天然气水合物横波速度等效介质模型预测方法

由于天然气水合物具有多种充填模式,水合物既可作为固体骨架又可作为孔隙充填物赋存于地层中,因此天然气水合物岩石物理模型与常规油气的岩石物理模型具有较大的差异,常规横波预测方法不再适用。为此,开展了利用等效介质模型进行天然气水合物横波预测的方法研究。首先分析矿物组分、孔隙度和水合物饱和度对纵横波速度的影响;然后利用纵波时差、密度、泥质含量、孔隙度、饱和度等常规测井资料根据等效介质模型构建约束优化方程,其中以纵波速度、密度等常规测井资料为约束,孔隙度和饱和度作为优化变量以寻找最优解;采用收敛快、计算结果可靠的信赖域算法求解该约束最优化问题。最后利用神狐海域天然气水合物的钻井资料对方法进行验证,计算的横波速度和饱和度与实际资料吻合度较高。     

基于岩石物理方法分析青藏高原天然气水合物填充模式

根据岩石物理的分析方法,针对青藏高原木里地区DK1井孔143.40~144.20m含水合物层段和DK4井孔165.80~166.35m含水合物层段,分析水合物在岩层孔隙中的填充模式。首先采用时间平均公式估算含水合物粉砂岩的物性参数,然后依据弹性模量模型方法构建岩石物理模型,其中模式一是将水合物看作孔隙充填物的一部分,模式二是将水合物看作岩石骨架的一部分,分别基于不同的模式计算含水合物岩层的纵波速度和横波速度,并比较2种模式的速度差异。最后通过理论计算的曲线与实际采样点数据对比,推测该地区岩层中水合物的填充赋存方式符合模式二,认为将该层段水合物作为骨架的一部分进行分析,更能反映真实含水合物地层的物性特征。     

天然气水合物沉积物的岩石物理特性

天然气水合物沉积物是一种有着重要意义的全球性甲烷资源。它存在于地下和海底。然而。天然气水合物的不稳定性和甲烷释放也可呈现出一种潜在的危害。甲烷释放对海底大陆斜坡不稳定性、海底设备及全球气候变化都有影响。目前，对天然气水合物沉积物岩石物性的了解在很大程度上来源于对纯水合物的实验和理论研究，来源于对水合物岩心、地层测井测量值的观察。迫切要求提高对水合物沉积物的性质和稳定性的了解。环境条件下不稳定性的天然气水合物沉积物需要进行特殊的实验室研究。建议用加压岩心技术和钻井船上的样品转移筒进行水合物取样。然而，地层和技术的发展能很先进地进行水合物取样。有必要试着在减压、打开、重取样前描述加压的天然气水合物的性质扣范围。这种以岩石物理学描述远程加压岩心筒内天然气水合物的能力提供了一个描述天然气水合物的范围和性质的线路。在此目的下，正在实验室内进行在一定范围的沉积物中制造一定的人造天然气水合物形态。迄今为止，我们已成功地制作出一定的纯的沉积物CO2水合物作为制造甲烷水合物的前沿工作。连续的实验是用不同的沉积物主体研究几何、内部结构和组构(由块状到分散）。这些归类的水合物组可对非侵入水合物形态的特性描述提供理论根据。由这些实验室结果建立备忘录来指导用高压GEOIEK岩心测井仪在钻井船上的实验室转移筒处于加压状态下进行天然沉积物水合物岩心的地球物理测井。GEOTEK能够进行水合物样品的特性描述和分类。随着对水合物习性的进一步认识，也会指导在减压和水合物开始分解之前研究取样程序。利用天然气水合物的非常珍贵的样品进行详细的船上科学工作计划编制。新的认识为水合物沉积物的岩石物理分析提供了更高的理论基础，增强了岩石物理测量资料，更好地限制了现场水合物的评价。它也对评价水合物沉积物的稳定性和对全球环境气候变化的潜在危害提供了更高的资料。     

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...     

利用声波资料计算天然气水合物饱和度的可靠性实验

为了探讨利用声波速度数据计算天然气水合物(以下简称水合物)饱和度的可靠性,通过岩石物理实验测量非固结砂泥沉积物中水合物生成过程中的纵、横波速度及其变化值;利用物质平衡方程,结合pVT状态方程及其测试条件,建立了实验过程中水合物饱和度的计算模型;在此基础上,分析了非固结沉积物声波速度随水合物饱和度增加的变化规律,利用修正的Lee权重声波公式,计算了水合物的饱和度,并与实验得到的饱和度数据进行了比较。研究结果表明:(1)在水合物含量达到一定程度的情况下,可以利用声波资料计算水合物的饱和度;(2)随着沉积物中水合物含量的不断增加,非固结砂泥沉积物的纵、横波速度也随之增大,二者之间具有较好的线性相关性;(3)利用声波资料计算所得的水合物饱和度数值与实验室测试得到的结果可比性较高、误差较小。结论认为,该研究成果为利用实际声波测井资料计算水合物的饱和度提供了依据。     

天然气水合物沉积物等效变弹性模量损伤本构模型

准确描述水合物沉积物的变形规律和力学性质是经济安全开发天然气水合物资源的重要前提。天然气水合物沉积物受到有效围压和水合物含量等多种因素的影响从而表现出应变软化和应变硬化两种力学特性。为精确描述其变形特性,基于复合材料细观力学混合率理论和岩石孔隙损伤理论,考虑岩石统计损伤,考虑水合物含量、围压和沉积物内部孔隙变化对天然气水合物沉积物力学性质的影响,结合水合物沉积物的微元强度统计分布规律,建立了天然气水合物沉积物等效变弹性模量损伤本构模型,并建立了全部参数的确定方法。与已有实验研究结果对比表明,该模型不仅可以很好描述水合物沉积物的变形规律和力学特性,且具有模型参数易于确定、便于使用的优点。所建模型可用于水合物沉积物破碎工艺选择中的破碎模拟和破碎成孔中的孔稳定性分析评估,对非成岩天然气水合物的经济安全开采具有一定推动作用。     

利用地震方法识别天然气水合物

地震识别技术已广泛地应用于油气田的勘探与开发中。天然气水合物及其所捕集的含气带与围岩有显著的物性差异，我们可以利用地震技术对其进行识别。国外多年的研究成果证明，应用声学方法确定大面积分布的水合物非常有效，因为水合物具有强烈的声反射效应，它的声速很高，大约是海底沉积物的两倍。若水合物下方的沉积物捕集了天然气，其声速会更低，由此产生的反射波具有鲜明的特点。从物理模型出发，探讨了水合物的地震特征，利用地震资料从构造形态，相位特征以及AVO属性等方面对靶区可能存在的天然气水合物进行了判别。     

天然气水合物沉积层的AVA特征

本文首先分析了天然气水合物沉积的三种微观模式,根据其不同的岩石物理模型特点,研究了弹性参数随水合物饱和度的变化规律;以精确Zoepprize方程为基础,研究随饱和度变化的AVA特征;最后,利用不同的理论模型模拟了BSR现象,分析BSR产生的三种客观条件以及调谐作用对BSR的影响。研究结果表明:天然气水合物饱和度、下伏层游离气的存在与否与水合物沉积层孔隙的变化是影响BSR特征的重要因素。本文的研究结果可为天然气水合物的深度研究提供一种思路。     

天然气水合物储层吸收衰减机制及岩石物理理论研究进展

似海底反射(BSR)特征作为天然气水合物存在的重要标志，虽能指示水合物的底部位置，却难以用于水合物含量的定量解释。近年来天然气水合物勘探技术的迅速发展，使人们认识到BSR上方存在的地震振幅“空白”带与地震波吸收衰减直接相关，故可将其作为天然气水合物分布及量化的一项指标。本文首先回顾了世界不同水合物探区(加拿大Mallik冻土带、日本南海海槽、阿拉伯海Makran增生楔、墨西哥湾、中国南海神狐海域)以及人工含水合物岩样的地震波吸收衰减特征，发现对于不同的水合物样品、使用不同的资料，地震波表现出不同的衰减特征。进而总结了水合物储层可能存在的衰减机制及相关岩石物理理论，主要包括：全局流动衰减(Leclaire模型)、喷射流(改进的Leclaire模型、亚微米水合物颗粒喷射的HEG模型或微米流体喷射的HBES模型)、骨架摩擦衰减(改进的Leclaire模型)等。目前存在的主要问题在于，虽然多个地区的水合物地层呈现较明显的吸收衰减特征，但由于不同地区水合物生成条件和地质环境存在差异，水合物在沉积物中的赋存状态不同，导致吸收衰减随水合物饱和度的变化关系尚不明确。另外，目前的实际观测资料和岩石物理实验测试的频带范围有限，难以全面地体现衰减随频率变化的特征。因此，需要进一步地开展岩石物理实验研究，并充分结合实际探区资料和人工岩心的制作及实验测量结果，深入研究水合物储层微观结构对衰减机制的附加作用，明确水合物储层地震波衰减的原因，以此为基础研发水合物饱和度的定量地震解释方法。     

天然气水合物沉积物不排水剪切特性的离散元模拟

天然气水合物资源广泛分布于深海浅层沉积物中,具有储量大、能量密度高、燃烧清洁等优点,是一种极具开发前景的环保能源,深入研究天然气水合物沉积物的力学特性是实现天然气水合物资源安全开采的重要前提.利用常体积方法对天然气水合物沉积物的不排水剪切特性进行了离散元模拟,并依据物理实验结果对数值模拟结果进行了标定,最后对剪切过程中...     

未固结砂岩地震弹性性质的岩石物理模型表征研究

 未固结碎屑砂岩储层是国内外重要的油气储层类型之一。在地震勘探中通常使用Hertz Mindlin(HM)接触模型来计算未固结砂岩的等效弹性特征。由于未固结碎屑砂岩在结构上具有不规则排列特征,在弹性波作用下颗粒间的应变特征不满足H M接触模型的基本假设,造成该模型在使用中会得到明显偏高的剪切模量值。针对这些不足,本文给出了利用切向刚度校正因子C及组合参数R/R对HM接触模型进行修正的方法,以考虑颗粒间松弛作用及颗粒不规则性对该模型计算结果的影响。分选性是未固结碎屑砂岩重要的结构特征,利用对未固结碎屑砂岩样品实验测试结果定性分析了分选性变化对介质储集层物性特征及地震弹性特征的影响,并结合岩石物理相关理论建立了表征未固结砂岩分选性变化对地震弹性特征影响的地震岩石物理模型     

非成岩弱胶结天然气水合物沉积物弹性力学参数的实验分析

海洋环境中的大部分天然气水合物(以下简称水合物)都存在于弱胶结沉积物中,原状取心难度大、成本高,因而不得不通过室内试验来了解水合物声学性质与弹性力学性质之间的关系。为此,通过室内制备水合物沉积物样品,并对其进行岩石物理实验,通过实验测得了水合物沉积物的岩电、声波参数,根据弹性理论计算出3种不同三轴压力、3种不同粒径骨架、3种不同泥质含量情况下的动态弹性力学参数,分析不同条件对水合物沉积物动态弹性力学参数的影响规律。研究结果表明:(1)在一定的水合物饱和度范围内,水合物的饱和度和沉积物的弹性参数呈现出一定的正比关系;(2)当水合物饱和度一定时,随着粒径(0.125～1.180mm)的变大、泥质含量的减少、轴压的增大,水合物沉积物的动态杨氏模量增大,而泊松比与轴压的关系则不大;(3)建立了弹性参数与泥质含量、轴压的关系模型。结论认为,利用声波测井方法分析水合物的动态弹性力学参数,可以解决水合物取心难、造价高、无法获取连续数据的问题;该研究成果为利用测井资料计算水合物沉积物的力学性质提供了借鉴和参考。     

Experimental Evaluation of the Petrophysical Algorithm in an Integrated Flow Model

Abstract

An experimental apparatus was designed to simultaneously measure fluid flow rates and high-frequency (ultrasonic) elastic wave velocities. The measured fluid production and elastic wave velocity data were compared to integrated flow model (IFM) calculations. An IFM is a flow simulator with a petrophysical model that can calculate seismic attributes using reservoir and fluid properties. The petrophysical algorithm is an extension of Gassmann's equation that lets moduli depend on effective pressure, porosity, and clay fraction. A new set of correlation coefficients for the petrophysical algorithm was obtained by matching high-frequency measurements.     

中国天然气水合物赋存特征

中国陆上冻土区和海域深水区都拥有丰富的天然气水合物（以下简称水合物）资源，二者虽在同盆共生、运聚机理上有相似之处，但差异也十分明显。为了给地质—工程—环境一体化开发水合物提供准确的基础地质数据，从构造与沉积、地温、热流、地球化学、地球物理响应、赋存类型、孔渗、力学强度、饱和度等9个方面，对比分析、总结了二者在分布规律与赋存特征上的差异性。研究结果表明：①陆上冻土区水合物主要赋存于中生代地层，以热成因气为主，受断层裂隙构造控制，具有较好的圈闭条件，其储层温度、地温梯度、热流、压力表现为“四低”特征，水合物多数分布在砂岩孔隙和泥页岩裂隙中；②陆上冻土区水合物测井响应总体显示“两高两低”特征（高电阻率、高波速、低自然伽马、低密度），储层岩石力学强度高，具有低孔隙度、低渗透率和低水合物饱和度特征；③海域水合物主要赋存于新生代第四纪地层，热成因或生物成因气皆有，受泥底辟、气烟囱、断层裂隙控制，无明显圈闭，其储层温度、地温梯度、热流和压力表现为“四高”特征；④海域水合物多数分布在富含有孔虫的黏土质粉砂和粉砂质黏土中，地震反射波显示明显的BSR特征，测井响应则总体表现为“两高”特征（高视电阻率、高波速），其储层沉积物力学强度低，具有高孔隙度、低渗透率和相对较高的水合物饱和度。结论认为：①海域是中国水合物富集的主要区域，后续应突破海域水合物甜点识别与评价技术，统筹考虑整个水合物油气系统的资源禀赋特征；②应重点攻关水合物储层精细表征技术和富集矿体—储层系统的精细刻画，加强海陆联合和全球比对研究。     

南海北部二氧化碳对天然气水合物形成与分布的影响

南海北部天然气富含CO₂等非烃气体,非烃气体对于水合物既有建设性,也有破坏性。含CO₂的天然气向上运移渗漏到浅层,条件适当时,CO₂可作为碳源,被还原成CH₄,在浅层形成水合物成藏。选取南海北部的几组不同CO₂、N₂含量的气体组分进行的实验表明,含CO₂的天然气形成水合物的温度比纯甲烷水合物要高,致使水合物的赋存深度增加,从而拓展了水合物稳定带的厚度。高含CO₂的天然气藏发生强渗漏并运移至上覆甲烷水合物层时,CO₂可能会置换甲烷水合物中的甲烷,使原有的水合物矿藏遭受破坏或甲烷饱和度下降。      

大洋钻探天然气水合物储层测井评价研究进展

国际科学大洋钻探计划自1970年首次在布莱克海脊钻遇天然气水合物（以下简称水合物）以来，迄今已在全球三大洋（太平洋、大西洋、印度洋）的大陆边缘总共53个站位钻遇了水合物，采集了大量的地球物理测井资料，为理解水合物及其宿主沉积物原位特性提供了关键信息。水合物所具有的不导电、低密度、高声波速度、高含氢量等特性，为根据测井资料识别水合物并预测其分布提供了重要的依据。目前已提出的一系列根据测井资料估算水合物饱和度的方法，主要包括阿尔奇公式、密度—核磁共振测井联合、各种形式的三相声波方程以及基于不同岩石物理模型的弹性波速度模拟等方法。海底水合物具有明显的非均质分布特性，主要表现在水合物分布对宿主沉积物岩性的选择性以及在相同岩性宿主沉积物内部对成核部位的选择性上。尽管测井资料在评价水合物分布的非均质性、推断水合物生长习性方面已经得到了初步应用，但仍然存在着一些不足：①大洋钻探水合物测井解释中所依赖的地层模型还是过于简单，大多数都是两组分或三组分模型；②高分辨率随钻测井资料的应用还很有限；③测井解释与岩心地质研究的结合还不够紧密。结论认为，将水合物与宿主沉积物视为一个整体，基于更为复杂的地层模型，在岩心标定的基础上，依据多种高分辨率随钻测井资料，联合反演地层的岩性组分、孔隙度和水合物饱和度，或许是未来水合物储层测井评价发展的一个重要方向。     

井下节流工艺在大牛地气田的应用

针对大牛地气田多数气井在生产过程中易形成水合物、影响气井正常生产的问题，采用天然气水合物预测经验公式法，预测了水合物生成的最大井深，并利用气井垂直管流计算方法确定了合理节流气嘴直径。通过应用井下节流工艺，降低了气井的井筒压力，加之井下温度高，因而有效地制止了天然气水合物的形成；同时选择合理的气嘴直径，有效地控制了气产量的大小，满足了输气要求，避免了现场作业的盲目性。     

基于页岩岩石物理等效模型的地层压力系数预测方法

近年来页岩气的勘探开发实践表明其产量与压力系数呈正相关关系,但准确的地震预测难度较大。页岩气储层富含有机质及有机质孔隙,其矿物组分及微观结构相比常规储层更复杂。为此,构建了一种适用于海相页岩的岩石物理模型,并提出了一种基于该模型的页岩地层压力系数预测技术。首先结合页岩储层微观结构特征,针对骨架矿物的差异性,分别采用自洽(SCA)模型和微分等效介质(DEM)模型模拟得到背景介质,结合孔隙及流体等特征,建立等效岩石物理模型;进而通过计算背景介质体积模量及饱和流体等效岩石体积模量,发现两者的差异与实钻井压力系数正相关,并建立地震预测模型;最后推导建立了基于Gray近似弹性阻抗的体积模量直接反演方法,实现了页岩地层体积模量及压力系数的定量预测。实际数据试验表明预测结果与实钻井及后验井吻合度较高。     

地质微生物对海洋天然气水合物的影响

在有天然气水合物产出的海底环境中,甲烷氧化古细菌和硫酸盐还原细菌十分发育,它们主导着海底天然气(主要是甲烷)的缺氧氧化作用,并在海底碳循环和生物种群繁衍中发挥着重要作用.主要评述近年来地质微生物在天然气水合物成因研究中所取得的一些重要进展,同时指出目前需要深入研究的几个问题,如甲烷氧化古细菌和硫酸盐还原菌在沉积物中原位空间分布的特点,甲烷氧化古细菌与硫酸盐还原菌耦合共生的机制,甲烷氧化古细菌的生理生化机理及可能的分子遗传调控对天然气水合物保存的影响等.