祁连山冻土区天然气水合物成矿系统

根据祁连山冻土区12口天然气水合物钻孔的相关异常现象分析以及4口天然气水合物钻孔取样的有机显微组分观察与镜质体(组)反射率测定、总有机碳含量(TOC)分析、生油岩热解(Rock-Eval)分析、有机质碳同位素分析、氯仿抽提与簇组分分析,结果显示:天然气水合物气体总烃含量在59.31%~99.57%间,平均约87.00%,C1/ΣC1-5在59.91%~79.05%间,平均为71.16%,δ13 C1在-50.5‰^-39.5‰间,平均为-45.8‰,δDC1在-268‰^-262‰间,平均为-265‰,表明天然气水合物气体为有机成因,以热解成因为主,夹少量微生物成因,其中热解成因气主要与原油裂解气、原油伴生气有关;天然气水合物层段内泥岩与油页岩的有机显微组分、生烃潜量(S1+S2)、氢指数(IH)、氧指数(IO)、类型指数(S2/S3)、降解率(D)、干酪根碳同位素等特征指示泥岩有机质类型主要为Ⅱ1~Ⅱ2型,油页岩有机质类型主要为Ⅰ~Ⅱ1型,煤有机质类型主要为Ⅲ1~Ⅲ2型,泥岩、油页岩Ro平均值介于0.35%~0.78%之间,煤Ro平均值介于0.86%~1.13%之间,看出泥岩在350℃~400℃条件下或油页岩在380℃~400℃条件下所产生烃类气体在组成和同位素特征上与天然气水合物中烃类气体较为相似,进一步根据热模拟温度与镜质体反射率之间关系及镜质体反射率与古地温、埋藏深度的关系,推算天然气水合物气源岩来自约2 000m以下泥岩或油页岩;岩心顶空气体含量(μl/kg)位于149m^167m,228m^299m,321m^338m,360m^380m等深度段具异常值特征,与天然气水合物及主要异常现象产出层段基本一致,根据离断层或破碎带不同距离岩心烃类总体积百分比(vol%)、甲烷碳同位素δ13 C1值(‰PDB)及C1/C1-5,C1/ΣC2-5,C1/ΣC2-3,C1/C2,C2/C3,C2/ΣC3-4,iC4/nC4,iC5/nC5等,推断代表天然气水合物的具异常值特征的岩心中烃类气体主要由运移而来,下部断层或破碎带是主要烃类运移通道,中上部断层或破碎带可成为天然气水合物赋存空间。

南海天然气水合物成矿条件与找矿前景

天然气水合物是一种新近发现的能源矿产 ,世界各国都非常重视对它的调查研究。南海是西太平洋天然气水合物成矿带的重要组成部分 ,具备良好的成矿条件和找矿前景 ,并已发现一系列地球物理和地球化学找矿标志 ,如模拟海底反射层标志、孔隙水氯离子浓度降低标志、卫星热红外增温异常、甲烷含量异常和热释光异常等 。

南海天然气水合物的成矿远景

通过对南海的中新生代区域构造、中上新世沉积、近—现代地貌及地温条件的分析 ,结合 ODP184航次钻探成果和水合物最新调查资料 ,探讨了南海水合物的成矿条件 ,认为具有良好的成矿地质构造环境 ;通过对南海陆坡深水区现有大量多道地震调查资料的重新判读 ,发现南海地区存在多处水合物的地震标志— BSR,以活动边缘笔架增生楔和非活动边缘西沙—东沙为例 ,重点解剖水合物的地震特征 ,建立其成藏模式 ,总结其成矿规律 ,预测水合物资源远景 ,为今后在该海域寻找水合物矿床。

底辟构造与天然气水合物的成矿关系

世界上天然气水合物发现地区的地质构造特征研究表明,底辟构造和水合物的形成与聚集有较为密切的关系。底辟构造可能是地层内部圈闭气体由于压力释放上冲的结果,也可能是气体向上运移的通道。初步总结了被动大陆边缘中典型底辟构造与天然气水合物的成矿关系,认为被动陆缘内巨厚沉积层、塑性物质与高压流体、陆缘外侧的火山活动及张裂作用,为底辟构造发育提供了条件,形成了水合物成矿的有利空间。文中对南海底辟构造发育的地质背景进行了分析,并对南海天然气水合物的发育和赋存进行了预测。笔者在进行综合分析的基础上,对底辟构造中天然气水合物的成矿模式进行了进一步的分析和探讨。

南海神狐海域天然气水合物成藏系统初探

天然气水合物成藏系统是一个非常复杂的系统,过去的有关研究不多。为此,根据天然气水合物成藏基本条件、浅表层沉积物孔隙水地球化学特征及其所反映的气源和天然气水合物分布特征,结合刚刚结束的南海北部天然气水合物首次实钻采样成果,初步探讨了我国南海北部陆坡神狐海域天然气水合物成藏系统。结果认为:研究区温度、压力和气体组分有利于天然气水合物形成;天然气水合物在空间尺度上不均匀分布,纵向上主要分布于天然气水合物稳定带底界以上一定深度范围内;形成天然气水合物的甲烷气体很可能来源于原地微生物成因甲烷;扩散型原地生物成因甲烷产生低甲烷通量,形成了具有明显不同的分布和饱和度特征的分散型天然气水合物系统。

南海北部天然气水合物气源系统与成藏模式

天然气水合物成矿成藏条件与油气成藏条件虽然存在差异,但亦存在共同之处,即均需要有充足烃源供给及烃源供给系统输送与有利聚集场所的时空耦合配置。为了深入研究天然气水合物与常规油气运聚成藏条件之差异,根据南海北部陆坡深水区构造沉积演化特点及油气地质条件与多年来油气及水合物勘探成果,综合剖析了油气及天然气水合物气源构成特点与流体运聚输导系统特征,同时根据地质地球物理及地球化学分析,初步研究了气源供给运聚通道系统类型与高压低温天然气水合物稳定带的时空耦合配置关系,并结合油气地质及天然气水合物成矿成藏基本地质条件,总结和建立了南海北部陆坡深水区"生物气源自生自储扩散运聚型"、"热解气源断层裂隙输导下生上储运移渗漏型"和"热解气源底辟及气烟囱输导下生上储运移渗漏型"等3种成因类型的天然气水合物成矿成藏模式,以期能为南海北部深水区天然气水合物资源预测及有利勘查目标评价优选等提供决策依据与指导。

全球天然气水合物成矿气体成因类型及气源构成与主控因素

根据天然气水合物形成的特殊地质条件及分布富集规律,深入剖析了全球天然气水合物成矿成藏气体的地质地球化学特征及主要成因类型与气源构成特点。在此基础上,根据全球迄今勘查发现的天然气水合物地球化学分析统计结果及其形成的地质条件综合分析,指出全球天然气水合物成因类型主要以生物成因、生物—热解混合成因为主,热解成熟成因次之,其成矿成藏气体主要来自生物气和生物—热解成熟混合气的供给;而天然气水合物形成富集的决定性因素则取决于其是否具有充足的气源供给与特定的高压低温环境。

高精度小三维地震采集技术在深水天然气水合物勘探中的应用

本文针对常规二维地震探测和传统油气三维地震探测均无法满足水合物高分辨率勘探和矿体精细描述的需求的问题,研发了一套高精度小三维地震采集系统,以及与之匹配的小三维地震观测系统和施工技术方法。经过多次海试不断改进优化,最终形成一套满足深水浅层水合物矿体高精度、高分辨率成像需求的天然气水合物小三维地震采集技术,并在生产工区完成满覆盖50 km^(2)的三维地震采集作业。该技术采集数据质量高,具有更高的空间采样率,叠加剖面在横向、纵向分辨率上相对常规三维地震都有显著提升,在300 m以浅地层细节刻画能力更强,成像清晰度优。该技术的研发打破了天然气水合物勘查开发核心技术装备受制于人的被动局面,为我国天然气水合物精细勘查开发提供了技术支撑。

天然气水合物成矿带的识别技术研究

在天然气水合物的地震资料解释过程中,常规地震剖面上难以识别水合物成矿带的准确位置。通过多年的实践对比研究,认为波形、速度反演、速度模型、流体因子、瞬时振幅、相对极性和能量半衰时等各种地震剖面,能够较好地揭示水合物成矿带的地球物理异常特征。收集整理了一部分国内外对水合物成矿带的识别技术,并提出了在无井的情况下,如何利用波形、速度和各种地震属性剖面所提供的信息来确定水合物成矿带的一些新想法,以期对水合物资源量的评估能提供比较有价值的参考依据。

南海北部边缘盆地生物气/亚生物气资源与天然气水合物成矿成藏

南海北部边缘盆地天然气资源丰富,迄今在该区浅层及中深层除发现大量成熟—高熟偏腐殖型气(煤型气)资源外,在浅层还发现了大量生物气与亚生物气显示和单独成藏的生物气与亚生物气气藏。为弄清该区生物气与亚生物气资源前景、天然气水合物成因及成矿成藏模式等关键性地质问题,根据历年来天然气勘探所获得的大量地球化学资料,结合该区油气成藏地质条件,深入分析和阐明了南海西北部莺—琼盆地及东北部珠江口盆地生物气与亚生物气的地质、地球化学特征和新近纪及第四纪生物气与亚生物气烃源岩的展布特点。在此基础上,初步预测和估算了莺—琼盆地和珠江口盆地生物气的生成量与资源量。评价结果表明:该区生物气与亚生物气资源丰富,完全可作为南海北部深水区天然气水合物的主要气源;同时,通过南海北部深水区天然气水合物成因类型的地球化学分析,亦进一步证实该区目前勘查发现的天然气水合物,应属"自源扩散型"生物成因成矿的水合物类型,其气源供给主要来自原地或其附近以生物气为主的混合气,而水合物成矿成藏模式则属于原地及其附近近源运聚的"自源扩散型"成因模式,具有巨大的资源潜力。

试论天然气水合物成藏系统

针对天然气水合物理论预测和实际产出的不一致性、各种标志或异常未与天然气水合物建立起严格的对应关系、世界范围内已知或由BSR等间接指标所指示的天然气水合物在垂直方向和水平方向上分布的不确定性,如何更好地从地质系统论角度研究天然气水合物成藏过程和分布规律,尝试提出天然气水合物成藏系统概念,分别从烃类生成体系、流体运移体系、成藏富集体系对天然气水合物成藏过程进行了初步探讨;同时运用此思路对世界上调查研究程度较高的分布区开展了天然气水合物成藏系统初步分析。

南海北部神狐西南海域天然气水合物成矿远景

通过对南海北部神狐西南海域的构造、沉积及气源环境研究,探讨了神狐西南海域天然气水合物的成矿条件,认为该区具有天然气水合物良好的成矿环境;通过穿越神狐西南海域陆坡深水区的典型高分辨率地震剖面资料的解释,初步判识出天然气水合物的可能分布区,预测了天然气水合物的成藏远景。

南海东北部陆坡区天然气水合物成矿作用

南海东北部陆坡区具有准被动大陆边缘构造特征,新生代含油气沉积盆地发育,具备天然气水合物发育的一系列有利地质构造背景。基于该区已有的调查资料,从构造、沉积、成矿气体来源和水合物相平衡及其热力学特征等方面,综合分析了南海东北陆坡区有利的天然气水合物成矿条件。结果表明,研究区完全具备形成水合物的海底温度、地温梯度和压力条件,存在底辟和泥火山构造、斜坡-断层构造组合等特殊地质构造环境及构造部位,浅部沉积层具有合适的岩石学条件和较高的沉积速率,并存在丰富的生物气和热解气。因此,南海东北部陆坡区具有潜力极大的天然气水合物成矿远景。

高含硫气井集输系统天然气水合物的防治——以川东地区高含硫气井为例

高含硫气井因H2S含量较高,其天然气水合物形成温度较高,井筒及地面集输系统在冬季生产过程中极易形成天然气水合物,严重影响安全生产。为此,分析了高含硫气井集输系统发生天然气水合物堵塞的原因,在现有集输系统适应性分析的基础上,结合天然气水合物形成的边界条件,提出了高含硫气井集输系统天然气水合物的防治措施:井筒加注防冻剂或解堵剂;清洗井底脏物和天然气水合物;站场设备采用水套炉和电伴热加热,应用聚氨酯硬质泡沫塑料保温材料进行绝热保温;集输管线加注天然气水合物抑制剂;进行集输系统适应性改造;合理控制计量温度;制订合理的清管周期。

海洋天然气水合物成藏系统研究进展

在系统总结海洋天然气水合物形成的物质来源及成因机理、物理化学响应、形成环境及成藏模式、分布规律和资源评价进展的基础上,提出了我国开展天然气水合物成藏机理研究的方向和科学问题。2007年4—6月通过钻探获得了测井、原位测量、沉积物岩心及其顶空气、孔隙水、微生物、水合物等样品和资料。南海北部陆坡神狐海域是研究天然气水合物成藏机理和分布规律的理想区域。采用重点分析天然气水合物成藏的物质基础、形成环境、成藏过程、响应机理和成藏系统等研究思路,针对天然气水合物成藏系统中气—水—沉积物—水合物体系的相互作用机理、天然气水合物成藏过程中的物理化学响应机理、天然气水合物成藏要素的耦合控矿机理等3个关键科学问题,开展天然气水合物成藏物源、地质与温压场等成藏条件、成藏演化热动力学机理、成藏响应机理和天然气水合物成藏系统等5个方面研究。

海底天然气渗漏系统演化特征及对形成水合物的影响

通过天然气沉淀水合物的动力学模拟计算,研究了墨西哥湾GC185区BushHill海底天然气渗漏系统的演化特征及对水合物沉淀的影响。渗漏早期,天然气渗漏速度大(q>18.4kg/m2a),海底沉积以泥火山为主,渗漏天然气具有与气源天然气几乎一致的组成,形成的水合物具有最重的天然气成分。渗漏晚期,天然气渗漏速度很慢(q<0.55kg/m2a),在海底附近没有水合物沉淀,主要以冷泉碳酸盐岩发育为主,水合物产于海底之下一定深度的沉积层中。介于二者间的渗漏中期(q:0.55～18.4kg/m2a),海底发育水合物、自养生物群为特征,渗漏速度控制了水合物和渗漏天然气的组成及沉淀水合物的天然气比例。BushHill渗漏系统近10年的深潜重复采样显示,渗漏天然气和水合物天然气的化学组成在时空上是多变的,相对应的渗漏速度在时间上的变化约为3倍,在空间上的变化近2个数量级。

海底天然气渗漏系统水合物成藏过程及控制因素

在海底天然气渗漏系统沉淀水合物的动力学基础上,建立了水合物沉淀与分解的化学动力学模型。应用该模型分析了美国墨西哥湾布什山天然气渗漏系统水合物的成藏过程,探讨了水合物沉淀、稳定性影响因素。在渗漏通量为每年400kg·m-2的单个通道中,约需425a才能导致水合物稳定带沉积层约30%孔隙完全被水合物充填,渗漏通道被堵塞,沉淀的水合物在剖面上从稳定带底部向海底趋于富C3+C4。在渗漏通道天然气流量由弱到强再到弱的演化过程中,渗漏速度增大过程中形成的水合物在渗漏速度减小过程中将分解,总量约10%的水合物将被分解。如果分解产生的天然气可快速迁移出渗漏系统,海底温度的升高可引起约40%的水合物在20d内分解,并导致海底渗漏速度的急剧增大。

海洋天然气水合物系统硫同位素研究进展

在海洋天然气水合物的地质系统中,甲烷的渗漏作用形成了独特的地球化学微环境。渗漏的甲烷在硫酸根—甲烷氧化还原界面与硫酸根之间发生厌氧氧化反应,同时硫酸盐发生还原反应,形成具有特殊同位素组成的自生碳酸盐、硫化物(AVS、黄铁矿等)和硫酸盐(重晶石、石膏)等。反应过程中硫酸盐还原菌的作用使得产物中硫的同位素发生了强烈分馏,具体表现为低3δ4S值的硫化物矿物和高3δ4S值的硫酸盐矿物的形成。沉积物中这种独特的硫同位素特征与海洋天然气水合物系统中独特地球化学微环境有关,是硫酸盐还原反应过程中细菌控制的硫酸盐分馏和厌氧细菌对硫的歧化反应(disproportionation)的共同作用结果。

天然气水合物钻采一体化模拟实验系统及降压法开采初步实验

现有的天然气水合物(以下简称水合物)开采技术实验研究通常在较小尺寸的模拟实验装置中进行,由于反应釜样品尺寸较小,导致明显的边界效应且实验结果难以在现场中得到应用,因而研发大尺寸水合物综合开采实验系统刻不容缓。为此,针对我国南海神狐海域泥质粉砂型水合物储层,基于降压法开采思路和工艺流程,研发了一套水合物钻、采一体化模拟实验系统,主要包括主体高压装置、钻采一体化、气液供给、围压加载、回压控制、气液固分离及在线监测、温度控制、数据测控与后处理等模块;利用该系统进行了冰点附近CO2水合物初步开采模拟实验;基于实验结果建立了数据获取及分析的基本流程,初步获得了在降压法开采CO2水合物过程中储层的温度、压力场变化以及产气、产水规律。实验结果表明:①该实验系统可模拟实际地质条件制备接近海洋水合物储层的样品,通过电阻层析成像技术实时监测水合物成藏与分布情况;②该实验系统还可模拟钻井、降压开采工艺与过程,实时监测出砂与管道流动等过程中产气量、产水量、产砂量、温度、压力等多个物理参数的变化情况,实现试采全过程的实验模拟。结论认为:①在出口压力一定的情况下,CO2水合物的产气、产水速率具有很大的波动性;②CO2水合物分解过程中储层温度分布不均匀,最大的温度降幅为5℃,表明水合物分解呈现出非均一性与随机性。

天然气水合物含油气系统的形成条件、研究方法及实例分析

以含油气系统为切入点研究了天然气水合物的成藏,识别出天然气水合物含油气系统6个控制因素:稳定的温度-压力条件、气源、水源、气体运移、适宜的沉积物或储集岩和圈闭形成时间。针对这些特点,初步提出了工作思路及研究方法,特别提及轻烃气体浓度与同位素分析法、孔隙流体特定组分分析法和轻烃蚀变产物分析法3种地球化学勘探方法。在此基础上,以开心岭-乌丽地区天然气水合物含油气系统为例证明了天然气水合物含油气系统的可靠性,进而为中国冻土区天然气水合物成矿有利区优选提供了新的理论依据。