海洋天然气水合物地震探测技术进展——从单纵波到多波

海洋天然气水合物是21世纪重要的潜在新能源。针对海洋天然气水合物地震探测技术,从水合物储层的地震识别特征、岩石物理模型以及多波地震技术应用3个方面,分析了在针对不同类型水合物储层时现有岩石物理模型的诸多不适应性;介绍了单纯利用海洋高分辨率纵波技术识别水合物储层、预测水合物饱和度的效果及其局限性;从纵波似海底反射(BSR)及地震空白带(SBZ)识别标志与水合物储层指示关系的非唯一性角度阐明了联合使用纵波和横波进行水合物储层识别与饱和度估算的优势,指出海洋水合物多波地震技术发展中面临的提高海底地震仪(OBS)数据处理与成像精度、建立兼顾温压条件的岩石物理模型等亟需解决的问题;最后提出了基于水合物储层薄(互)层模型的弹性波响应研究、利用地震技术动态监测水合物储层空间分布及饱和度变化等未来的主要研究方向,以推动水合物勘探开发的地震技术发展。     

海洋天然气水合物试采关键技术

针对海洋天然气水合物开发技术与常规海洋油气开发技术的异同,分析了海洋天然气水合物储层特性和试采面临的挑战,介绍了天然气水合物试采关键技术,包括控压钻井技术、套管钻井技术、抑制性钻井液、钻井液冷却系统、低温低放热水泥浆体系、完井技术、开采方式优选和储层及环境监测技术等,指出了我国海洋天然气水合物试采应围绕水合物物理力学性质、安全成井、连续排采与防砂、开采方法适应性评价、试采过程储层参数和地层形变监测等技术难题开展研究,通过示范工程,形成海洋天然气水合物试采技术体系,为我国海洋天然气水合物的高效开发提供技术支撑。      

天然气水合物取样装置的研究现状及进展

天然气水合物是一种潜在的巨大能源,发展天然气水合物勘探技术,准确确定天然气水合物的分布与蕴藏量,对我国天然气水合物产业的建立具有至关重要的作用。在调研国内外相关资料的基础上,介绍了目前国内外天然气水合物取样装置的研究现状,包括深海潜水观测取样装置、深海浅孔取样装置和深海深孔取样装置。并建议开展海洋钻井船的研制工作,可优先考虑将石油勘探钻井船改装成天然气水合物勘探钻井船;同时还要保证其取样位置的稳定性,可采取动平衡原理,通过涡轮旋转来抵消海流的作用。与深海深孔取样技术配套的海洋钻井船,可实现对深海的天然气水合物的钻探取样工作。     

深海天然气及其水合物开发模式与钻采技术探讨

中国南海的石油天然气资源十分丰富,但其大多数都埋藏于深水区,油气勘探开发工作面临着许多难题和挑战。历经多年的探索与实践,我国海洋油气钻探工程已经实现了从浅水(水深300 m以内)到超深水(水深超过1 500 m)的跨越,并在南海发现了丰富的天然气与海域天然气水合物(以下简称水合物)资源,亟待进行安全高效开发,因而对相应的天然气及其水合物高效开发模式与技术支撑体系提出了迫切的需求。为此,针对深海天然气及其水合物安全高效开发的重大课题,提出了适用于常规天然气的"水平井或复杂结构井浮式钻完井+水下钻采系统+浮式生产、集输与浮式液化天然气生产储卸装置(FLNG)处理系统+船运外输"的开发模式及其技术支撑体系,以及适用于非常规天然气——海域天然气水合物的"水平井或复杂结构井浮式钻完井+水合物原位分解开采+水下或浮式生产与集输处理系统+管道或船运外输"的开发模式及其技术支撑体系;论述了大位移井、"U"形井等先进井型的开发模式及其适用的海洋地质环境,并给出了"U"形井的连通控制模型;此外,还介绍了与深水钻井力学和设计控制技术相关的研究进展。结论认为,建立先进适用的工程模式及其技术支撑体系,寻求实现"地质—工程—市场"一体化的解决方案,同时加强相关的信息化与智能化建设,是深海天然气及其水合物安全高效开发的关键之所在。     

南海神狐海域天然气水合物降压开采过程中储层的稳定性

储层稳定性是天然气水合物(以下简称水合物)开采所面临的关键问题之一,也是确保水合物安全高效开采的前提,目前相关的研究较少。为了分析降压法开采南海神狐海域水合物过程中储层的稳定性,根据该海域水合物的钻探资料,建立三维水合物降压开采地质模型,采用非结构网格对模型进行离散;在综合考虑水合物开采过程中的传热传质过程和沉积物变形过程的基础上,建立了热—流—固—化四场耦合的数学模型;基于非结构网格技术,采用有限单元方法对模型求解,获得水合物降压开采条件下的储层孔隙压力、温度、水合物饱和度和应力的时空演化特征,进而分析研究了该海域水合物降压开采过程中储层沉降、应力分布和稳定性。结果表明:(1)储层渗透率越大、井底降压幅度越大,沉降量越大,沉降速度越快;(2)开采过程中储层孔隙压力减小会导致有效应力增加,且近井处剪应力增加较明显,易发生剪切破坏;(3)储层有效应力的增加导致了储层沉降,沉降主要发生在开采的早期,开采60 d,储层最大沉降为32 mm,海底面最大沉降为14 mm。结论认为,南海神狐海域水合物储层渗透率低,储层压力降低的影响范围有限,在60 d的开采时间内,储层不会发生剪切破坏。     

海洋天然气水合物开采潜力地质评价指标研究：理论与方法

中国南海北部大陆坡具有良好的天然气水合物（以下简称水合物）资源前景,但目前还没有针对海洋水合物藏开采潜力的地质评价指标,无法对水合物藏进行简单高效的开采潜力评价预测。为此,重点分析了与产气潜力密切相关的地质参数（水合物层的孔隙度,水合物初始饱和度,储层渗透率,导热系数,储层上、下盖层的渗透性,储层的初始温度和初始压力）对产气潜力的影响情况。结果发现,在其他条件和参数不变的情况下：①水合物储层孔隙度越大,水合物分解产气速率越快;②水合物饱和度越高,初始产气效率较低,但总体产气开发效益较高;③水合物储层绝对渗透率越大,水合物分解和产气效率越高;④水合物储层导热系数对水合物分解产气效率影响不大;⑤盖层的存在有利于提高水合物的分解效率和气体的长期稳定生产;⑥水合物储层初始温度越高越有利于水合物快速分解;⑦当地层初始压力越高且离水合物相平衡边界越近时,水合物藏产气开发效率也越高。在此基础上,提出了水合物开采潜力地质评价指标研究的目标、内容、技术路线和方法。     

综合信息

我国将大力发展深海探测技术9月4日,国家海洋局局长孙志辉在全国海洋科技大会上宣布,我国将以完成7000米载人潜器研制为重点,大力发展深海探测技术体系。我国"十一五"大洋工作的主要目标就是以寻求和占有战略资源为核心,大力发展深海技术,持续开展深海勘查,适时建立深海产业,增强我国发现、圈定和开发深海资源的国际竞争力。     

天然气水合物开发研究方向的思考与建议

天然气水合物作为21世纪新型的洁净能源资源,被认为是未来最具商业开发前景的战略资源之一。系统阐述了天然气水合物开发研究进展,对天然气水合物开发研究方向进行了思考,在此基础上提出了未来天然气水合物开发研究方向的几点建议,主要包括:①将天然气水合物矿体整个地质背景作为研究对象;②从开发角度将天然气水合物藏分成成岩和非成岩两大类,并细分为6级;③加强天然气水合物、浅层气、常规气等三气合采研究;④同时研究开发天然气水合物及下覆浅层气;⑤针对不同开发模式开展对应的环保措施研究;⑥加大天然气水合物富集区描述和丰度定量表征相关技术研究。本文对天然气水合物开发研究方向的思考及建议可为天然气水合物研究提供借鉴。     

深海天然气及其水合物开发模式与钻采技术探讨

中国南海的石油天然气资源十分丰富,但其大多数都埋藏于深水区,油气勘探开发工作面临着许多难题和挑战。历经多年的探索与实践,我国海洋油气钻探工程已经实现了从浅水（水深300 m以内）到超深水（水深超过1 500 m）的跨越,并在南海发现了丰富的天然气与海域天然气水合物（以下简称水合物）资源,亟待进行安全高效开发,因而对相应的天然气及其水合物高效开发模式与技术支撑体系提出了迫切的需求。为此,针对深海天然气及其水合物安全高效开发的重大课题,提出了适用于常规天然气的“水平井或复杂结构井浮式钻完井+水下钻采系统+浮式生产、集输与浮式液化天然气生产储卸装置（FLNG）处理系统+船运外输”的开发模式及其技术支撑体系,以及适用于非常规天然气——海域天然气水合物的“水平井或复杂结构井浮式钻完井+水合物原位分解开采+水下或浮式生产与集输处理系统+管道或船运外输”的开发模式及其技术支撑体系;论述了大位移井、“U”形井等先进井型的开发模式及其适用的海洋地质环境,并给出了“U”形井的连通控制模型;此外,还介绍了与深水钻井力学和设计控制技术相关的研究进展。结论认为,建立先进适用的工程模式及其技术支撑体系,寻求实现“地质—工程—市场”一体化的解决方案,同时加强相关的信息化与智能化建设,是深海天然气及其水合物安全高效开发的关键之所在。     

中国海洋油气钻完井技术的进展与展望

海上油气生产已经成为保障国家能源安全的重要增长极。为了破解中国海上油气生产关键核心技术积累不足、工具装备基础薄弱、难以支撑重要领域的优快发展等技术难题,中国海洋石油集团有限公司(以下简称中国海油)在"十三五"期间,立足科技自主创新,通过理论研究、关键技术攻关与试验,攻克了一系列核心技术难题。所取得的成果包括:(1)突破了渤海中深层高效钻完井、海上规模化稠油热采、深水油气田开发、南海高温高压钻完井、非常规油气增产、海上应急救援等关键技术,成功投产了我国首个自营超深水"深海一号"大气田,实现了水深由300到1 500 m、由勘探到开发的跨越;(2)研发了随钻测井与旋转导向钻井系统、深水钻井表层导管、水下应急封井装置、水下井口采油树等关键工具装备,推进了中国海洋石油工业的高质量发展。进而提出建议,中国海油未来应加强科技自主创新,加快进军深海油气的步伐,在复杂领域的钻完井技术与装备材料持续国产化等油气增储上产关键核心技术、多气合采试开发技术体系与地热等绿色能源转型上持续攻关,以期为保障国家能源安全、建设海洋强国做出更大的贡献。     

征服深海 实现大洋战略布局

中国走向深海远海,无疑是提高海洋资源开发能力的选择,也是中国海工装备制造业做强的战略机遇,更是中国建成海洋强国的必然与世界海洋强国相比,我们对海洋开发的重视程度与投入显然还不够,中国从海洋大国到海洋强国。     

中国深海开发步伐加快

深海油气勘探开发,是进入21世纪以来油气行业的"新宠"。目前,世界海洋石油工业总的趋势是走向深海。近年来,中国不断加快进军深海油气资源的步伐,成效日益凸显。打造深海勘探开发利器大型深海装备是"流动的国土",是大力推进海洋石油工业跨越发展的"战略利器"。2012年5月9日,随着"海洋石油981"深水半     

我国启动天然气水合物钻探取心项目

近日，在四川成都召开了国家“863”计划专项“天然气水合物钻探取心关键技术研究”第一次工作会议，标志着我国天然气水合物钻探取心研究正式启动。这一项目的研究开发，对于我国实现可持续发展油气战略和资源接替战略，保障国家能源安全，加快开发应用清洁新能源，都将具有十分重要的战略意义和现实意义。     

天然气水合物储层测井评价及其影响因素

天然气水合物储层准确识别和精细定量评价是自然界水合物开发利用和环境影响研究的基础,而地球物理测井则是除地震和钻探取心外最有效的原位识别和评价方法。电阻率和声波测井是最早应用于水合物储层识别的井内地球物理方法,由于具有较高的准确性和可靠性,二者仍是目前水合物测井的主要方式,并不断衍生出新的技术,如环电阻率、方向电阻率、多极声波测井等;同时,其他如井内成像、密度、电磁波、核磁共振等测井方法也被综合用于识别水合物储层。经过最近20年的发展,水合物系统测井方法已从单一的测井识别发展到运用各种先进的随钻和电缆测井评价复杂地质条件下水合物储层物性的阶段,初步建立了一套基于常规油气系统的水合物系统测井评价理论体系。该套体系对均质孔隙填充型砂质水合物储层具有较好的适用性,但对于非均质性泥质储层(如裂隙、薄层、互层、富泥质)及胶结或骨架支撑形式的水合物储层应用会产生较大的误差。此外,钻井过程中井眼冲蚀和钻井液侵入等外部因素也会影响水合物测井识别和评价结果。通过了解不同测井方法及其最新的研究进展,认为未来水合物测井技术的发展应侧重提高水合物地层识别和评价的准确性,开发复杂条件下水合物储层岩石物理模型,并综合利用地震、测井、岩心分析等方法修正所建立的岩石物理模型和校正实际的测井结果。     

海域天然气水合物产业与技术发展及对策建议

天然气水合物97%的资源量分布在海洋,且主要在深海区。作为一种潜在的新能源,世界科技大国竞相开展相关研究攻关和现场试采试验。我国于2017年和2020年两次在南海海域成功实施天然气水合物试采,创造了产气总量最大、日均产气最高的两项世界纪录。日本也开展了两次海域天然气水合物试采。基于我国海域天然气水合物资源勘查和试采现状,指出产业化关键影响因素包括试采工艺技术、产业政策等。应着力加快深海泥质粉砂矿体的资源评价和开采技术研发,带动深海钻探及采气装备制造国产化,建议政府、企业、产业加强协作,加快推进我国海域天然气水合物产业化进程。     

钻井过程中甲烷水合物的分解特性研究

很多国家都加大了对海底天然气水合物的勘探和研究的力度。对于海底天然气水合物的勘探除了进行BSR物理探测以外，最直接的证据就是进行海底钻探取样。但是在海洋钻探过程中，海底水合物的分解容易引起钻探事故，其勘探和开采难度大，成为科学研究的难点。为此，人工合成了甲烷水合物，并应用微型钻井系统模拟海底天然气水合物钻井过程，研究了在钻井过程中水合物的分解特性。在微型钻井过程中，对几种不同性质的钻井液对水合物分解特性的影响进行了对比分析，研究结果对海底天然气水合物钻探取样具有重要的参考价值。     

海洋CSEM探测海底天然气水合物的有效异常研究

鉴于海洋CSEM响应对海底地层的电性变化比较灵敏,故可以依据水合物储层和围岩沉积层的CSEM响应差异,确定海底天然气水合物储层的分布范围。在考虑噪声情况下,通过建立一维含水合物储层模型,正演计算获得CSEM响应,进而求得有效异常、综合分析有效异常与发射频率及收发距的关系。研究表明,电磁响应的有效异常可用于确定合适的勘探频率,并由此获得相应的归一化振幅比和相位差曲线,利用有效异常对水合物储层电阻率变化十分灵敏的特性,寻找水合物储层,证明海洋CSEM探测海底天然气水合物的可行性。     

中国煤层气开发实践与建议

将美国、澳大利亚等煤层气生产大国的开发经验简单套用于我国的煤层气开发存在着明显的不适应性。随着以沁水盆地、鄂尔多斯盆地东缘等煤层气主力产区为代表的中高煤阶煤层相继投入煤层气规模开发,总结我国煤层气的开发实践对于规避开发风险和提高开发再实践水平都具有重要的意义。为此,在研究我国煤层气资源特征的基础上,归纳了开发实践所取得的进展和效果,进而对煤层气开发前期评价、地质与气藏工程研究、工程技术的选择等3个方面提出了具体建议。研究结果表明:(1)我国煤层气具有资源量大、类型多、储层条件较差、单井产量较低、产量爬坡期较长的特征;(2)重视开发前期评价、开发方案与调整方案的编制、开发理论与技术的创新,以及工程施工的过程管理是煤层气成功开发的保障;(3)开发前期评价工作内容与节奏的合理设置是煤层气成功开发的基础,针对不同的地质条件应有所区别;(4)储层评价、动态跟踪评价、井网与井型的优选、多层合采的选择是编制煤层气合理开发方案的核心;(5)储层保护与改造、排采管控技术和低成本战略是工程技术的发展重点。结论认为,做好开发前期评价、地质与气藏工程研究、工程技术创新等3个方面的工作是成功开发煤层气的前提和关键。     

海洋天然气水合物开采增产新技术可行性研究

海洋天然气水合物由于赋存资源量大、埋藏深度浅、能量密度高等特点，成为了一种极具开采价值的清洁能源。然而，由于海洋水合物的赋存环境和储层特性，当前以降压为主要方法的水合物试采出现了“单井产量低、开采时间短、砂堵无法解决”等技术瓶颈，严重制约了水合物的产业化进程。文章从如何提高低渗储层开采效率、解决砂堵等角度出发，基于安全高效、环保低碳的理念，创新性地提出了“储层改造技术、多井联采和气举排砂开采”组合技术方案。通过室内测试得出研发的储层改造剂固化后使土样抗压强度至少提高了78.5%,垂直渗透系数提高了17.8倍。数值模拟结果显示，在注入压力15.6 MPa、气体注入速度1.5 m/s的条件下，流体的稳定上返速度达到了10～14 m/s,能够有效将井底的沉砂排到井口。通过上述研究验证了储层改造和气举排砂的可行性，为提高储层渗透性、解决砂堵提供了新的方法，有助于支撑海洋天然气水合物高效、长期、绿色开发。     

深水浅层非成岩天然气水合物固态流化试采技术研究及进展

基于我国海域天然气水合物钻探取样储层具有埋深浅、无致密盖层、非成岩、弱胶结、易于碎化等特点,提出了针对深水浅层非成岩天然气水合物固态流化试采方案,其核心思想是将深水浅层非成岩天然气水合物矿体通过机械破碎流化转移到密闭的气、液、固多相举升管道内,利用举升过程中海水温度升高、静水压力降低的自然规律使水合物逐步气化,变非成岩天然气水合物分解过程的不可控为可控,实现深水浅层天然气水合物安全试采;其工程实施策略为目标勘探确定井位、随钻测井证实水合物层位、钻探取样及分析作为试采实施依据,即在钻探取样获取岩心后确定水合物有效层位,依托深水工程勘察船、采用无隔水管钻杆钻进至水合物层后固井并建立井口,采用自主的井下喷射工艺使含水合物沉积物在举升过程中自然分解,利用密度差实现部分砂回填,其余气、液、固流化物返回地面测试流程,经过高效分离、气体储集、放喷等技术实现快速点火测试。2017年5月,中国海油在南海北部荔湾3站位依托深水工程勘察船"海洋石油708",利用完全自主研制技术、工艺和装备,在水深1 310 m、水合物矿体埋深117~196 m处,在全球首次成功实施海洋浅层非成岩天然气水合物固态流化试采作业,标志着我国已在具有自主知识产权的天然气水合物勘探开发关键技术上取得历史性突破。