天然气水合物区域下临界压力条件下的游离气储层

古海洋数据表明,甲烷水合物在全球气候变化中起着重要的作用.然而,人们对全球气候变暖期间可能引起甲烷释放的机理却了解得甚少.尤其是在天然气水合物区域下面的游离气带的大小和作用,大都因为其游离气带的底界并不是一个相界,而相对来说并不受限制,所以也就无法进行系统描述.在本文中,我们评价了在上伏沉积物中,通过由断层滑动所引起的阀盖开关作用而使得连通游离气带的最大厚度在机制上得到调整的可能性.我们所得到的结果表明,临界天然气柱就存在于盆地环境中大多数天然气水合物区域的下面,这意味着上述这些区域就是引起机械断裂的原因,因此,对极端条件下的变化应予以高度重视.据估计,全球游离气储层中甲烷总量的1/6～2/3可能圈闭在水合物中.如果这些气藏沿被动大陆斜坡都是巨厚的,那么我们便可计算出,海底温度每增加5℃就会导致游离气带释放出约2000Gt的甲烷气,同时这也是在全球变暖过程中快速释放甲烷的机理.     

天然气水合物和游离气层的弹性参数异常特征及其在饱和度估算中的应用

 与水饱和沉积层相比，天然气水合物和游离气储集层的地震波速度、泊松比、弹性模量及其比值等弹性参数具有明显的异常特征。对于接触胶结水合物层来说，对饱和度变化最为敏感的弹性参数是横波速度和横波波阻抗；对于非接触胶结水合物层来说，对饱和度变化最为敏感的参数是弹性模量比和纵波速度；对于游离气层来说，对饱和度变化最为敏感的弹性参数是弹性模量比和泊松比。当水合物与岩石骨架呈接触胶结时，水合物层在速度和波阻抗剖面上表现为近似平行于海底的高值异常带，而泊松比剖面却无明显异常。利用对饱和度变化敏感的弹性参数估算水合物和游离气饱和度的精度较高。依据对美国布莱克海台区USGS95-1测线的地震数据进行水合物分析研究，发现该地区的水合物是接触胶结类型，得到该地区的水合物饱和度最大可达20%；下伏游离气层的含量小于2%。     

利用声波速度测井估算海域天然气水合物饱和度

应用针对含水合物地层的TPEM和STPBE岩石物理模型,估算神狐海域水合物钻探区SH2井的天然气水合物饱和度。利用测井和取心样品分析数据确定模型参数,分别在含水合物层段内、外选取样点数据,通过计算数据间欧氏距离定量比较模型预测的声波速度与测井数据间的差异。结果表明2个模型在含水合物地层有相当的适用性,但在不含水合物的地层中TPEM预测的声波速度更接近实测值。这2个模型估算的水合物饱和度与现场孔隙水测试分析得到的结果一致,显示出较好的实用性,TPEM模型预测的饱和度平均值为35.4%,STPBE模型预测的为29%,预测的最大值则分别为67.5%和69.4%。     

利用海洋地震数据估算游离气和天然气水合物的储量

南卡罗纳的ＢlakeRidge海的海洋地震数据和测井资料表明，含天然气水合物的沉积物覆盖于含游离气的沉积层之上导臻了明显的海底地震模拟反射体（ＢＳＲs)。本文将一个理论上的岩石－物理模型应用到该区实际的２Ｄ地震数据中来计算游离气和天然气水合物的饱和度。把高孔隙度的海洋沉积物模拟成一个粒状体系。在该体系中、弹性波速与下列 因素有关：孔隙、有效压力、矿物、孔隙充填物的弹性特征以及孔隙中的水、气和天然气水合物的饱和度等。为了将理论模型应用到实际的地震资料中去，首先要利用叠加速度分析获得了层速度；其次，除了孔隙度水、气和天然气水合物的饱和度以外的输入参数应由地质资料获得。为了利用层间速度估算孔隙度和饱和度，要先假设整个沉积物不含游离气或天然气水合物，再利用岩石物理模型直接由层速度得到孔隙度。这样得到的孔隙度剖面图在含有游离气或天然气水合物的地方存在异常（和在不含气或气水合物的沉积中获得的典型的孔隙度剖面相对比）。在含水合物的区域孔隙度估计不足，而在含游离气的区域孔隙 度估计高，通过从有异常的孔隙度剖面中减去无气或水合物的典型孔隙度计算出剩余孔度。然后在模型中引入气或天然气水合物的饱和度来消除异常。于是，得到了想要的２Ｄ饱和度图。这样获得的气－水合物饱和度的最大值在１３％－１８％之间（与所用模型的版本有关），与在远离测线的ＢlakeRidge钻中得到的值基本吻合，约为１２％，游离气饱和度在１％－２％之间变化，因为饱和度的估算输入的速度值极为敏感，所以精确的速度值是评价储层特征的关键。     

南海沉积物天然气水合物饱和度与电阻率的关系

在天然气水合物勘探中,阿尔奇公式是由电阻率测井数据估算沉积层含水合物饱和度的基本公式,是对含油(气)岩心进行实验总结出的规律。但是对于水合物填充于多孔介质孔隙的沉积物,其电阻率与沉积物的物性以及水合物在孔隙的微观分布状态有关,可能存在一定的非阿尔奇现象,因此采用电阻率估算饱和度需要进行一定的校正。采用交流电桥法测量了3.5 % 盐水饱和的南海沉积物以及水合物在水饱和的沉积物中形成过程中的电阻率数据。水合物形成过程中其电阻率随着含水合物饱和度的增大而增大,尤其在低水合物饱和度(S_h<22 % ),其电阻率随着水合物的生成异常增大,含水合物沉积物的电阻率由水饱和的1.667Ω·m增大到含水合物饱和度为45 % 的2.661Ω·m。对于含水合物的沉积物,其双对数坐标系的电阻率增大指数和含水饱和度并不是阿尔奇公式所描述的直线关系,其饱和度指数n不是定值1.938 6,而随水饱和度S_w的增加而增加。当54.8 % w<78.6 % 时,n小于1.938 6;当S_w>78.6 % 时,n大于1.938 6。     

东沙海域天然气水合物特征分析及饱和度估算

构造控制天然气水合物的赋存,在底辟构造、海底滑坡、活动断层和挤压脊等特殊地质体发育区是天然气水合物成藏的有利区域。不同地质体附近含水合物地层反射振幅强度和连续性各不相同,仅从地震剖面上难以进行准确识别。声波阻抗可以提供丰富的岩性信息。在东沙海域,以大洋钻探1148井的测井资料和叠加速度作为约束条件,采用约束稀疏脉冲反演方法,基于地震资料进行了波阻抗反演,获得了声波阻抗剖面,在声波阻抗剖面上水合物层表现为高声波阻抗异常,水合物层之下出现低声波阻抗异常。通过最小二乘法建立了1148井的声波阻抗与饱和水孔隙度之间的拟合关系式,计算出饱和水地层的孔隙度为40%~50%。基于阿尔奇方程,通过反演的声波阻抗计算了0101地震测线水域的水合物饱和度,其占孔隙空间的比例为10%~20%,含水合物地层呈横向部分连续分布特征。     

大型天然气水合物储层中甲烷的实地直接测量

介绍了对大西洋西部布莱克海岭沉积层天然气水合物和游离中中甲烷的实地直接测定结果。     

智利三岔点附近气水合物带底部的游离气

在智利三岔点附近大洋钻探计划的859号钻孔中,首次对气体水合物层底部的似海底反射层(BSR)的源进行了测井,以揭示产生波阻抗反差的性质。从P波速度估算,在紧接BSP的上部孔隙中水合物不足18％,因此其密集程度不足以引起反射层。BSR是在8m厚的区间内由V_p的急剧下降和可能的密度下降引起。对860号钻孔BSR波型的地震模拟和BSR振幅与偏移距的对比表明,BSR产生于具有低的V_p和剪切波速度的12m区段内,低的波速与该区间内含少量游离气(占孔隙约1％)的情况相一致。     

沉积物中天然气水合物微观分布模式及其声学响应特征

天然气水合物（以下简称水合物）的微观分布与其形成条件、流体运移通道等密切相关,对天然气水合物资源勘探与评价具有重要意义。为了解水合物在固结沉积物和松散沉积物中的微观分布及其声学响应特征,采用超声和时域反射联合探测技术实时测量了沉积物中水合物生成、分解过程中声速等参数的变化情况。结果表明,在固结沉积物中,水合物先在孔隙流体中形成,随后逐渐向骨架靠拢,当饱和度大于30%后水合物开始胶结沉积物颗粒生成,这种胶结模式会圈闭部分孔隙流体,使之因得不到气源的补充而难以形成水合物,因此固结沉积物中水合物饱和度最终为65.5%左右;在松散沉积物中,少量的水合物（饱和度1%左右）胶结沉积物颗粒生成,当饱和度大于1%后水合物开始在孔隙流体中以悬浮状形态生成,由于水合物与沉积物颗粒间尚有流体运移通道,水合物能进一步生成,最终几乎完全充填沉积物孔隙。不同的水合物微观分布特征对沉积物的声速具有不同影响：水合物在孔隙流体中生成时,10%饱和度的水合物对固结沉积物的声速影响不明显;当水合物胶结沉积物颗粒生成时,约1%饱和度的水合物可使松散沉积物的纵波速度增长200~300 m/s。     

Estimation of gas hydrate saturation at the slope in the northwest of South China Sea

Lack of drilling and inversion data is therefore difficult to calculate hydrate saturation in the region of interest. There remains no effective solution in the literature. This study combines the method of impedance index calculation and one-dimensional forward modeling to estimate the upper and lower limits of hydrate saturation. In the current work, the calculation of hydrate saturation includes three steps: (1) The relationship between hydrate saturation and P-wave impedance by equivalent medium theory is established and then is converted into the relationship between hydrate saturation and impedance index. (2) Impedance index of water-bearing and hydrate formation is obtained from the velocity model based on the forward modeling. (3) The upper and lower limits of hydrate saturation are obtained by plugging in the impedance index into the equation of hydrate saturation. This method is just apt for the situation with the range of porosity from 30% to 70%, velocity of matrix grains from 30% to 70%, and in-phase reflections. This study demonstrates that the upper and lower limits of hydrate saturation can be obtained in the region lack of drilling and inversion data.     

砂岩气藏充注含气饱和度实验研究

针对低渗致密砂岩储层充注含气饱和度难以准确测试技术难题,综合考虑储层展布及物性差异特征、充注动力、地温条件、盖层封闭等要素,建立一套全序列砂岩储层充注含气饱和度测试实验方法,分别对渗透率为0.034×10^-3μm²、0.075×10^-3μm²、0.244×10^-3μm²、0.505×10^-3μm²、0.683×10^-3μm²、1.12×10^-3μm²、1.47×10^-3μm²、4.77×10^-3μm²、10.7×10^-3μm²、38.1×10^-3μm²、49.1×10^-3μm²、99.4×10^-3μm²、126×10^-3μm²的砂岩储层,开展了气源压力为0.1MPa、0.2MPa、0.3MPa、0.5MPa、0.7MPa、0.9MPa、1.0MPa、1.2MPa、1.5MPa、1.8MPa、2.0MPa、2.5MPa、2.8MPa、3.0MPa、3.5MPa、4.0MPa、4.5MPa、5.0MPa、5.5MPa、6.0MPa、7.0MPa、8.0MPa、10.0MPa、15.0MPa、20.0MPa、25.0MPa、30.0MPa下逐级增压充注实验,记录了充注过程中各渗透率储层孔隙压力变化特征,在此基础上,采用充注实验与核磁共振实验结合的方法,对充注过程中含气饱和度变化进行了量化评价。研究结果表明：①低渗致密储层充注时具有高于门限压力进气,源、储压力平衡缓慢以及高压聚气三大特征,进气门限压力与储层渗透率关系密切,建立了门限压力与渗透率关系图版;②认识了含气饱和度（S_g）、地层压力（P）与储层渗透率（K）变化规律,拟合了含气饱和度经验计算公式,以鄂尔多斯盆地苏里格气田为例,通过实验测试、密闭取心分析与经验公式计算结果对比,建立了含气饱和度与储层渗透率关系图版,为低渗致密砂岩气藏储层含气性评价提供指导;③以取心井为基础,根据含气饱和度、储层渗透率、孔隙度、厚度等参数,建立不同渗透率储层储量辟分方法,为储量分类评价提供了依据。     

盐含量对天然气水合物防聚剂性能的影响

传统的天然气水合物(以下简称水合物)防聚剂评价实验一般在纯水中进行,而现场的水相中通常会混入一定的海水或含有矿化度的地下水,因而前者的评价结果与现场的实际情况存在着较大的差距。为了在更加接近现场实际情况的条件下评价水合物防聚剂的性能,首先使用高压透明蓝宝石釜从宏观角度对水合物浆液的形态进行观察,然后应用粒度仪从微米级进行水合物浆液中液滴—水合物粒径分布的观察测试,最后结合油水界面张力的变化规律对含盐体系水合物防聚剂的防聚行能进行了分析。研究结果表明:①在含3%NaCl条件下,水合物防聚剂CJ(以下简称CJ)对水合物的防聚效果较好;②水合物形成以前,在机械力的搅拌作用下,含CJ的水合物乳液粒径随着含盐量的增加而减小,含盐有利于液滴在油相中的分布;③水合物形成以后,在含3%NaCl的条件下,水合物颗粒分布更小,适量的盐有利于水合物形态的控制;④在2℃条件下,含盐量为3%时,油水界面张力值为最大,达到4.453 mN/m。结论认为,随着盐含量的增加,CJ对水合物的抑制效果增强,但在水合物形成以后抑制效果则不明显,相反盐含量的增加还容易破坏油水乳液的稳定性甚至破坏水合物防聚剂的使用效果。     

天然气水合物储层物理模型

通过不同成矿模式下海底天然气水合物储层微结构的研究,分析了水合物储层各种微结构的特点,建立了接触胶结模式、颗粒包裹模式、骨架颗粒支撑模式、孔隙填充模式和掺杂模式等5种均质储层的微结构物理模型,定量分析了储层波速和泊松比随水合物饱和度的变化关系,得到了不同微结构下水合物储层力学性质的变化规律,并分析了各种微结构的力学机理。根据所建物理模型对不同成矿模式下水合物储层的微结构进行声波诊断和泊松比诊断,并通过模拟储层和真实储层的资料数据对以上诊断模式进行了验证。     

天然气水合物储层导电特性模拟与饱和度计算

由于天然气水合物只能在低温高压环境下保持稳定,导致以原状天然气水合物岩石样品进行岩石岩电测试较为困难,用阿尔奇公式计算的饱和度误差会比较大。为了提高天然气水合物饱和度的计算精度,建立了反映天然气水合物储层结构特征的逾渗网络模型。根据Kirchhoff连续性方程和各节点、线的电导率,通过Cholesky分解算法计算网络模型中的电流参数。通过数值模拟研究了水合物饱和度、地层水矿化度和黏土矿物含量对天然气水合物储层数字岩心的影响,并根据模拟结果建立了修正的阿尔奇公式。模拟结果表明,数字岩心的电阻率随水合物饱和度的增加呈指数增长。随着地层水电导率的增大,天然气水合物数字岩心的电阻率呈线性减小。随着黏土矿物含量增加,岩心电阻率呈负指数下降趋势,当孔隙度、黏土矿物含量较低时,天然气水合物饱和度对数字岩心电阻率的影响较大。利用修正前后的Archie公式,对南海神狐地区W18井的测井资料进行了水合物饱和度估算。修正前的计算结果相对误差为33.2%,修正后为22.5%,说明修正后的饱和度公式精度有明显提高。     

水合物法天然气脱硫工艺研究

天然气中H2S的存在会给天然气的储存、输送、利用和环境都带来影响,必须对其进行脱硫净化。常规的天然气脱硫工艺有干法脱硫、膜分离、湿法脱硫和生物脱硫等。水合物法通过使H2S优先生成水合物并进入水合物相的工艺原理,实现天然气脱硫,与常规方法相比,具有工艺流程简单、能耗低、环保等独特优势,应用前景广泛。     

基于等效介质理论的天然气水合物岩石物理建模方法

地震岩石物理建模是将地震信息(地球物理观测值)定量转化为物性信息的桥梁,合理的水合物岩石物理模型可为开展水合物地层地震响应特征分析、饱和度预测、叠前地震反演提供理论基础,但水合物微观赋存方式存在多样性,它既可以作为骨架,又可以作为孔隙填充物存在于地层中,因而具有不确定性.为此,基于等效介质理论,在考虑水合物剪切性质的同...