不同井型下的天然气水合物降压开采产气产水规律

目前的研究成果表明，降压法及其改良方案可能是实现海域天然气水合物（以下简称水合物）高效开采的最佳途径，但现有降压条件下的产气能力距离水合物商业开发需求仍存在着不小的差距，因而提高水合物藏分解效率、提升储层气液运移产出能力，进而形成安全高效的水合物开采新方法，是水合物开发过程中急需解决的瓶颈问题。为此，利用自制的水合物复杂结构井模拟实验装置，分别开展了垂直井、水平二分支井（夹角90°）开采水合物的实验室模拟实验，据此分析不同开采条件下各井型的产气、产水规律。研究结果表明：①垂直井与分支井开采中，降压幅度是控制前期产气速率的主要因素，而后期环境温度对水合物分解量的影响则逐渐加强；②井型对水合物开采产能具有明显的控制作用——垂直井开采降压幅度越大，产气情况越好，但实验尺度下累计产水量则相差不大，水平二分支井（夹角90°）开采过程中，产气速率比射孔面积相同的垂直井更高，波动较小，但初始阶段产水明显；③降压—热激联合作用更有利于水合物的分解和稳定产气，在其联合作用下，水平二分支井（夹角90°）比垂直井更有利于水合物的长期稳产。     

双井式增强型地热系统产能和阻抗数值模拟研究

以美国沙漠峰增强型地热系统资料为依据,建立双井式增强型地热系统的概念模型和数值模型。结果表明定流量循环条件下生产过程包括稳定和衰减2个阶段。在30 a开采期内,电能功率为4.65~4.54 MW,水流阻抗为0.006~0.040 MPa/(kg/s);较大的井距和合适的流体产量能减缓电能功率的衰减,而在一定范围内储层渗透率对电能功率影响很小;在一定范围内较高的储层渗透率能显著降低水流阻抗,而较大的井距和较高的流体产量将增加水流阻抗,但效果并不明显。     

天然气水合物资源量估算研究进展及展望

天然气水合物资源量对天然气水合物在能源和环境中的地位与作用极为重要,本文综述了40多年来世界各国学者对全球天然气水合物资源量的研究成果,将天然气水合物资源量的估算研究分为三个阶段：初始阶段（1970s ~ 1980s早期）;发展阶段（1980s ~ 2000s早期）;理性阶段（2000s ~ 目前）。研究认为：随着天然气水合物勘探开发研究程度的加深,从一个阶段到另一个阶段全球天然气水合物中甲烷量估算值至少降低了一个数量级,天然气水合物实际样品的获得使得水合物资源量估算方法日趋完善,估算参数更加接近实际地质情况,估算值更加趋于理性,目前反映全球海底天然气水合物资源量的合理范围为（1 ~ 3）× 10¹⁵ m³。     

运聚体系—天然气水合物不均匀性分布的关键控制因素初探

海域天然气水合物的聚集和分布呈现出明显的不均匀性。本文运用“天然气水合物油气系统”的理论和方法,从墨西哥湾、布莱克海台、水合物脊、南海海槽等国际典型水合物赋存区的稳定条件、气体组分和来源、流体运移、沉积条件四个方面解剖各区水合物的成藏控制因素。通过分析和对比认识到水合物赋存区的范围相对较小,海底温度和压力可视为均一条件,热成因气和生物成因气均可作为水合物的气体来源,同一个区域内的气体组分相对稳定,但有利沉积体和为含气流体运移提供通道的运移条件,也即“天然气水合物运聚体系”是控制水合物分布的关键因素。南海北部陆坡神狐海域水合物储集于颗粒相对较粗、孔隙空间相对较大沉积体中,而下部的气烟囱和断层构成了神狐海域的含气流体运移通道,这种有利的运聚体系有机结合可能是天然气水合物富集的关键因素。因此,针对水合物储集体的精细沉积学解释和流体运移通道的解剖,可能是南海北部陆坡天然气水合物勘探中需要引起重视的一个方向。     

南海东部沉积物中烃类化合物的地球化学特征

采用色谱和色谱-质谱技术测定了南海东部沉积物柱样HD196A中的有机物,共检测出正构烷烃、类异戊二烯烃、支链烷烃和多环芳烃等90多种烃类化合物.对样品柱中部的HD196A-30子样(3.40 m)和近底部的HD196A-55子样(6.20 m)进行了地球化学特征分析.由正构烷烃分布曲线的形状、碳数范围、主峰位置以及CPI值和OEP值等特征可见,沉积物中的有机质主要来源于陆地高等植物、海洋浮游生物藻类和细菌源共存物,并以源于陆源高等植物的有机质占优势.同时,多环芳烃中菲系列成熟度参数的分布反映了该区沉积物成熟度较高.在样品中检测到角鲨烯,表明这一地区存在生物甲烷合成和细菌作用,具有生成油气及天然气水合物可能性.从柱状样品的中部到底部,S₈相对浓度的急剧增加,表示底部子样接近了硫酸盐甲烷交接带.结合区域构造背景和分析结果表明,HD196A站位具有天然气水合物形成的气源条件和温压条件.该区已有的研究资料报道的高值异常区与本次研究站位相吻合,显示该海区具有烃渗漏来源,是海底油、气和天然气水合物勘探的有利地区.     

天然气水合物的形成条件及勘探现状

天然气水合物(又称可燃冰)作为特定区域的新型烃类资源,是在一定温压条件下,由水与天然气(主要是甲烷气)结合形成的一种外观似冰的白色结晶固体。它主要赋存于深海陆坡和陆隆的浅部沉积层内。作为未来能源,它具有清洁、能量密度高、分布广、规模大、埋深浅、成藏物化条件好等特点。我国的南海陆坡、陆隆区,具有被动大陆边缘构造特征,分布有许多含油气沉积盆地。晚中新世以来,这些盆地的区域沉降剧烈,构造活动平静,沉积速率大,海洋有机物沉积十分丰富,具有天然气水合物形成的物源、温度压力、构造等地质和成矿条件。1999年以来,广州海洋地质调查局在南海北部东沙、神狐、西沙和琼东南4个海域实施了9年的水合物专项调查,完成18个航次的综合调查与研究,相继发现多处天然气水合物的地震标志(拟海底反射层,即BSR)、地质标志和地球化学标志,于2007年5月成功钻获天然气水合物样品,成为继美国、日本、印度之后第4个采到水合物实物样品的国家。     

南海北部Site 3A站位沉积物地球化学特征及其对甲烷渗漏的指示*

南海北部陆坡具有较好的水合物成藏潜力,而甲烷渗漏区的地球化学特征和沉积环境以及自生矿物的关系对天然气水合物的勘探和开采有重要指示意义。选取南海北部陆坡Site 3A站位柱状沉积物作为研究对象,通过对其主微量元素、五种形态的磷、不同形态的铁、铬还原硫（CRS）、硫同位素以及有机碳值等数据进行地球化学特征分析。结果表明,南海北部Site 3A站位柱状沉积物主要以200 cmbsf深度作为分界线,分成以有机质硫酸盐还原作用为主的上部和以甲烷厌氧氧化（AOM）作用为主的下部,对比上部,下部可指示黄铁矿含量的CRS含量增加,说明该站位存在AOM作用,200 cmbsf深度以下为硫酸盐-甲烷过渡带（SMTZ）。δCe在200 cmbsf深度以下呈现先增大后减小的趋势,说明200 cmbsf深度以下为偏碱性的还原环境。沉积物中的锰、自生磷灰石态磷（P_CFA）、铁结合磷（P_Fe）、可还原性铁（Fe_ox）、磁铁矿铁（Fe_mag）和碳酸盐铁（Fe_cab）的含量变化均受到了AOM作用的影响,下部沉积物中指示富镁方解石含量的Mg/Ca值较高,指示文石含量的Sr/Ca值无明显变化;同时,δ³⁴S并未出现明显的正偏现象,而200 cmbsf深度以下CRS和总硫（TS）的含量只是略有增加,说明该地区主要以低渗漏或甲烷扩散为主。     

介观孔隙中天然气水合物生成过程模拟

目前,对沉积物中天然气水合物（以下简称水合物）的生成过程研究大部分集中在实验研究以及水合物生成的本征动力学方面,在孔隙尺度方面缺乏对水合物生成过程的全方位考虑。为此,从介观角度出发,结合实验模拟结果,研究了沉积物孔隙中甲烷及二氧化碳水合物的生成过程。首先对甲烷水合物和二氧化碳水合物在沉积物中的生成过程进行了实验模拟（沉积物样品选用南海浅表层沉积物,粒径为60~100 目）,结果表明：水合物在沉积物孔隙中的生成过程比较平缓,体系温度基本没有大的变化;在初始阶段水合物生成量比较大,随着反应的进行,水合物生成速率逐渐减小。在实验的基础上,以孔隙水中溶解气体的浓度为变量,从介观角度数值模拟了甲烷水合物和二氧化碳水合物在沉积物中的生成过程,并以单个沉积物孔隙空间的水合物生成表征沉积物体系内水合物的生成特性。结论认为：沉积物颗粒堆积孔隙内部的水合物先在沉积物壁面处生成,然后水合物层逐渐加厚,向孔隙中心生长,水合物呈层状生成,最后填满整个沉积物颗粒孔隙;伴随着水合物的生成,沉积物体系孔隙率降低。通过模拟计算得到的水合物转化率与实验结果进行对比,其误差范围介于3%~7%,表明该模型具有较强的可靠性。     

非晶硅薄膜太阳电池的数值优化研究

基于Sentaurus TCAD数值分析平台,采用非晶硅的DOS模型对禁带中缺陷态进行表征,建立a-Si:H薄膜太阳电池的二维数值模型。对P-I-N结构的非晶硅太阳电池的本征区、P型区、N区以及P/I界面的特性进行研究,得到参数与薄膜太阳电池性能之间的关系。通过电池物理和结构参数的优化,在界面处引入ZnO作为反射层,优化得到太阳电池填充因子为74.7%,AM1.5下光电转换效率为10.1%,表明采用TCAD数值仿真可有效用于非晶硅太阳电池本征参数和反射层的优化设计,提高电池转换效率。     

空气的压缩性对湍流边界层流场时均量的影响

为研究空气的压缩性对湍流边界层流场时均量的影响,对来流Mach数(Ma)分别为0.058、0.233、0.466、0.874和1.457的二维、定常边界层湍流流场进行了数值模拟计算。结果表明:空气的压缩性对速度边界层和温度边界层粘性底层区速度和温度分布影响较小,但会使完全湍流区速度和速度梯度、温度和温度梯度变大;对分子扩散过程影响极小,而对湍流扩散过程影响较大;当局部Reynolds数大于1×106且来流Ma大于0.466时,使得平板局部摩擦阻力系数较不可压缩态变小,而局部传热系数较不可压缩态变大。比较模拟计算结果和不可压缩态下经验公式的计算结果表明,模拟计算结果真实可靠。