琼东南盆地华光凹陷天然气水合物稳定带厚度的影响因素

为了探讨琼东南盆地华光凹陷海底天然气水合物稳定带的分布规律,定量研究了静水压力、底水温度、地温梯度和气源组分对水合物稳定带的影响程度。在此基础上,分析了华光凹陷现今甲烷水合物稳定带的厚度分布。最后,综合各因素的历史演化过程,初步探讨了华光凹陷1.05MaBP以来天然气水合物稳定带的演化。结果表明:(1)气源组分和海底温度的变化对研究区内水合物稳定带的影响较大;水合物稳定带厚度与海底温度呈良好的线性负相关性。(2)水深超过600m的海域具备形成天然气水合物的温压条件;超过600m水深的海域水合物稳定带厚度大部分超过100m,其中西北部稳定带的最大厚度超过300m,是有利的水合物勘探区。(3)华光凹陷1.05MaBP以来天然气水合物稳定带厚度经历了快速增厚–窄幅变化–快速减薄和恢复的过程。麻坑群与水合物稳定变化敏感区在空间上具有较好的叠合关系。结合前人的研究成果,推测其形成与天然气水合物的分解释放有关。

海底泥底辟(泥火山)对天然气水合物成藏的影响

海底泥底辟(泥火山)与周缘发育的天然气水合物存在着密切的关联,表现在静态要素和动态成藏2个方面。作为一种重要而有效的运移通道类型,泥底辟(泥火山)携带的气体将是天然气水合物的重要气体来源。同时,含气流体沿着泥底辟(泥火山)的上侵,可能会导致上覆地层中温压场和地球化学组分的改变,进而引起天然气水合物稳定带厚度的变化。因此,泥底辟(泥火山)将控制天然气水合物的成藏,如位于构造中心部位的矿物低温热液成藏模式和位于构造边缘的矿物交代成藏模式。另一方面,泥底辟(泥火山)的不同演化阶段将对天然气水合物的形成和富集产生不同的影响。早期阶段,泥底辟(泥火山)形成的运移通道可能并未延伸到天然气水合物稳定带,导致气源供给不够充分;中期阶段,天然气水合物成藏条件匹配良好,利于天然气水合物的生成;晚期阶段,泥火山喷发带来的高热量含气流体引起天然气水合物稳定带的热异常,可能导致天然气水合物的分解,直至泥火山活动平静期,天然气水合物再次成藏。

微型鼓泡器中甲烷水合物的生成特性

研究了高压鼓泡装置中进气速率、压力、温度及滤网目数对纯水体系甲烷水合物的生成动力学和形态的影响。实验结果表明,提高进气速率和压力、降低温度均可提高甲烷水合物的生成速率,但随着进气速率的提高,甲烷气体转化率减小;增加滤网可显著提高水合物生成速率和甲烷气体转化率,最优的滤网目数为200目。甲烷水合物极易在气液界面生成,形成水合物泡。进气速率对水合物形态有显著影响,进气速率较低时水合物泡保持原有形态不易被破坏,不断聚集,水合物较疏松;进气速率较高时,气体溢出,水合物易变形破裂,不断堆积,水合物较致密。压力和温度对水合物形态的影响较小;增加滤网可显著减小气泡体积,形成较多的水合物泡。

南海北部东沙海域浅层沉积物孔隙水地球化学示踪深部水合物发育特征

天然气水合物是一种具有广阔前景的清洁能源资源,但目前对海洋天然气水合物预测方法有多种,利用浅层沉积物孔隙水地球化学示踪沉积层深部天然气水合物的方法,可以为海域天然气水合物前期普查提供一个廉价有效的途径。利用南海北部东沙海域D-5、D-8和D-F站位沉积物孔隙水硫酸根离子、溶解无机碳、钙离子和镁离子在剖面上的分布特征,模拟了3个站位甲烷供给通量及天然气水合物可能的发育特征。计算结果表明,D-5、D-8和D-F站位到达甲烷-硫酸根氧化界面的甲烷通量分别为11.97×10^(–3) mol/(m^2·a)、5.98×10^(–3) mol/(m^2·a)和26.45×10^(–3) mol/(m^2·a),天然气水合物形成的最大温度梯度分别为0.058℃/m、0.020℃/m和0.149℃/m,计算的天然气水合物顶界深度分别为海底之下170~197 m、378~386 m和79~98 m,甲烷通量对天然气水合物顶界影响大,温度对天然气水合物发育顶界影响较小。结合研究区似海底反射层发育特征判断,D-5和D-F站位深部沉积层中可能有天然气水合物,D-8站位应该没有天然气水合物发育。

与海洋天然气水合物微纳米尺度赋存和开采储存技术有关的研究进展

天然气水合物是一类潜在的储量巨大的清洁能源.近年来,水合物的研究已经逐渐拓展至纳米、介观层面.纳米科学贯穿了水合物研究的全过程,包括上游天然气水合物成藏、开采和下游的储运、分离等水合物应用技术,其核心在于研究水合物在纳米材料表面、内部、间隙中生长和分解的传质传热过程.将以第九届国际水合物大会(ICGH9)为切入点,从水合物成藏、开采和下游技术应用几个方面综述近年来水合物研究中的纳米研究进展.目前对水合物的研究尺度并未做到全覆盖,水合物在纳米材料间隙中的传质传热过程研究较少,纳米材料的累积放大效应研究也存在空白.这正是水合物成藏、开采研究中的瓶颈问题.未来的研究应该着眼于水合物在纳米材料中生成和分解的传质传热作用,以此为主线将水合物技术和水合物成藏、开采研究中的核心问题进行统一协同研究.

换热单元体展布特征对水平井多级压裂的EGS采热的影响

借鉴页岩气等低渗透非常规油气资源体积压裂技术,水平井分段多级压裂技术可用于构建增强型地热系统(EGS)人工热储。基于EGS储层压裂呈现出的较强非均匀性,构建EGS水平双井非均匀多级压裂模型,通过调整换热单元体(HTU)厚度、展布类型分别设计多组算例,研究换热单元体展布特征对水平井多级压裂的EGS采热的影响。为表征换热单元体展布的非均匀性,引入优势厚度比的概念。研究结果表明:非均匀压裂的热储层中,系统产出温度与压裂级数呈不严格的正相关性,还受到换热单元体展布特征的影响,与储层换热单元体的优势厚度比呈负相关性;非均匀压裂的热储层中,通过封堵劣势换热单元体或增强储层压裂使换热单元体均匀化,均可增强系统的采热性能。

纳米压痕技术在页岩力学性质表征中的应用进展

近年来,随着力学测试技术的不断发展,微观材料科学研究中广泛应用的纳米压痕技术被引入到页岩研究领域,成为测试页岩表面微观力学性质的重要手段。从微观视角去研究页岩的力学性能已成为当下的研究热点之一。为此,梳理了页岩样品的制备方法和压痕试验制度对测试结果的影响,详细论述了纳米压痕技术在页岩中微观力学和蠕变性能表征方面的应用现状,对其应用的优势和存在的问题进行了分析和讨论,并对发展趋势进行了展望。研究结果表明:①纳米压痕技术可以精确表征页岩整体以及基质组成相的力学性能;②通过研究保载阶段的位移-时间曲线可以获得页岩微观尺度的蠕变特征,深入理解微观下页岩蠕变变形机制;③测试流体/页岩相互作用下力学性能的演变特征,可以为实际页岩水力压裂或超临界二氧化碳压裂提供基础的实验数据。该技术实现了对页岩更精细化的观测,有助于从根本上认识页岩的力学行为,为页岩气勘探开发提供更可靠的理论依据。

距今8.2 ka以来冲绳海槽中部沉积有机质特征及其对古环境变化的响应机制

冲绳海槽的高沉积速率使其成为研究全新世以来受海洋环流和气候变化的天然实验室。通过研究C14柱状沉积物的生物标志化合物的组成分布及其单体碳同位素特征,探讨冲绳海槽中部沉积物的有机物质来源,并定量估算C14柱状沉积物中陆源与海源有机物的相对贡献,从而建立有机地球化学指标对距今8.2 ka以来冲绳海槽中部古环境变化的响应机制。THC(C_(27)+C_(29)+C_(31))、MHC(C_(16)+C_(18)+C_(20))、TOL(C_(26)+C_(28)+C_(30))和MOL(C14+C_(16)+C_(18))的含量分布范围分别为0.28~1.69μg/g、0.28~2.22μg/g、0.24~3.21μg/g和1.93~9.18μg/g,且饱和烃的陆源、海源优势正构烷烃含量比值(RTA,HC)为0.51~1.18,大部分小于1,醇类的陆源、海源优势正构烷烃含量比值(RTA,OL)在0.04~0.74之间波动,反映了冲绳海槽中部大部分沉积物中来自海源的有机质对总有机质输入的贡献比陆源来源的有机质大;距今8.2 ka以来,在1.2~1.6 ka BP、2.3~2.8 ka BP、4.1~4.6 ka BP、6.2~6.7 ka BP和7.5~8.2 ka BP时期,代表海洋来源的有机质输入量的生物标志物指标(MOL和甲藻甾醇含量)明显升高,表明初级生产力有所提高。代表陆源有机质输入量的生物标志化合物指标(THC和TOL)在垂直剖面上也表现为升高趋势,说明当时陆源有机质输入增加。反映陆源与海源输入相对贡献量的生物标志化合物指标RTA,HC大部分也是突增趋势,而RTA,OL则由于海源输入量增加的倍数远远大于陆源输入增加的量而呈下降趋势。在海源有机质和陆源有机质输入量都同时增加的时期,短链饱和烃类和醇类的单体碳同位素表现出降低的趋势,说明这些时期处于表层水变冷时期;将有机质输入指标与前人研究的东海海水表面温度进行对比后发现,冲绳海槽中部沉积物中陆源与海源有机质的相对含量随冲绳海槽古气候的冷暖交替而产生相应的变化。在气候快速变冷时期,东亚冬季风盛行,黑潮减弱,陆源有机质输入以中国大陆东部河流输入及风尘输入为主;而在东亚冬季风减弱时期,黑潮增强,带来的主要是台湾东部河流的陆源有机质输入。这些生物标志化合物指标及其碳同位素特征记录了多次冷暖交替事件,共存在5次冷事件,其中4次与北大西洋冰筏漂流事件有良好的对应关系。

南海冷泉活动区双壳类生物中单不饱和脂肪酸双键位置的确定及其意义

本次研究对南海冷泉活动区福尔摩沙脊(F站位)、海马冷泉环境中与甲烷有氧氧化菌共生的贻贝(分别为Bathymodiolus platifrons和Gigantidas haimaensis),以及与硫氧化菌共生的蛤(Archivesica marissinica)腮组织中的单不饱和脂肪酸进行了结构鉴定。结果发现,贻贝鳃组织中存在C16∶1ω9、C16∶1ω8和C18∶1ω8脂肪酸,同时C16∶1ω8的含量远远高于C18∶1ω8,这说明与贻贝共生的为Ⅰ型甲烷有氧氧化菌。在蛤腮组织中,单不饱和脂肪酸C16∶1ω7、C18∶1ω7和C20∶1ω7含量极高,表明ω7脂肪酸来源于硫氧化菌。同时,贻贝和蛤鳃中含有大量多不饱和脂肪酸,如C20∶2和C22∶2。在同一样品中来源于共生菌的单不饱和脂肪酸和来源于宿主的多不饱和脂肪酸具有相近的δ13C值,表明宿主从共生菌或共生菌代谢产物中获得碳源和营养。Ⅰ型甲烷有氧氧化菌在贻贝腮组织中广泛存在,指示F站位和海马冷泉活动区冷泉流体渗漏强度较弱。确定单不饱和脂肪酸的类型是判断双壳共生菌种类的基础。双壳类共生菌类型的识别,可以帮助理解共生体与宿主之间碳源和能量的转化关系、冷泉环境中甲烷的消耗过程如碳同化途径、碳循环等。

裂隙展布特征对EGS采热影响的理论数值模拟研究

增强型地热系统(EGS)储层的裂隙展布特征决定了热开采的效果.基于EGS储层压裂得到的裂隙网络呈现出较强的非均匀性,本文构建EGS平行多裂隙非均匀展布模型研究裂隙展布特征对EGS采热影响.为表征裂隙展布的非均匀性,创新地引入了优势流动比的概念.研究结果表明:在体积为500 m×600 m×600 m,初始温度200℃,均匀激发热储层7条裂隙展布,流量为30 kg/s时,储层产出温度可保持储层初始温度15年,并在热开采进行50年后仍能保持较高产出温度192.3℃,电功率为2.88~3.10 MW,电功率的降幅仅为7.1%.非均匀激发热储层的采热性能受到裂隙数量和裂隙展布特征的共同影响.产出温度与裂隙数量呈不严格的正相关性,并与优势裂隙比呈负相关性.非均匀压裂的热储层中,通过封堵优势裂隙或增强储层压裂使裂隙宽度均匀化,均可增强系统的采热性能.综合来看,裂隙数目越多,裂隙宽度分布越均匀,流体产出温度越高,采热效果越好.本文对EGS地热田的储层激发,和人工热储层的构建有一定的指导意义.