Experimental research on the mechanical properties of methane hydrate-bearing sediments during hydrate dissociation

This paper describes studies of the effect of hydrate dissociation on the safety and stability of methane hydrate-bearing sediments. Methane hydrates within the sediments were dissociating under the conditions of a confining pressure of 0.5 MPa, 1 MPa, 2 MPa and a temperature of −5 °C. After 6 h, 24 h, or 48 h, a series of triaxial compression tests on methane hydrate-bearing sediments were performed. The tests of ice-clay and sediments without hydrate dissociation were performed for comparison. Focusing on the mechanical properties of the sediments, the experimental results indicated that the shear strength of the ice-clay mixtures was lower than that of the methane hydrate-bearing sediments. The strength of the sediments was reduced by hydrate dissociation, and the strength tended to decrease further at the lower confining pressures. The secant modulus E_S of the sediments dropped by 42.6% in the case of the dissociation time of the hydrate of 48 h at the confining pressure of 1 MPa; however, the decline of the initial yield modulus E₀ was only 9.34%. The slower hydrate dissociation rate contributed to reducing the failure strength at a declining pace. Based on the Mohr–Coulomb strength theory, it was concluded that the decrease in strength was mainly affected by the cohesive reduction. Moreover, the mathematical expression of the M–C criterion related to the hydrate dissociation time was proposed. This research could be valuable for the safety and stability of hydrate deposits in a permafrost region.     

南海北部神狐区域 SH2 站位甲烷水合物成藏动力学模拟研究

南海北部神狐区域海底的高丰度水合物储层与生物成因为主的甲烷气源表明该区域很可能是一种特殊的复合型海洋水合物系统,其成藏动力学机制有待进一步的研究和澄清。建立了一个耦合沉积层地质属性-流体流动过程-水合物反应动力学的传输-反应模型,区别了两种不同类型的水合物形成(分解)动力学过程:(1)在通常情况下溶解甲烷和游离气共同形成水合物,(2)特殊情况下游离气直接生成水合物,结果表明在神狐海域热力学环境下游离气形成水合物速度比溶解甲烷快约4倍,气体含量和动力学常数比值越大生成水合物越快,而对比水合物分布的模拟结果与实测数据表明该区域水合物储层聚集和产状很可能受到了其他地质活动的影响。     

祁连山冻土区水合物DK3和DK6钻孔中微生物脂肪酸特征及意义

利用脂肪酸法分析祁连山冻土带水合物区DK3(含水合物)与DK6(不含水合物)钻孔岩心中微生物多样性。本研究获得C12到C24二十六种脂肪酸(FA),可以分成直链饱和脂肪酸(SSFA),支链饱和脂肪酸(BSFA),单键不饱和脂肪酸(MUFA),环丙烷脂肪酸(CFA)和多键不饱和脂肪酸(PUFA)五大类型,其中SSFA相对含量最高。由于特异性的脂肪酸指示特异性的微生物类群,得出两根岩心中微生物类群主要由革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌和真菌组成。运用PAST(Palaeontological statistics,version 1.21)软件对已获得的脂肪酸进行主成分分析和聚类分析,得出DK3与DK6岩心的微生物组成并无显著性差异,但是DK3岩心中含水合物层位与不含水合物层位微生物组成有差异,DK6岩心中有水合物异常的层位与无异常的层位有差异。发现C16:1和C18:1这两类脂肪酸与甲烷异常有很好的对应关系,从另一方面证明了水合物异常影响微生物组成分布。本次研究首次获得冻土沉积物中FA组成特征,丰富了FA的分布范围,研究结果扩大了真菌的分布深度,具体机理有待更多的实验证明。     

深水油气浅层钻井的“三浅”地质灾害

深水浅层钻井过程中可能遇到浅水流、浅层气以及天然气水合物层分解等3种浅层地质灾害（简称＂三浅＂）。要规避这些风险,必须需要开展浅水流、浅层气和天然气水合物成因机理、识别特征及工程危害等方面的研究。国外利用地球物理识别技术和数值模拟方法,结合深水油气钻井测井开展了这方面的研究,在＂三浅＂地质灾害的形成机理和控制因素方面取得了较为重要的研究进展。目前国内学者利用地球物理方法在南海北部深水区LW3-1大气田的周围发现了超压系统、浅层气和天然气水合物。深水水道砂体的发现也推断南海北部深水区具有＂三浅＂地质灾害发育的地质条件。随着深水油气勘探开发的不断深入,评估和预测南海北部深水钻井的＂三浅＂地质灾害十分迫切。     

南海神狐海域水合物一维速度结构研究： 基于中—低饱和度水合物区的约束

高精度OBS探测作为目前研究水合物的常用技术手段,可以获取水合物矿体精细速度结构,在研究天然气水合物饱和度、水合物资源的预测与开发等方面具有重要指导意义。然而正演模拟OBS速度结构是繁琐漫长的过程,构建合理的初始模型是后续精细结构快速成像的重要前提。本研究基于全球18个已探明地震波速度的水合物区,分析了水合物矿体内纵波速度的共性特征和影响因素,拟合了水合物矿体带纵波速度与海水深度、沉积物厚度的经验公式。综合经验公式、OBS数据与多道地震剖面,建立了神狐水合物区横向均匀初始模型,并通过射线追踪与走时拟合模拟了神狐海域的一维纵波速度结构。结果表明,神狐水合物矿体带具有高纵波速度(1.83~1.92 km/s）,游离气层具有低P波速度（1.60~1.70 km/s）,此外,基于全球的水合物速度经验公式对神狐海域速度结构模拟具有重要参考意义,有望为获取神狐海域二维/三维精确速度结构提供可靠的初始模型,进而指导水合物精细勘察与资源评估。     

天然气水合物样品带压转移装置的抓捕机构设计

在天然气水合物岩心样品的带压转移过程中,岩心衬管抓捕装置是实现样品转移的关键。岩心抓取是在岩心管内进行,属于非可视化操作过程,同时岩心样品和抓捕器都处于高压液体中,岩心衬管与岩心管之间的间隙非常小,要保证岩心样品的原位状态,对岩心抓捕装置的结构设计、精准定位、快速抓取和释放都有很高的要求。根据该装置所需实现的抓取、拖动、定位和释放功能,设计挂盘自锁和触碰解锁机构,探针抓取衬管,经过室内抓捕实验,该机构可以顺利抓捕和解卡,其结构简单,能在压力状态下进行岩心转移,加快了天然气水合物样品的带压转移装置的研究进展。     

水合物储层伺服降压开采模型试验研究

深海水合物赋存于一定的温度和压力环境下,降压开采时降压速率对分解产气速率和储层变形特性影响显著。利用浙江大学自主研发的水合物降压开采试验装置,通过伺服控制降压速率,初步开展了水合物储层模型降压开采试验,研究了储层温度场、孔压场、产气量等的响应特性,探讨了降压速率对产气效率和储层变形特性的影响规律。试验表明：水合物竖井降压开采时,开采井周围储层温度率先下降,分解域由井周逐步向周围发展。适当提高降压速率能够提高储层开采效率,但降压速率过快时易导致水合物重生成,反而不利于水合物高效持续稳定开采,开采时应选择合理的降压速率以达到最优产气效率。开采过程中根据储层孔隙与外界连通程度,储层孔隙状态可分为完全封闭型、局部封闭型和开放型3种类型。储层开采试验完成后,浅层土体出现 3 种不同变形特征的区域：I 区为井周土层,呈漏斗型下陷;II 区土层平坦,无明显扰动痕迹;III 区为边界土层,该处水气产出受阻导致部分气体向上迁移引起土丘状隆起带出现。这些变形特征与气体在储层中的迁移路径和运移模式相关。通过相似性分析,给出了模型与原型分解时间和产气量等的对应关系。     

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1674987114000668

Microbial diversity in the hydrate-containing (sites SH3B and SH7B) and-free (sites SH1B, SH5B, SH5C) sediments collected from the Shenhu area of the South China Sea (SCS) was investigated using 16S rR...     

南海北部海区海底沉积物中孔隙水的Cl~-和SO_4~(2-)浓度异常特征及其对天然气水合物的指示意义

报道了中国南海北部海区海底沉积物中孔隙水的Cl-和SO42-质量浓度的变化特征, 圈定了孔隙水中Cl-质量浓度的高值异常区。由于水合物形成过程中的排盐效应, 会使其上覆浅表层沉积物中孔隙水的盐度增高, 因此这些氯离子的高值异常区值得进一步的勘查。对孔隙水中SO42-的质量浓度分析表明, 研究区的一些站位表现出随深度增加SO42-的质量浓度梯度发生明显的变化, 计算的硫酸盐甲烷交接带SMI界面深度均在 10m左右, 与ODP164航次和ODP204航次有天然气水合物的钻孔的SMI界面深度基本吻合, 说明这些站位深部有天然气水合物存在的可能性。