海洋天然气水合物开采潜力地质评价指标研究:理论与方法

中国南海北部大陆坡具有良好的天然气水合物(以下简称水合物)资源前景,但目前还没有针对海洋水合物藏开采潜力的地质评价指标,无法对水合物藏进行简单高效的开采潜力评价预测。为此,重点分析了与产气潜力密切相关的地质参数(水合物层的孔隙度,水合物初始饱和度,储层渗透率,导热系数,储层上、下盖层的渗透性,储层的初始温度和初始压力)对产气潜力的影响情况。结果发现,在其他条件和参数不变的情况下:①水合物储层孔隙度越大,水合物分解产气速率越快;②水合物饱和度越高,初始产气效率较低,但总体产气开发效益较高;③水合物储层绝对渗透率越大,水合物分解和产气效率越高;④水合物储层导热系数对水合物分解产气效率影响不大;⑤盖层的存在有利于提高水合物的分解效率和气体的长期稳定生产;⑥水合物储层初始温度越高越有利于水合物快速分解;⑦当地层初始压力越高且离水合物相平衡边界越近时,水合物藏产气开发效率也越高。在此基础上,提出了水合物开采潜力地质评价指标研究的目标、内容、技术路线和方法。

天然气水合物新型动力学抑制剂抑制性能研究

提出了一种组合天然气水合物动力学抑制剂GHI1（聚乙烯吡咯烷酮（Inhibex157）与二乙二醇丁醚按1：1的质量比组合而成）．在温度为4℃、压力为8．5～9．0MPa下的1．072L反应釜内，采用定容法，通过反应引起的温度和压力变化，研究了GHI1对天然气水合物形成的抑制性能，比较了不添加抑制剂、添加商用抑制剂Inhibex501、添加GHI1以及Inhibex157后的水合物大量生成时的温度变化，并分析了添加Inhibex501和GHI1后水合物大量生成时的时间，探讨了组合抑制剂的抑制机理．研究结果表明：在天然气和水的反应体系中添加质量分数w为0．5％的GHI1后，天然气水合物生成的平均引导时间为4800min，不添加抑制剂几乎没有引导时间，添加w为0．5％的Inhibex501后，水合物生成的平均引导时间为2100min，只添加w为0．5％的Inhibex157，平均引导时间为650min；机理分析认为GHI1中的Inhibex157主要阻止天然气分子进入水合物笼，而二乙二醇丁醚则阻止水分子进一步形成水合物笼．

南海北部神狐海域天然气水合物成藏演化分析研究

南海北部陆坡具备天然气水合物成藏的基本地质条件,神狐海域天然气水合物是当前我国海洋天然气水合物勘探开发研究的重点靶区.然而,神狐海域水合物集中分布在水合物稳定带的底部薄层中,饱和度高,其水合物特征与典型的低甲烷通量控制的水合物分布有很大差异,对其成藏机理和控制因素尚不明确.本文构建了针对神狐水合物成藏过程的一维动力学模型,模型包括沉积压实作用、甲烷溶解度、以及水合物生成和沉积体渗透率,模拟计算的主控参量为海底沉积速率和水流通量,在孔隙水中甲烷浓度一定的情况下,水流速率决定了溶解甲烷的迁移速率和稳定带中甲烷的供给速率,并以此模型计算了神狐海域水合物聚集成藏的动力学过程.模型讨论了特定沉积速率和水流通量条件下水合物成藏与分布特征,并与实际观测数据进行比较研究.研究发现,基于当前沉积速率和水流通量条件模拟的水合物形成演化过程,与神狐海域实际水合物分布特征存在很大差异,但在假定系统中水合物饱和度初值达16～20%时,模拟的水合物饱和度分布特征与观测数据吻合,并因此推测在早期地质历史上,神狐海域存在更加丰富的甲烷水合物,当前的水合物分布特征是在对早期水合物继承基础上发展而成的,而且神狐海域水合物含量正逐渐减少.

南海北部无明显BSR地区天然气水合物识别研究

似海底反射(BSR)作为海域天然气水合物的重要地震识别标志之一,已得到广泛认同.然而,科学钻探证实,天然气水合物和BSR之间并不具有严格对应关系,即存在水合物的地区却并不一定存在BSR.本文在分析BSR与天然气水合物非充分必要对应关系及其原因的基础上,着重对无明显BSR地区天然气水合物的地震识别方法和应用进行研究.对经钻探证实的存在天然气水合物的神狐海域地震资料进行处理分析后发现,含水合物沉积层具有层速度相对较高、高波阻抗、瞬时高频等特征,且层速度反演、波阻抗反演和瞬时属性分析等方法能有效识别无明显BSR区域的天然气水合物.最后,综合利用这些识别方法,应用于琼东南盆地无明显BSR地区的天然气水合物地震识别,取得了较好的效果.

陕北某气田天然气水合物形成条件实验研究

利用可视化高压流体测试装置对陕北某气田天然气在-11~20℃的温度范围内水合物的形成条件进行了测定。实验结果表明压力的对数lgP与温度t呈线性关系,在-11^-1.8℃和-1.8~20℃范围其斜率不同。另外还比较了气田试产井采出水和纯水2个体系的天然气水合物生成条件,结果显示含盐溶液水合物生成的温度降可用冰点降来确定,同时给出了该气田天然气水合物形成条件的计算方法。

天然气水合物储运技术研究进展

近年来,天然气水合物储运技术引起了广泛的关注,并得到了快速发展。文章首先介绍了天然气运输的多种方式,进而分析了常见天然气储运方式的物理特性及其经济性,接着着重介绍了天然气水合物的基本特性、天然气水合物储运的基本原理和技术路线,分析了天然气水合物制备技术、储存技术和分解技术等的特点,最后概述了提高水合物储气效率的措施和相关研究进展等。此外,还对天然气水合物储运技术的应用前景进行了展望。

南海北部陆坡天然气水合物研究进展(英文)

综合调查已揭示了一系列显示南海北部陆坡存在天然气水合物的地质、地球物理和地球化学指标。结果表明两类天然气水合物系统即低通量扩散型水合物和高通量渗漏型水合物共存于南海北部陆坡,特别是东沙海域和神狐海域。天然气水合物钻探航次获得的资料为进一步理解神狐海域和东沙海域的天然气水合物系统提供了基础。钻探结果证明强似海底反射往往与低饱和度的含天然气水合物沉积物薄层联系在一起;高饱和度的天然气水合物一般不需要与地震剖面上识别的似海底反射对应,而与气体渗漏和断裂构造等特征相关。地球化学资料显示神狐海域和东沙海域的天然气水合物气源主要为微生物成因气。神狐海域钻探证实的天然气水合物分布区具有160亿立方米的甲烷地质储量,在目前天然气水合物开采技术和工艺条件下,开采具有较大困难,有待于开发更为先进的技术。随钻测井资料显示东沙海域浅部存在中等–高饱和度水合物,而深部水合物稳定带底界上方存在低饱和度天然气水合物。南海北部陆坡天然气水合物有待于深入探究其赋存状态、饱和度、储层特性和资源前景。

考虑热传导开采天然气水合物藏的可行性研究:以南海神狐海域为例

天然气水合物作为一种新型替代能源,如何有效开发成为当前研究的热点,热激发被认为是除降压法外天然气水合物开采的另一重要途径;然而,目前对于天然气水合物热开采效率及其经济可行性仍没有清楚的认识。本项研究构建了天然气水合物注热开采的模型,该模型经过理想简化,忽略了开采过程中热对流和压力差的影响,只考虑热作用对水合物分解的影响;进一步计算了水合物注热开采的热消耗效率和天然气的能量效益、可研究水合物开采的最大产出效率。通过对南海北部神狐海域天然气水合物藏特征以及钻井取心相关重要参数的研究,计算了天然气水合物的注热开发潜力,并通过相关参数的敏感性计算和分析研究,论证了神狐海域天然气水合物注热开采效率和可行性。研究结果显示,神狐海域水合物藏的单位长度生产井段3 a的最大累积产气量为509 m3,远低于工业开发标准。水合物热激发分解速度缓慢,注热开采水合物生产成本较高,经济效益低下;因此,基于热传导开采南海神狐海域天然气水合物不具备工业应用的可行性。

深水沉积体系研究进展及其对南海北部陆坡区天然气水合物研究的启示

近年海域天然气水合物勘探和研究表明,水合物的形成、聚集和分布往往与浅层深水沉积体之间存在紧密联系,随着深水观测和钻探技术的提高以及高分辨三维地震资料的使用,深水沉积体系研究进入了一个快速发展的阶段,在水合物远景区域内对浅层深水沉积体进行精细刻画已成为海域天然气水合物勘探的热点和难点。通过分析国内外深水沉积体系研究现状,从浅层深水沉积体与海域天然气水合物的关系入手,对现有研究方法和手段、深水沉积体的发展趋势进行总结和分析,结合南海北部陆坡天然气水合物勘探研究现状和存在问题,提出应该在浅层深水沉积体发育类型和沉积背景、浅层深水沉积体的内部构成和空间分布、以及浅层深水沉积体与水合物耦合关系等三方面加强研究,以期为我国海域天然气水合物勘探和研究提供参考。

海域天然气水合物钻探研究进展及启示:储集层特征

本文基于世界范围内天然气水合物勘探的研究成果,系统回顾和总结了含水合物的沉积体类型,即水合物的储集体。根据水合物的实际分布和产出特征,将水合物藏划分为非渗透的细粒泥质沉积物中浸染状水合物、含裂隙的细粒泥质沉积物中裂缝充填型水合物或结核结壳型水合物、流体喷口附近海底浅表层水合物、粗粒砂质沉积物中孔隙充填型水合物四类。其中细粒沉积物孔隙度较小,渗透率较低,水合物饱和度低,开采难度大;流体喷口附近浅表层水合物分布范围十分局限,开采风险大;裂缝充填型水合物的分布主要受活动断层或微裂隙的控制,其形成机制和原位资源量仍不清楚;粗粒沉积物孔隙度较大、渗透率较高、水合物以高饱和度的孔隙充填型为主,矿体展布集中、开采难度较小。根据水合物原位资源量和开采难度,它们分别自下而上位于水合物资源金字塔的底部到顶部。以水合物油气系统思想为指导,寻找砂体中的水合物藏是现在和将来水合物勘探的重要方向之一。

海域天然气水合物钻探研究进展及启示(I):站位选择

本文通过对国外海域天然气水合物钻探的调研，选取布莱克海台、水合物脊、墨西哥湾、日本南海海槽、韩国郁龙盆地、印度大陆边缘等区域，从水合物站位选择目的和站位选择依据这两个方面进行归纳总结和系统对比。研究指出，根据水合物的实际产出和赋存，可将其划分为两大类型：赋存于海底浅表层的水合物（一般在海底之下100m范围内）和赋存于海底之下中一深层的水合物（一般在海底之下100～400m范围内）。前者的主要识别依据为海水异常、含气流体运移通道和异常地形地貌特征，而后者的主要识别依据为地球物理异常反射特征、含气流体运移通道和有利沉积体。因此，如果将水合物的形成、聚集和分布比喻为一个有机的整体，那么“运”和“聚”就构成了这个系统的“骨骼”和“血液”，它们将控制远景区内的水合物分布。将“水合物识别标志”、“有利沉积体展布”和“流体运移通道”三者有机地结合在一起，可以达到更准确地预测和描述水合物矿体的目的，这是今后海域水合物钻探站位选择依据的主要发展方向。

天然气水合物资源量估算研究进展及展望

天然气水合物资源量对天然气水合物在能源和环境中的地位与作用极为重要,本文综述了40多年来世界各国学者对全球天然气水合物资源量的研究成果,将天然气水合物资源量的估算研究分为三个阶段:初始阶段(1970s^1980s早期);发展阶段(1980s^2000s早期);理性阶段(2000s~目前)。研究认为:随着天然气水合物勘探开发研究程度的加深,从一个阶段到另一个阶段全球天然气水合物中甲烷量估算值至少降低了一个数量级,天然气水合物实际样品的获得使得水合物资源量估算方法日趋完善,估算参数更加接近实际地质情况,估算值更加趋于理性,目前反映全球海底天然气水合物资源量的合理范围为(1~3)×1015 m3。

天然气水合物开采过程中出砂研究现状

天然气水合物是一种未来潜在清洁能源,在大陆永久冻土带和海洋环境中储量巨大。然而,在天然气水合物开采过程中不可避免地出现砂砾随着流体进入井筒采出的现象,制约天然气水合物的安全开采。本文介绍了各天然气水合物开采现场的出砂情况及危害,总结了国内外水合物开采出砂的研究现状,分析水合物出砂研究的难点及我国的挑战。分析结果表明,天然气水合物开采出砂不仅与其自身分解特性有关,还与其赋存储层的沉积物有关。对水合物出砂以及防砂提出了具体的研究思路及解决办法,为未来天然气水合物安全开采提供参考和建议。

海洋天然气水合物开发产能及出砂研究

海洋天然气水合物多分布在深水非成岩储层,其开采过程中易出现泥砂运移(出砂)的情况且难以避免,然而出砂条件下的水合物产能估算偏差较大。本文通过室内海洋水合物降压开采出砂实验数据和海洋水合物试采公开资料,首次推导了出砂条件下现场尺度海洋水合物储层产能情况:在相当于1200 m水深覆压、30.5 m厚的水合物细砂储层和7寸垂直井不防砂的情况下,得到最大产气速率4.63~14.1 m^3/s,折合40.01×10^4~121.84×10^4 m^3/d,综合出砂率0.16%~10.74%;泥质储层在不防砂垂直井和水平井单个半径12 mm射孔下,其最大产气速率达到79.95×10^4 m^3/d和170 m^3/d,但其综合出砂率是灾难性的。由于时空限制,产气速率、综合产能和出砂率还有很大提升空间,在平衡综合出砂率(控砂精度)和产气效率(产能)的情况下,有望达到产业化规模。本研究为合理估算出砂条件下的海洋天然气水合物产能提供支撑。

天然气水合物开采中冲缝管套冲蚀研究

为准确预测天然气开采中筛管保护套的冲蚀磨损速率和使用寿命,首先,根据储层及完井方式特征,建立冲缝管套筛缝流道模型;其次,利用离散相模型(DPM)模拟砂粒在气、液混合流体中对冲缝管套的冲蚀破坏过程,分析气、液和固三相流作用下筛缝壁面冲蚀速率随流体流速、含砂体积分数、液相体积分数和开口高度的变化规律;最后,根据筛管冲蚀情况,推导出基于最大冲蚀速率与允许冲蚀宽度的冲缝管套寿命预测模型,预测筛管寿命。研究结果表明:冲缝管套结构中最大冲蚀速度区域为筛缝底部边缘;管套的冲蚀速率随流速增加呈现指数增长趋势,随颗粒体积分数和液相体积分数增加呈线性增长趋势;管套预测使用寿命在速度增加的初始阶段下降明显,液相体积分数和颗粒体积分数增加及开口高度减小都造成使用寿命下降;减小开口高度引起筛管整体的过流面积降低,缝口处流速增大,导致筛管的冲蚀磨损更剧烈,使用寿命减小。

含天然气水合物硬岩体系介电常数实验研究

含天然气水合物沉积物的介电常数是水合物资源勘探开发过程中的重要参数。祁连山冻土区钻探表明水合物储集层多属致密型岩石类型,因此无法精确定位水合物储层及估算资源量,探地雷达及介电测井成为重要的备选方案。本文设计并建立含水合物岩心介电常数测试系统,对祁连山水合物钻探区DK-8井岩心样品进行实验。结果表明,含水合物砂岩样品的介电常数与外加电场的频率相关,即介电常数总趋势是随频率增高而减小,而在低频端出现高值,介电常数与频率呈现指数关系,含水合物砂岩的实验结果符合岩石介电常数规律。同一岩石样品,含水合物岩石的介电常数介于饱水岩石和干岩石介电常数之间。在气饱和条件下,同一岩石孔隙中较高介电常数的极化水转化为较低介电常数水合物导致含水合物岩石介电常数低于饱水岩石;但是水合物的介电常数高于空气的介电常数使含水合物岩石的介电常数高于同一块干岩石的介电常数,说明岩石中水合物增大了岩石的介电常数。含水合物样品在10~40MHz频段存在频散特性;频率高于50MHz,频散特性变弱,介电常数变化很小。

玻璃珠表面上冰生成天然气水合物过程研究

在温度0-、3-、5-、10℃,初始压力5MPa的条件下,采用降压法研究了直径分别为2、3、4mm的玻璃珠表面上冰生成天然气水合物的过程,结果表明在同一温度下,随着玻璃珠表面冰量的增加反应时间变长,转化率下降。在玻璃珠粒径相同时,随着温度的降低反应时间变长,转化率下降。提出了宏观的敛核生成动力学模型,计算了天然气水合物生成的活化能△E=84.16kJ/mol。

南海北部陆坡神狐海域天然气水合物成藏的流体运移体系

通过新近纪断裂体系和底辟构造特征综合分析认为,底辟构造、高角度的断裂和垂向裂隙系统构成了南海北部神狐海域天然气水合物成藏的主要流体运移体系.神狐海域断层发育,可分为晚中新世活动的NW(NNW)向断层和上新世以来活动的NE(NNE)断层两组.NE向断层活动强度小,规模大,从下至上切穿上新世以来沉积层,组成高角度断裂和垂向裂隙系统.底辟构造在地震剖面上呈直立的、上小下大的烟囱状通道,局部横向扩张呈囊状、花状,形成大型的反射模糊带.底辟构造的发育在上覆沉积层产生了树枝状、似花状组合形态的高角度断裂和垂向裂隙系统,构成了良好的流体运移通道和疏导体系.当富含甲烷气体的流体通过底辟构造、断裂及裂隙系统垂向或侧向运移时,在合适的温压条件下形成天然气水合物.

天然气水合物储层测井评价及其影响因素

天然气水合物储层准确识别和精细定量评价是自然界水合物开发利用和环境影响研究的基础,而地球物理测井则是除地震和钻探取心外最有效的原位识别和评价方法。电阻率和声波测井是最早应用于水合物储层识别的井内地球物理方法,由于具有较高的准确性和可靠性,二者仍是目前水合物测井的主要方式,并不断衍生出新的技术,如环电阻率、方向电阻率、多极声波测井等;同时,其他如井内成像、密度、电磁波、核磁共振等测井方法也被综合用于识别水合物储层。经过最近20年的发展,水合物系统测井方法已从单一的测井识别发展到运用各种先进的随钻和电缆测井评价复杂地质条件下水合物储层物性的阶段,初步建立了一套基于常规油气系统的水合物系统测井评价理论体系。该套体系对均质孔隙填充型砂质水合物储层具有较好的适用性,但对于非均质性泥质储层(如裂隙、薄层、互层、富泥质)及胶结或骨架支撑形式的水合物储层应用会产生较大的误差。此外,钻井过程中井眼冲蚀和钻井液侵入等外部因素也会影响水合物测井识别和评价结果。通过了解不同测井方法及其最新的研究进展,认为未来水合物测井技术的发展应侧重提高水合物地层识别和评价的准确性,开发复杂条件下水合物储层岩石物理模型,并综合利用地震、测井、岩心分析等方法修正所建立的岩石物理模型和校正实际的测井结果。

南海南部天然气水合物稳定带厚度及资源量估算

为了估算南海南部天然气水合物资源量,文章分析了中外科学家的研究成果,认为南海南部具有天然气水合物形成、发育的有利条件:发育的沉积盆地、有利的水深和充足的物源供应,地震剖面揭示的BSR、泥底辟和断裂构造等印证了这一点;同时利用相关的计算公式,对南海南部4个重点区域的水合物稳定带厚度进行了计算,并在此基础上对南海南部的水合物资源前景进行了预测.结果表明,4 个研究区域内的绝大部分海域具有天然气水合物形成的温度、压力条件,水合物稳定带厚度67～833 m.各个海域差异较大,南海南部水合物体积及甲烷资源量分别为2.32×1013m3和4.78×1015m3.