海洋天然气水合物勘探开发中的钻井液低温流变性能研究

海洋天然气水合物是一种潜在的重要能源资源,但其开发受到技术挑战的限制,钻井是开发天然气水合物资源的首要步骤,因此需要研究钻井液在低温环境下的流变性能,以确保钻井过程的顺利进行.本次研究主要是通过实验的方式,对钻井液的流变性能以及其影响因素进行分析,为保障海洋天然气水合物开发的顺利进行奠定基础.研究表明:膨润土、改性淀粉、动力学抑制剂、固相含量属于影响钻井液低温流变性的重要因素,同时,动力学抑制剂相对于热力学抑制剂具有更高的效率、更快的反应速度、更强的适应性以及更低的温度和压力要求,因此在水合物地层钻井液中的应用具有一定的优势,合理配置钻井液是保障海洋天然气水合物开发的重要基础.

海洋天然气水合物勘探方法综述

由于受温度、压强等因素的制约,海洋天然气水合物在地层中形成及分布的区域是多样化的。在这样复杂的地质环境中探矿,需要使用多种勘探手段和方法。当前,主要使用地球物理和地球化学的方法进行勘探,采取以物探法中的地震勘探为主、其他方法为辅的办法来判定地层中是否有水合物存在。对勘探方法进行全面了解和研究,有助于未来逐步探明天然气水合物的赋存情况,为今后对其进行合理开发打下基础,进而为国家建设提供充足的能源支撑。

海洋天然气水合物勘探与开采研究的新态势(一)

天然气水合物是一种由甲烷等气体与水分子组成的冰雪装的晶体物质。它们形成和赋存于低温高胍条件，广泛分布于世界大洋和内陆湖、海的底部，以及极地的冻土带，被认为是21世纪最有远景的新能源。

海洋天然气水合物勘探与开采研究的新态势(二)

3海底水合物开采的数字模拟 近几年来,数字模拟（numerical simulation）广泛应用于天然气水合物的研究,特别是水合物开采的数字模拟方法已成为水合物勘探和开采不可缺少的手段。海底天然气水合物是一种赋存于海底沉积层中的特殊能源矿产,其开采方法不同于一般固体矿产,开采技术也更加复杂和困难。因此,海底水合物的开发和开采是科技界面临的一种新挑战。

再钻南海“可燃冰”——聚焦中国海洋天然气水合物勘探进程

广州海洋地质调查局今年该局共安排了“海洋六号”等4艘调查船，在南海北部西沙海槽等3个海区展开7个航次的综合调杏，对我同南海北部的“可燃冰”资源开展了地质取样、海底摄像、浅层剖面、多波束调查，许采用了高分辨率二维地震、准三维地震等调查手段，以及海底地震仪、水下机器人、海底可控源电磁等新方法和新于段。

南海神狐海域天然气水合物及气源条件海洋可控源电磁成像

地震剖面的似海底反射(BSR)指示了天然气水合物的底边界,并已得到钻探的验证。南海神狐海域是天然气水合物(简称水合物)研究的热点区域。然而,由于地质构造的复杂性且钻井数量有限,仅仅依靠地震与钻探研究不能完全描述区内天然气水合物及气源通道的分布。含水合物地层比围岩具有更高的电阻率,海洋可控源电磁(MCSEM)数据获得的电阻率能为水合物和气源通道检测提供重要依据。本文在神狐海域开展MCSEM探测研究,沿一条测线采集了15个站位的海洋可控源电磁场数据,通过数据处理与二维反演,实现了研究区海底二维电阻率成像。然后,通过灵敏度分析,检验了MCSEM反演结果的可靠性。结合SH-W07-2016随钻测井(LWD)和地震数据,对二维电阻率剖面进行解释,推断了剖面上水合物和游离气分布,划分了两种形式的水合物储层结构,分析了其构造成因。

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。

海洋天然气水合物及相关浅层气藏的地球物理勘探技术应用进展--以黑海地区德国研究航次为例

本文根据作者在德国留学期间参与的航次、科研以及文献资料,介绍了迄今为止国际同行,尤其是德国的科研工作者在黑海地区勘探天然气及天然气水合物所采用的地球物理勘探方法,包括高分辨率多道地震勘探方法、浅地层剖面方法、旁扫声呐方法、多波束测深方法以及卫星成像海面调查方法,这些常用及最新的方法技术已经获得了很好的效果。借此,可以为中国的天然气水合物的勘探工作以及勘探方法提供一定的思路。

深海甲烷电化学原位长期监测技术及其在海洋环境调查和天然气水合物勘探中的意义

深海溶解甲烷浓度数据连续获取的方法技术,对于海洋环境和天然气水合物开发过程中甲烷扩散作用及通量的动态监测,具有重要的科学意义和实际应用价值。本文较详细地介绍了依据"海水脱气、气体样品定量输入、电化学高精度检测"技术思路,采用"增压排液整机系统控制的海水循环、减压稳流、气液分离、烃类组分高精度检测技术改进"方法,研发"深海甲烷电化学原位长期监测技术"的关键环节和技术方法。结合原位传感器在胶州湾港口为期94天底水长期监测实验获取的数据成果,对原位传感器的技术性能、数据质量、地质效果进行了研究评价。结果表明:(1)原位传感器量程甲烷指标达到0.01～10 000 nmol/L,灵敏度达到0.01 nmol/L,对烃类组分检测具有较好的稳定性和选择性;(2)监测水域溶解甲烷数值范围19.01～106.87 nmol/L,正常甲烷背景32.41 nmol/L,局部异常甲烷背景80.60 nmol/L,资料显示异常与污水排放过程对海水环境污染有关;(3)实测甲烷数据成果地球化学特征与胶州湾海域海水环境以往调查研究成果符合,证明了实测数据的客观性和科学性;(4)海试监测试验成果证明,原位传感器测试性能可靠、结构设计合理、设计思路科学,基本具备了海洋科学调查中对海水甲烷浓度数据获取的能力,在未来海洋天然气水合物开发过程中对甲烷扩散作用的动态监测及深海甲烷浓度通量的长期监测中,具有实际应用价值和科学意义。

海洋天然气水合物降压开采装备现状与技术探讨

在南海神狐海域采用降压法成功实施了2次天然气水合物试采,在深水浅软地层水合物钻采技术上取得了多项重大技术突破,但仍面临单井产量低、开采配套装备复杂及经济适用性弱等问题。为了配套神狐海域第3次降压法试采开采方案,系统梳理了降压法开采技术对开采装备的影响因素,对比分析了常规油气开采的水下采油树结构适应性,提出了一套适用于深水天然气水合物开采的水下卧式采气树关键技术理论;形成的“一体式”集成化采气树本体、双穿越结构水下穿越器、失效安全型液控水下阀门及驱动器、复合电液控制系统等技术,可满足海洋天然气水合物开发装备质量轻、水合物二次结冰封堵干预、井下作业工况监测和远程控制等要求。所得结果可为海洋天然气水合物长期稳定、可控开采的配套装备开发提供借鉴。

海洋天然气水合物的地球物理勘探技术

天然气水合物将成为21世纪的替代能源，地球物理方法是勘探天然气水合物的重要手段。本文比较全面地分析和总结了天然气水合物的各种地球物理识别技术以及地震资料的特殊处理和分析方法，详细地介绍了水平地震剖面、垂直地震剖面、测井以及旁侧声纳剖面上天然气水合物的表现和识别方法。特别地，针对海洋地震资料的特点以及天然气水合物在地震剖面上的识别标志BSR、振幅空白带等特征，文章引入了真振幅处理、子波处理以及多项式拟合等处理方法来提高天然气水合物识别标志在地震剖面上的显示效果。最后，为了全面了解海底天然气水合物的分布 以及微细结构，文章介绍了AVO分析、全波形反演速率分析、叠加速度分析和走时反演等正、反演技术。

智控型化探样品预处理系统及其在海洋天然气水合物勘查中的应用

酸解烃、水溶烃、热释烃等地球化学勘探方法中,样品预处理工作是必不可缺的环节,但是目前我国化探样品预处理装备技术仍然停留在30年前建立的手工化学处理阶段,与当前高精度分析仪器普遍应用的现状极不匹配。笔者基于自主研发的智控型化探样品预处理系统,分别介绍了工作原理、控制结构、实现技术、性能指标及测试检验结果,并将该技术应用于国际大洋钻探ODP(Ocean Drilling Program)204航次岩芯样品酸解烃测试和我国南海北部海水水溶烃指标测试,验证了其在天然气水合物地球化学勘探中的效果。实践证明,该系统具有自动快速、精密安全、便携简洁的特点,促进了化探样品预处理技术装备的进步,在我国化探样品实验室预处理和野外现场工作中具有广泛的应用前景。

海洋天然气水合物地震检测技术及其应用

天然气水合物具有能量密度高、分布广、埋深浅、成藏物化条件好、清洁环保等特点,是未来石油天然气的理想接替能源。我国海域深水广大地区具有天然气水合物形成所需的物源、温压及地质构造等成矿条件,资源前景广阔。地震检测技术是寻找海洋天然气水合物的行之有效方法,在世界各海域得到广泛应用并取得实效。我国通过多年的水合物勘查实践,研发了一套适合我国海洋天然气水合物的地震检测技术,包括水合物地震识别处理技术(保幅处理、子波零相位化、精细速度分析等)和地震属性提取技术(AVO反演及定量模拟检测、波阻抗反演、相干体检测、稳定带顶底面检测等)。运用上述技术已发现南海北部陆坡天然气水合物存在的似海底反射层(Bottom Simulating Reflector,BSR)、空白带(Blank Zone,BZ)、速度倒转和极性反转(Reversal Polarity,RP)等地震异常标志,并依提取的地震属性优选目标,成功钻获天然气水合物实物样品,提高了水合物矿床预测的准确率。简要回顾国外海洋天然气水合物地震勘探技术现状,重点阐述国内海洋天然气水合物地震检测技术的发展及其应用效果。

海洋天然气水合物模拟实验技术

天然气水合物模拟实验技术是天然气水合物勘查研究的一项基础技术。简要介绍国内外模拟实验技术的概况,主要特点是可视化程度高、测试精度高和检测手段多;重点介绍了青岛海洋地质研究所海洋天然气水合物模拟实验室的技术指标,这些技术指标可以适应目前海洋天然气水合物模拟实验的需求。利用光通过率的变化测定了甲烷在纯水中的P T间的关系,验证了本实验装置的科学性。

海洋天然气水合物的地震识别方法研究

天然气水合物作为 2 1世纪新的自然能源将为人类的生存发展服务。 2 0世纪 6 0年代证实 ,俄罗斯西伯利亚的麦索亚哈气田为典型的天然气水合物形成的气田 ,70年代又在海底发现了固体天然气水合物岩样。 1971年 ,R Stoll首先将地震剖面中的似海底反射层解释为海洋天然气水合物存在的标志 ,后来被深海钻探证实 ,从此地震方法成为大面积研究天然气水合物的重要手段。天然气水合物既是潜在能源 ,也是影响环境和形成灾害的因素之一 ,因此 ,研究天然气水合物是人类在 2 1世纪的重要课题。探讨海洋天然气水合物的地震识别方法 ,由于这项工作刚刚起步 ,还没有做出具体的成果 ,在此只能根据我们仅有的工作和参照国外公开的出版物 ,以及出国访问得到的有关资料进行分析 ,提出我们的一些基本设想 。

海洋天然气水合物藏钻探环空相态特性

海洋天然气水合物藏钻探过程中,水合物钻屑随钻井液向上返出,随着温度升高、压力降低,水合物钻屑上升至一定位置开始分解,使井筒流动变为环空复杂气液固多相流,这对井下流动安全产生严重威胁。考虑井筒温度、压力与水合物分解的耦合作用与影响,建立了海洋天然气水合物钻井过程中井筒温度模型、井筒压力模型、水合物动态传质分解模型和复杂环空多相流模型。通过模型求解,数值分析了井筒温度、环空压力和水合物分解在不同钻井工况下的变化规律。结果表明:增大钻井液排量,井筒中井底处循环钻井液温度升高,环空中井口处返出钻井液温度降低,分解起始位置下移;增大钻井液密度,环空压力升高,分解起始位置上移;增大钻井液入口温度,井筒温度升高,分解起始位置下移;增大机械钻速,分解起始位置不变。

南海天然气水合物远景区海洋可控源电磁探测试验

为了测试我国自主设计与研发的海洋可控源电磁仪器性能及其在水合物探测中的适用性,本文从海洋可控源电磁法基本原理出发,首先根据试验海域水合物地质特征,建立简化地电模型开展理论研究,确定海洋可控源电磁试验的技术方案;利用研发的海洋可控源电磁仪器,在南海天然气水合物远景区开展探测试验,首次获得了我国深水海域的海洋可控源电磁数据.通过对采集数据进行处理与反演,获得了试验剖面的海底电性结构模型,揭示了4号测点下方存在一个50m厚的高阻层,其电阻率为25Ωm、顶部埋深为181m,为该区天然气水合物调查提供了有价值的电性参考资料.研究结果表明,自主研发的海洋可控源电磁仪器性能达到了预期的设计指标,这标志着我国海洋可控源电磁探测技术向实用化进程迈出了重要一步.

天然气水合物勘探开发技术研究进展

天然气水合物是一种具有巨大潜在开发价值的海洋新型能源矿产。近 30年来 ,各国相继开展了海洋天然气水合物的勘探和开发技术的研究 ,天然气水合物的勘探技术日趋成熟 ,而开发技术基本上还都处于实验阶段。与国外正在形成的天然气水合物研究热潮相比 ,我国对天然气水合物研究尚处于起步阶段。

海洋浅表层沉积物和孔隙水的天然气水合物地球化学异常识别标志

天然气水合物是一种赋存在低温、高压条件下海底沉积物中的规模巨大的新型能源。研究表明,地球化学是识别海底天然气水合物赋存的一种有效方法。国际上通过分析由大洋钻探采上来的柱状沉积物和孔隙水的地球化学异常,己建立了一套较为成熟的地球化学识别方法。但是,在没有钻井岩心的情况下,如何通过浅表层(<20m)沉积物和孔隙水及底层海水的地球化学分析来识别海底可能存在的天然气水合物,是国际国内天然气水合物勘查中面临的一道难题。通过对国际上己有数据和资料的全面总结,尝试提出了一系列在海底浅表层条件下识别天然气水合物赋存的地球化学异常标志,包括底层海水的烃类气体及其同位素组成异常,沉积物中有机碳和水的含量异常,沉积物中孔隙水的元素和同位素组成异常,沉积物中气体含量异常及沉积物中自生碳酸盐矿物的化学和同位素组成异常等。这些标志的建立将有助于在我国海域开展天然气水合物的勘查工作。

天然气水合物勘探低温钻井液体系与性能研究

天然气水合物是一种赋存于低温和高压条件下的新型清洁能源 ,被喻为潜在的常规能源的替代品。文章首先介绍了天然气水合物勘探现状 ,进而以维持天然气水合物相态平衡的分解抑制法为基础 ,介绍了维持水合物相态平衡的低温钻井液体系的应用情况 ,分析了钻井液在低温条件下的性能 ,提出在进行天然气水合物勘探的低温钻井液体系研究时 ,务必要注意对有机高分子聚合物和无机盐添加剂的选用 ,使钻井液体系具有良好的流变性能和稳定性。