水合物直井与水平井产气效果分析——以神狐海域SH2站位为例

以现有的南海神狐海域SH2钻孔资料为基础,建立起了与试采站位类似的“水合物层—游离气层”成藏模型,利用TOUGH+Hydrate数值模拟软件,对开采井内产气的来源问题做出了定量解释;分别使用直井和水平井降压开采方式,对“水合物层—游离气层”的储层进行了产气效率、储层开采程度方面的比较。结果表明:1)对研究工况,使用直井降压开采时,前100d内井内气体有16%是直接来源于下部游离气层,且仍有很大部分游离气是向上迁移至水合物层中后产出,最终游离气层的贡献可达40%左右;2)直井开采易生成二次水合物,而使用水平井开采时,游离气的向上迁移会带动更深层热液的向上运动,能在很大程度上提高水合物分解速率,并能够防止二次水合物的形成;3)对研究工况中的“水合物层—游离气层”储层进行长期开采时,水平井降压开采更具应用前景。

黄土迁移入海后动力特性的试验研究

黄土研究在我国国民经济建设中具有重要的学术价值,但其入海后工程力学性质变化如何,是目前研究尚待解决的重要问题.在黄土入海堆积形成的现代黄河三角洲采集沉积物样品,在均等固结条件下,采用应变破坏标准,开展系列动荷载作用下的固结不排水循环三轴强度试验;获得不同动荷载下的动应变、动孔隙水压力发展曲线,建立孔隙水压力增长模型;并探讨了其孔压及动强度特性较陆地黄土的变化.研究结果表明:黄土迁移入海后,在动荷载作用下,沉积物样品的应变与孔隙水压力发展不同步,孔隙水压力最终稳定,应变则不断发展;土样发生破坏时孔压未完全达到围压,主应力也未完全减小为零;黄土迁移入海后孔隙水压力发展与陆上黄土类似,同样可用一个五级多项式表示;黄土在迁移入海后其动强度增强.研究成果对黄河三角洲动力地质灾害的预防具有指导意义.

水合物储层工程地质参数评价系统研发与功能验证

海洋天然气水合物储层的工程力学参数对准确评价水合物开采过程中的工程地质风险至关重要。静力触探和十字板剪切技术结合能够获得储层原位纵向连续性良好的工程力学参数,在天然气水合物开发工程-地质一体化探测与评价方面具有巨大潜力,但目前鲜见该系列技术在水合物勘查及试采中的应用。为了摸清天然气水合物储层的静力触探参数、十字板剪切参数响应规律及影响因素,进而为水合物储层工程地质特征现场评价提供依据,自主研发了天然气水合物储层工程地质参数评价试验系统。该系统能够开展含水合物沉积物五桥静力触探测试(锥尖阻力、侧摩阻力、孔隙水压力、电阻率、摄像),十字板剪切测试,并与电阻率层析成像测试结合,解释天然气水合物储层的工程地质参数响应机理。基于该系统分别针对砂土、粉砂质黏土沉积物(不含水合物)开展了功能验证性实验,并与南海神狐海域粉砂质黏土层的现场实测数据进行比对,结果证明试验数据重复性良好,试验结果与现场实测数据有可比性,系统可靠。该系统对于验证新型水合物开发工程-地质参数一体化探测技术提供了基础平台。

海底天然气水合物开采导致的地质灾害及其监测技术

海底天然气水合物作为一种可替代能源,逐步受到学界与业界的高度关注;但因其开采可能导致地质灾害等一系列环境效应,世界各国对其开采利用多持谨慎态度。该文介绍了天然气水合物已有的试采工作:加拿大Malik Field试采、美国Ignik Sikumi试采、日本Nankai Trough试采,总结了水合物分解可能导致的海洋地质灾害:自然类地质灾害与工业类地质灾害。重点梳理了日本与美国海底天然气水合物开采对海洋地质灾害的原位监测技术,展望了未来海底水合物开采海洋地质灾害原位监测技术的趋势与挑战:压力传感器与加速度传感器在海床变形滑动监测的应用;监测数据的实时传输;海底原位长期观测的电能供应。

南海北陆架坡表面沉积物的物理力学性质初探

南海北部陆坡工程地质环境复杂,并分布有大量油气资源,对该区海底沉积物的物理力学性质的研究是不可缺少的研究工作。本文利用2015年6月于"实验3"号科考船南海北部航次获得的箱式样和柱状样样品,在室内进行了含水率、天然密度、比重、微型扭力十字板以及微型贯入试验和压缩试验,获得了该处沉积物的粒度分布特征及物理力学性质参数。研究表明,南海北陆坡架表层沉积物类型以粉砂质黏土和黏土质粉砂为主,具有较高的含水率和较低的湿密度,抗剪强度、贯入阻力、压缩性等力学性质较差。沉积物的各项土工参数随深度呈现一定规律性的变化,且沉积环境、粒度成分和沉积年代等因素对其存在一定影响。

基于参考压缩线的砂土压缩模型

等向压缩线不唯一及V-lgp空间内非线性变化是砂土压缩模型构建过程中存在的两大问题。通过分析砂土的等向压缩曲线变化特征,结合其力学特性提出了与临界状态线在0点相交并与其它等向压缩线在高压下相互汇聚的等向压缩线作为参考压缩线。采用ln(V-Vmin)-(p/pa)ξ空间内线性函数来描述参考压缩线与临界状态线。利用当前体积到参考压缩线的距离构建状态参量并建立修正函数以获取其它体积下的压缩曲线斜率。参考压缩线及弹性变形规律。基于参考压缩线建立的砂土压缩模型不仅表现出砂土在低应力段的小变形特征及高压下的近似线性关系,而且能够描述极限体积附近的低压缩性特征。模型预测与Toyoura砂等向压缩试验及循环压缩试验、弯曲元试验及共振柱试验对比结果表明,提出的砂土压缩模型不仅能够很好地描述Toyoura砂的压缩特性,而且能够较为可靠地预测砂土弹性变形趋势。

包埋法固定化对硫氧化微生物菌群结构和功能的影响

【目的】为探讨包埋法固定化过程对硫氧化菌群硫化物去除能力及菌群微生物群落结构的影响,【方法】以聚乙烯醇-海藻酸钠-活性炭为载体,对硫氧化菌群进行了固定化,并采用富含硫化物的无机盐培养基,对比固定化与非固定化硫氧化菌群对硫化物的氧化去除能力。同时,利用PCR-DGGE技术,探讨硫氧化菌群在固定化前后以及在硫化物氧化去除过程中微生物群落结构变化。【结果】在对硫氧化菌群进行固定化之后,12 h之内对硫化物的最大去除能力从1000 mg/L下降为600 mg/L。硫氧化菌群的微生物群落结构发生了明显变化,但菌群中的硫氧化菌Catenococcus thiocycli未受影响,硫氧化菌Thioclava pacifica在菌群中的地位反而得到了强化。【结论】受制于底物在载体材料中的扩散迁移效率,硫氧化菌群对硫化物的氧化去除能力在固定化之后有所下降。由于不同微生物对固定化形成的微环境的适应能力以及对载体附着能力的不同,固定化对硫氧化菌群的微生物群落结构产生较大影响。

富硫沉积生境中微生物群落的垂直分布特征

为探讨富硫沉积环境中特定微生物类群对硫循环的贡献,人工建立富含硫酸盐的模型,对模型中各种环境化学参数进行监测,并采用不依赖于培养的微生物分子生态学技术对微生物群落垂向分布特征进行解析.结果表明,以沉积物-水界面为分界线,上层水相为好氧环境,硫化物浓度较底;而沉积物相中硫化物浓度较高,为厌氧生境.微生物群落分布与环境特征具有很好的吻合性,沉积物相中微生物群落相似性较高,多样性相对较低,而水相中微生物多样性较高,且与沉积物中微生物分离距离较大.在水-沉积物垂向剖面中,细菌域中的变形菌门（Protebacteria）（丰度为7.6%～32.8%）、绿弯菌门（Chloroflexi）（13.6%～22.3%）以及古菌域中的广古菌门（Euryarchaeota）（19.3%～29.2%）是微生物群落中的绝对优势类群.在该生境中,存在微生物主导的硫循环过程,在厌氧沉积物表层,δ变形菌纲（Deltaprotebacteria）中的硫酸盐还原细菌还原硫酸盐产生硫化物,同时降解有机质.硫化物向上层扩散时,被Thiobacillus、Acidithiobacillus和Halothiobacillus等属的硫氧化微生物氧化为单质硫,并进一步氧化为硫酸盐,在硫循环过程中有机质被逐渐降解.特定微生物种群的富集需要在不同的环境因素,多种微生物共同参与硫循环过程,完成有机质降解.

含水合物砂中静力触探的数值模拟

我国南海水合物储层的主要类型为粉细砂层,天然气水合物的开发利用需要快速准确地获取储层力学特性。选用有限元软件Abaqus,采用修正摩尔-库伦模型来描述含水合物砂的刚度、强度和变形特性,并通过纯砂的等向压缩试验和含水合物砂的三轴排水剪切试验标定并验证了本构模型参数。采用任意拉格朗日-欧拉格式的大变形有限元方法,模拟了含水合物砂中静力触探的完整过程,并总结出了不同饱和度下含水合物砂中锥尖贯入阻力经验公式。在模拟过程中允许土体和网格具有不同的流动速度,有效避免了贯入过程中锥尖周围土体网格的扭曲,对此类数值模拟的研究提出了有益的建议。