海洋天然气水合物储层特性及其资源量评价方法

天然气水合物资源开发的前提条件是准确评价其资源量,而正确理解天然气水合物储层特性是准确评价其资源量的基础。天然气水合物的含量及其赋存形态是影响储层特性的主要因素,赋存形态主要受海洋沉积物的储集的性质与大小控制。储层特征参数直接影响海洋天然气水合物资源评价的准确性。现有天然气水合物资源量评价方法的原理、评价参数及适用性各不相同,且均未考虑水合物的赋存类型。本文在前期工作的基础上,针对天然气水合物有利区块和矿体评价,分别提出了海洋天然气水合物"资源详评"与"资源精评"的新方法。基于小面元的资源详评方法,适用于钻井稀少、地球物理测网较为密集的有利区块孔隙填充型水合物控制地质储量评价;基于"水合物地层丰度"概念的资源精评方法,适用于井网密集的井场小范围矿体探明地质储量精准评价,可有效提高对块状、脉状和结核状等裂隙型填充型水合物资源评价的准确度。

基于ERT技术的含水合物沉积物可视化探测模拟实验

基于电阻率响应特征的储层识别和饱和度估算是天然气水合物储层评价的关键技术之一,在天然气水合物的勘探开发中发挥重要作用。本文开展了沉积物内水合物生成的物理模拟实验,采用电阻率层析成像技术,实现了分散状水合物和块状水合物生长过程的可视化探测,研究了两种赋存形态水合物的电阻率响应特征。研究表明:分散状水合物的高值电阻率零散分布,块状水合物的高值电阻率聚集分布;沉积物内的游离气导致块状水合物的电阻率层析成像位置发生偏移;分散状水合物和块状水合物的电阻率响应特征差异明显,与分散状水合物相比,块状水合物电阻率随着水合物的生成升高较快。

海洋地质地球物理调查技术方法发展趋势探讨

详细总结了海洋地质调查和海洋地球物理调查技术的发展状况、适用范围、主要存在的问题和发展方向,阐述了海洋地质调查取样技术发展趋势逐步向可视化、集成化、自动化、数字化和水下动力定位方向发展。海洋地质地球物理调查技术发展趋势主要由近海探测技术向深远海探测技术发展,由船载探测技术向近海底、原位观测技术发展,由单一探测技术向集成化、精细化探测技术、多方位立体式综合调查等方向发展。

速度约束的海洋大地电磁聚焦反演方法

本文利用海洋地震探测方法对速度、密度连续性发生变化的地层成像精度高的优点,提高海洋大地电磁(MT)反演空间分辨能力,提出速度约束的海洋MT聚焦反演方法,可以将OBS深部地震探测获得的速度结构模型作为先验信息引入到海洋MT反演目标函数的模型约束泛函中,对反演迭代过程中的电阻率模型施加速度结构约束。根据南黄海千里岩隆起区构建的速度-电阻率模型的反演测试表明,基于MGS聚焦稳定泛函的大地电磁反演方法可以得到高阻层以下的低阻层结构,速度约束下的海洋MT反演可以进一步提高对电阻率估计的精度:在速度约束信息准确的情况下,可以大幅提高海洋MT反演对电性结构的垂向分辨能力;当高速屏蔽层下不同地层波阻抗差异很小而影响速度模型精度时,该方法仍可利用速度梯度信息进行层位约束,提高相应层位识别能力。

海洋地球物理探测在海岸工程建设中的应用——以曹妃甸港为例

海岸带复杂地形地貌和海底表层沉积,特别是发育的浅层气、断层、冲沟等严重影响了海岸工程建设,因此海底地形地貌及浅表层海底地层的精细结构是海岸工程地质勘察的重点内容。针对该问题,本文从海岸工程地球物理调查技术出发,基于海洋浅层高精度地球物理探测研究海底局部构造的演化机制及其对海岸工程建设的影响,形成了一套立体化、高分辨率海水与近海底地层结构探测系统和成像方法,实现了海洋水体结构、海底地形地貌、海底沉积物结构以及特殊地质构造的精细成像。该技术方法成功地应用在曹妃甸港浅海工程地质稳定性评价中,效果良好。研究表明,浅层高分辨率地震探测技术方法可用于研究海底复杂地形结构、浅层气、海底断层成因及稳定性,有效地支撑服务海岸工程建设。

非稳态气水相对渗透率实验数据处理方法

实验室处理非稳态气水相对渗透率(相渗)实验数据常用方法是JBN法,其核心是通过拟合累积采液量与采气量的实验数据求解含水率,从而计算并绘制气水相渗曲线,但不同拟合方式所得结果不同。为确保计算的气水相渗曲线数据更加合理,通过实例对比4种含水率拟合方式优缺点,并根据对数函数与反正切函数图像变化规律和相渗曲线变化特点,提出将上述2种函数相结合的非线性函数拟合方式。结果表明:使用非线性函数求解含水率更合理,最终计算的气水相渗曲线数据,更能体现岩心产水量前期迅速上升、后期缓慢增加的变化特征,更符合数据实际变化规律。通过实例分析表明该方法具有较好的普适性,能够更好地反映岩心孔隙内部气水渗流规律。

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。

基于机器学习方法的海洋天然气水合物水平井降压开采模拟—优化耦合模型

由天然气水合物(以下简称水合物)开采引起的含水合物沉积层力学变形问题不能被忽视,因其直接威胁到海域水合物的安全开采。为了找到甲烷累计产气量最优值与地层稳定性的关系,基于机器学习方法形成模拟-优化耦合技术,构建起水合物降压开采传热-流动-力学数值模拟模型、可以替代数值模拟模型的机器学习模型和以甲烷累计产气量最优为目标的混合整数非线性规划优化模型;在此基础上,选取南海北部神狐海域厚层Ⅱ类水合物藏W11站位为研究对象,获得了海底面沉降量约束下的水合物储层甲烷累计产气量及相对应的最优开采方案参数。研究结果表明:①模拟-优化耦合技术的关键是机器学习方法的运用,基于径向基函数人工神经网络方法而建立的替代模型计算精度较高,可以替代模拟模型来确定输入输出变量的关系,从而摆脱既定方案的限制,找到全局最优解;②模拟-优化耦合技术可以解决受含水合物沉积层力学响应特征影响的水合物开采方案优选问题,根据试采工程安全要求改变海底面沉降量最大允许值,可以计算得到相应的甲烷累计产气量,以及降压幅度、开采时间、井位布置、水平井段长度等最优开采方案参数;③随着最大允许沉降量增大,甲烷累计产气量增大,二者满足正相关关系;④海底面沉降量随着开采时间增长而增大,也随降压幅度增大而增大;⑤水合物开采引起海底面沉降主要发生在开采初期,为了获得较高甲烷累计产气量及较小海底面沉降量最大允许值,在开采初期必须减小降压幅度。结论认为,所形成的模拟-优化耦合技术适用性强,可以为水合物安全、高效规模化开采方案的制订提供支撑。

无人船艇在海洋地质调查中的应用及展望

近年来,在海洋地质调查中无人船艇的应用受到越来越多的关注。笔者对无人船艇的基本概念、国内外发展现状、在海洋地质调查中的应用情况等进行了阐述,并分析了无人船艇在海洋地质调查的应用前景和发展趋势。无人船艇搭载地质调查作业系统作为一种新的调查技术和作业方法,已经在海洋地质调查中崭露头角,未来这种智能化的水上作业模式必将有更加广阔的应用前景。

电阻率层析成像技术在岩芯尺度水合物可视化探测中的应用

天然气水合物是重要的非常规能源,通过室内模拟实验模拟水合物赋存环境条件,观察水合物在沉积物中的合成/分解过程及其物性演化规律是揭示实际天然气水合物成藏/分解规律的重要途径。天然气水合物成藏过程中沉积物体系内部变化过程的可视化在线监测已成为天然气水合物室内模拟的重要发展方向之一(Wu Nengyou et al.,2018)。目前已经发展的X-CT成像、Raman成像、电子显微成像、核磁共振成像等技术手段为孔隙尺度的天然气水合物成藏/分解机理研究提供了基础,但大岩芯尺度(~cm)或中试尺度(~m)的水合物系统成像观测技术仍有待进一步完善。

南黄海盆地海相中-古生界地震探测技术攻关历程及效果

南黄海盆地是迄今为止中国近海唯一未发现油气田的大型沉积盆地,具有陆相中-新生界和海相中-古生界2套油气勘探层系。海相中-古生界厚度大、分布广,地震资料成像品质差一直是制约其油气勘探的关键问题。针对中-古生界的地震探测技术攻关经历了地震地质研究、技术攻关和技术突破与应用3个阶段。在第1阶段工作的基础上,以区内地震地质条件与岩石物性分析为先导,以物探船不断更新和地震仪器设备升级换代为手段,以大量理论模拟、针对性室内物理模拟和持续海上试验为方法,通过采集参数不断优化,最终形成了以"高覆盖次数、富低频信号、强震源能量"为特征的"高富强"地震探测技术,突破了技术瓶颈。应用该技术,在原来为空白反射的崂山隆起发现了海相中-古生界3套可连续追踪对比的地震反射标志层组,识别出7个反射界面,建立了地层层序,揭示了残留盆地构造特征,预测了油气远景区,优选出高石稳定带为有利区带,圈定了重点构造,锁定了钻探目标,为南黄海盆地新层系油气勘查突破创造了条件,为下一步勘探指明了方向。"高富强"地震探测技术对拓展中国海域找油空间、加快海域深部油气资源勘探和开发利用具有重要意义,对全球具有类似地震地质条件海域的油气勘探具有实际应用价值。

海洋天然气水合物储层蠕变行为的主控因素与研究展望

蠕变是指沉积物在特定应力状态下变形与时间的关系,属于沉积物的固有力学属性。厘清海洋天然气水合物开采过程中储层蠕变的主控因素及其控制机理,对量化评价潜在工程地质风险的发生和演变规律具有重要意义。本文将在综述海洋天然气水合物储层破坏特征的基础上,梳理海洋天然气水合物储层蠕变特征及主控因素,厘清关键科学问题;结合最新研究成果,阐述天然气水合物储层蠕变特征多尺度表征与探测技术体系的基本内涵,简要探讨该领域的未来研究方向。初步分析认为,海洋天然气水合物开采过程中储层蠕变行为是水合物本身及其分解产出过程中的应力、温度、渗流等动态因素综合作用的结果,现有蠕变本构模型无法完全反映上述相变-传热-渗流-应力多场多相多组分耦合过程。为建立适合南海北部水合物储层的蠕变本构,进而为后续开采工程安全设计提供理论支撑,建议从天然气水合物储层的力学性能弱化特征及蠕变各阶段的时效参数两方面入手,从分子尺度、纳微尺度、岩心尺度、中试尺度、矿藏尺度5个层面,建立天然气水合物储层蠕变行为的跨尺度研究方法体系;以南海实际储层样品为研究对象,剖析天然气水合物开采过程中储层蠕变行为的主控因素。

滨海基岩城市地质调查成果应用探索与理论技术创新——以青岛市为例

城市地质工作是未来地质工作的重要发展方向,已成为城市规划建设和经济社会发展的重要基础支撑。系统阐述了青岛市城市地质工作定位、服务成效、理论和技术创新以及未来青岛城市地质工作战略思考。2018年以来,中国地质调查局组织实施的青岛多要素城市地质调查项目,在服务青岛市国土空间规划、重大工程建设规划论证、海岸带生态环境保护与修复、自然资源管理中心工作等方面成效显著,并实现了滨海基岩城市地质调查理论与技术的创新。强化城市地质服务经济社会发展的先行性作用,加强监测预警与实现多网融合,有效解决与城市发展和城市居民生活密切相关的重大地质问题,是青岛城市地质调查未来发展方向。

全球海洋地球化学调查进展

地球化学参数是与气候、环境、生态、资源等关系最为密切的指标之一,过去几十年中在矿产资源勘查、环境保护等领域得到了充分应用。海洋地球化学调查和研究工作也在不断深入,但缺少类似陆地地球化学填图那样系统的专项工作,对全球海洋资源、环境的评估与研究的支撑作用仍不够明显,元素含量及同位素组成等在全球海洋中的分布趋势仍认识不足。笔者对全球海洋沉积物、岩石、结核结壳和水体的无机地球化学调查进展进行了系统梳理,全面介绍了目前已开展的工作和取得的主要成果,以期为全球尺度地球化学研究提供重要参考。

青岛古镇口创新示范区土地质量评价及规划利用

分析了青岛市古镇口创新示范区表层土壤中重金属(砷、铬、镉、铜、汞、铅、镍、锌)和土壤肥力相关的pH、有机质、全氮、全磷、全钾等元素的分布特征及其成因,参照相关土地质量地球化学评价规范和标准,对土壤养分和环境进行综合评价,在评价的基础上,提出了研究区土地规划利用可调整的建议。结果显示,研究区土壤元素组成主要受成土母岩控制,在人类活动较频繁区域,汞以及氮、磷含量富集明显。整体而言,研究区土壤养分综合评价较差,土壤肥力较低,土壤环境质量安全清洁(约90%)。相较于其他重金属,Cu元素背景值较高,局部有富集现象,是造成研究区土壤污染风险的主要因素,建议在土壤重金属污染区实行土壤和农产品联合监测。

含水合物沉积物电阻率演化规律实验研究进展

电阻率对沉积物组成和微观结构具有极高敏感性,是反映水合物生成分解过程物性演化的重要参数。然而由于影响因素复杂,人们对电阻率随CH4水合物生成分解的演化规律仍不清楚。对含CH4水合物沉积物的电阻率实验研究进展进行了梳理,分析了电阻率的主要影响因素,总结了纯水、盐水、非饱和水等不同体系中水合物生成分解过程电阻率演化规律。研究认为,在纯水沉积物中,电阻率随着水合物的生成不断增大;在盐水沉积物中,成核阶段的排盐效应以及生长阶段的重结晶或Ostwald熟化现象都会导致沉积物电阻率的降低;对非饱和水沉积物,气体和水在重力、毛细管力作用下、孔隙溶液离子在渗透和扩散作用下,都对沉积物电阻率造成影响。基于上述分析,提出了水合物生成过程模型,探讨了电学特性实验研究未来发展方向,对水合物电学研究具有一定的参考意义。

基于卷积神经网络的海洋地震勘探拖缆混采数据分离

近年来,混合震源采集技术在海洋勘探中发展迅速,由于其高效的采集方式,以及能够获取高质量的地震数据而受到青睐。对混合震源数据进行有效的混采分离是混合震源采集技术成败的关键,本文结合近年来发展火热的卷积神经网络(CNN)方法并根据地震资料的特点,提出了一种基于神经网络模型的数据驱动混采分离方法。通过制作的两万余个样本的混采数据集进行训练,获得混采分离模型,通过测试集的试验以及与常规混采分离方法进行对比,结果表明本文采用的CNN混采分离方法具有较高的分离精度,且效率很高。

PDC钻头随钻地震技术在胜利油田某井区的应用探索

本文分析了聚晶金刚石复合片钻头(Polycrystalline diamond compact bit,PDC)破岩机制以及钻进过程中所产生的波场特征,采集获得了波场信息丰富的三分量随钻地震数据,经精细预处理后,成功分离获得高信噪比横波信息,基于此求取了精度较高的横波层速度,进而实现了PDC钻头随钻地震资料反射波成像,实现了PDC钻头随钻地震在胜利油田某井区的成功应用。本文技术的成功探索,为我国石油钻井中PDC钻头随钻地震的工程应用指明了方向。

测井约束的海洋CSEM反演及其在南黄海中部隆起区勘探应用

海洋可控源电磁法(Controlled-Source ElectroMagnetic,CSEM)对于油气储藏饱和度判别具有较高的敏感性,这为其用于油气储藏检测奠定了基础。但是海洋CSEM相较于地震勘探而言对异常体的垂向分辨率较低,这为海洋CSEM资料反演异常体垂向结构带来困难。由于测井数据具有垂向分辨率高的特点,蕴含丰富的电阻率和深度等信息,测井信息的引入可在一定程度上改善海洋CSEM资料垂向分辨率低的不足。将测井数据作为先验信息引入目标函数的模型加权矩阵中,引导反演的迭代方向,并根据测井信息对电阻率垂向变化区域进行局部细化,精细刻画细化区域的电阻率变化,进而提高海洋CSEM反演的垂向分辨率,逼近反演的最优解。在南黄海中部隆起区的应用中,对海洋CSEM实测数据进行测井约束反演,其结果表明,测井约束的海洋CSEM反演结果不仅呈现了地电断面的基本结构,而且还能突出垂向发生明显变化的层位,表现出较高的垂向分辨率。

气体水合物生成实验过程动态监测:一种新的ERT方法及其效果分析

现阶段适用于天然气水合物资源开采过程获得其空间分布变化的现场监测技术仍不完善。以电阻率层析成像(ERT)技术为基础,研发一套新的ERT阵列(由两组平行的垂向电极组合而成,每组阵列有24个环形电极)应用于水合物储层动态变化监测模拟实验。通过开展物理模拟实验,采用新的ERT方法对水合物生成过程进行了动态监测,并分析了动态监测方法的应用效果。通过对实验数据统计分析,92%的数据标准偏差小于5%,证实该装置获取的电学数据资料具有较高质量。通过对高阻介质模拟实验,发现温度压力条件的变化对ERT监测结果影响较小,成像结果显示饱含3.5%NaCl溶液的沉积物电阻率约为1Ω·m与阿尔奇公式计算所得电阻率基本一致,验证了其具有较高的适用性。新的ERT方法有效地监测了水合物生成过程中电阻率变化,平均电阻率随着水合物的生成从0.95Ω·m增大至1.95Ω·m并观察到"爬壁效应",证明其在水合物监测中具有良好的应用效果,并有助于实现对水合物饱和度空间分布的动态监测。研究成果为开展实验室内水合物生成和分解过程演化研究提供了方法和技术支持,也有助于研发现场天然气水合物储层动态变化监测技术和设备。