烷气体运移的优势通道,造成海底甲烷渗漏。多波束水体数据显示甲烷气泡从海底溢出,在海面以下约650m处消失,表明甲烷气体在通过水体的过程中被完全溶解,因此,钻探导致的甲烷渗漏对大气的影响较小。未来随着井壁的坍塌以及水合物在井内的形成,气体运移的优势通道将会完全关闭,甲烷渗漏终止。     

天然气水合物试采中分布式光纤测温(DTS)数据现场处理及可视化

综合运用Matlab和Origin的优势功能,实现了海域天然气水合物试采过程中DTS现场数据的快速处理和可视化。相较于传统的二维温度数据成图,采用DTS(Distributed Fiber Optical Temperature Sensor)数据可视化方法高效直观,可综合分析全井或局部温度随时间变化的趋势,有助于了解井筒内生产情况,进一步结合地温梯度曲线,可辅助判断井筒附近水合物的分解和形成,有效提高生产优化和预测的分析效率。     

南海北部神狐海域地质环境综合调查及科学意义

在南海北部神狐海域水合物活跃区域开展了一次综合的海洋地质、物理海洋和生态环境调查,10个站位分布在水深1 000~4 000 m范围内的陆坡和深水盆地区域,是南海北部油气活跃的重要区域和天然气水合物试采区域.航次主要对10个海底站位进行了表层沉积物箱式和重力活塞柱状取样.针对天然气水合物试采区域,开展了一台"海燕"水下滑翔机的海洋物理环境连续走航剖面观测.利用海底地震仪在两个站位开展了连续海底地震和微振动观测.进行了站位的分层水体和沉积物样品中微生物学实验研究.初步航次结果展示了沉积物为黏土和软泥.站位和水下滑翔机走航观测提供了水体内海洋物理环境参数变化特征.海底地震仪观测展示了研究区天然地震活动和可能与水合物活动有关的微震动和短持续事件记录.微生物学实验揭示了沉积物中的微生物细菌群落特征.      

中国南海天然气水合物第二次试采主要进展

泥质粉砂型天然气水合物被认为是储量最大开采难度亦最大的水合物储层,2017年南海天然气水合物试采,初步验证了此类水合物储层具备可开采性。在总结前次试采认识的基础上,对试采矿体进行优选、精细评价、数值与试验模拟和陆地试验,中国地质调查局于2019年10月—2020年4月在南海水深1225 m神狐海域进行了第二次天然气水合物试采。本次试采攻克了钻井井口稳定性、水平井定向钻进、储层增产改造与防砂、精准降压等一系列深水浅软地层水平井技术难题,实现连续产气30 d,总产气量86.14×104m3,日均产气2.87×104m3,是首次试采日产气量的5.57倍,大大提高了日产气量和产气总量。试采监测结果表明,整个试采过程海底、海水及大气甲烷含量无异常。本次成功试采进一步表明,泥质粉砂储层天然气水合物具备可安全高效开采的可行性。     

模拟退火法建立数字岩心的一种补充优化方案

针对传统的模拟退火建立数字岩心方法建模效率低、计算结果存在较多的孤立点等缺陷,设计了后续的补充搜索方案,定义了孔隙与骨架的边界点选取准则,提出了基于择多算子算法选取的对象点与孔隙骨架边界点交换作为新系统的生成方案.使用传统模拟退火算法对随机的初始模型优化作为第一阶段,用新系统生成方案继续优化作为第二阶段,最后减少模型中孤立孔隙点或骨架点,输出结果.试验表明,新的补充优化方案不仅可行而且效果良好.最终优化模型与传统模拟退火建模结果相比,无论是在孔隙形态还是在孔隙连通性上都与原始岩心较为接近,由反映岩石孔隙空间特征的变差函数可以看出补充搜索方案优化结果优于传统模拟退火法建模结果.     

确定天然气水合物饱和度的测井解释新方法

为了丰富和发展天然气水合物的定性识别方法和定量解释技术,研究试验了由测井资料计算孔隙水的氯离子质量浓度并确定水合物饱和度的方法。根据南海某海域水合物储层的测井特征和孔隙水氯离子质量浓度化验结果,证实了氯离子质量浓度与水合物饱和度有密切关系。利用孔隙度测井和电阻率测井资料,计算了孔隙水的氯离子质量浓度,由此确定了天然气水合物的饱和度。为了提高测井解释的可靠性,用回归方法建立了储层的孔隙度解释公式,确定了相应的阿尔奇参数m和a,用滤波和插值的方法得到了目的层的氯离子质量浓度的背景值。初步应用表明,由测井解释氯离子质量浓度计算的水合物饱和度与化验结果的平均值和分布范围都有较好的匹配。     

南海神狐海域含水合物地层测井响应特征

分析了南海北部神狐海域含天然气水合物沉积层声波速度及密度的分布特征和变化规律,并通过对比DSDP 84航次570号钻孔含天然气水合物层段测井资料,总结出神狐海域含水合物地层的测井响应规律特征:神狐海域含水合物地层存在着明显的高声波速度、低密度特征,地层密度随声波速度的变化并不是单一的反比例关系,总体趋势上随声波速度的升高而降低;含水合物地层高声波速度值主要集中在197~220 m段,饱和度值在15%~47%之间,低密度值集中在200~212 m段,分布在水合物饱和度大于20%的地层内;含水合物地层声波速度平均值为2 076 m/s,其上覆和下伏地层的声波速度平均值为1 903 m/s和1 892 m/s,所对应的地层密度值分别为1.89 g/cm3、1.98 g/cm3和2.03 g/cm3,声波速度受孔隙度和饱和度的共同影响,地层密度受水合物饱和度影响较大;从水合物上覆地层到声波速度最高值段,声波速度值增加了9.1%,相对应的地层密度值减少了4.55%,从水合物声波速度最高值段到下伏地层,声波速度值减少了8.86%,相对应的地层密度值增加了7.41%。这些测井响应特征,可用来识别地层中天然气水合物,并可以用来计算水合物的饱和度,同时结合其他地质和地球物理资料,确定水合物层的厚度、分布范围,计算天然气水合物的资源量。     

基于电阻率测井的天然气水合物饱和度估算及估算精度分析

利用电阻率测井基于阿尔奇公式能够估算孔隙空间中天然气水合物饱和度。基于神狐海域的水合物钻井(SH2站位)资料,利用密度反演的地层孔隙度与地层因子交会图,计算出估算水合物饱和度的阿尔奇常数。假定地层中水合物呈均匀分布,利用电阻率资料计算的该站位水合物饱和度平均为24%,最高达44%,水合物饱和度在垂向上具有明显的不均匀性;利用孔隙水氯离子异常估算的SH2站位水合物饱和度平均值为25%,最高值达48%,厚度为25 m。这两种方法估算的水合物饱和度基本吻合,利用电阻率资料计算的饱和度与阿尔奇常数和饱和度指数及孔隙度有关。     

晚期泥底辟控制作用导致神狐海域SH5钻位未获水合物的分析

海底泥底辟构造与天然气水合物成藏关系密切,泥底辟既能为水合物提供充分的气源物质,同时又能促使地层温度场改变进而影响水合物成藏稳定性。南海北部神狐海域SH5站位虽然BSR明显,但钻探证实不存在天然气水合物。该钻位温度剖面异常高,温度场上移,同时在其下伏地层中发现泥底辟构造和裂隙通道。根据上述事实并结合泥底辟发育各个阶段中的特点,认为泥底辟构造对天然气水合物成藏具有控制作用。泥底辟发育早期和中期阶段,低热导率和低热量有机气体有利于天然气水合物生成;而在晚期阶段,高热量液体上侵稳定带底界,导致水合物分解迁移。SH5站位很可能由于受到处于晚期阶段的泥底辟上侵而未能获取天然气水合物。