天然气水合物相平衡的实验研究

天然气水合物相平衡研究是天然气水合物勘探开发和海洋环境保护研究的基础,也是最重要的前缘问题。为此,对取自中国西部油田某2口井的分离器气气样1和气样2在纯水、地层水和配置水等3种水样,以及3 MPa、6 MPa、9 MPa、12 MPa等4个压力体系下对生成水合物的温度进行了实验研究。研究结果表明：随着实验压力的增加,同种气样生成天然气水合物的温度越高;随着水样矿化度的增加,同种气样生成天然气水合物的温度越低;在同一水样中,组分、组成不同的天然气,甲烷含量越高,其形成天然气水合物的温度越低。     

天然气水合物相平衡影响因素研究

天然气水合物(NGH)是21世纪继常规石油和天然气能源之后最具开发潜力的清洁能源,NGH相平衡条件是NGH形成及稳定存在的必要条件,同时对NGH的开发、运输、储存有着重要的理论价值和现实意义。总结了包括气体成分、孔隙水组成、孔隙半径、微波、表面活性剂等影响NGH相平衡因素的研究成果,探索分析了NGH相平衡关系理论模型,介绍了Dickens和Quinby的相平衡公式。研究表明天然气水合物相平衡条件是各种因素综合作用的结果。     

基于支持向量机的红外光谱天然气分析系统

针对天然气组分浓度分析过程中海量训练样本无法实现、天然气组分气体的主次特征吸收谱线重叠严重、气相色谱分析法分析速度慢、无法进行实时在线分析等问题，将支持向量机（SVM）这一新的信息处理方法与红外光谱分析法结合，应用于天然气组分浓度分析中，利用SVM处理小样本的能力解决海量样本问题；通过建立反映天然气光谱数据样本与天然气组分浓度关系的SVM校正模型，解决天然气组分气体主、次特征吸收谱线重叠严重的问题；利用红外光谱分析速度快的优点，缩短分析时间。设计研制了基于SVM和红外光谱的天然气分析系统。该系统使用傅立叶红外光谱仪获取天然气红外光谱数据样本，对红外光谱数据样本进行数据预处理后，通过SVM校正模型进行计算分析，得出天然气组分浓度。实验结果表明，该方法的最大偏差为3.95%，与气相色谱分析法相比，具有分析速度快、可实时在线分析等优点。     

盐类体系中天然气水合物相平衡条件的研究

通过实验测定了262.86～288.13 K温度下天然气在纯水及盐类体系下的水合物相平衡条件,并结合Van der Waals-Platteeuw的理想溶液等温吸附理论建立含盐体系天然气水合物相平衡计算的数学模型.结果表明:四种盐对水合物生成均有抑制作用,NaCl的抑制作用要强于其它三种盐.但是在温度较低的情况下,四种盐对水合物生成的影响很小,强弱区分不明显.建立的数学模型能够很好地预测盐类体系中天然气水合物相平衡条件.     

天然气水合物汽-固相平衡研究进展

水的存在对天然气的集输和加工产生不利影响。为了保证天然气集输和加工的正常进行,准确预测天然气最大容许水含量,即与水合物平衡的气相水含量尤为重要。综述了近35年来天然气水合物汽-固平衡气相水含量的实验测定和理论计算的研究进展,比较分析了预测模型的适用范围和准确性。结果表明,水合物平衡气相水含量预测模型逐渐从单组分体系扩展到多组分体系,从中低压体系扩展到高压体系。vdW—P模型结合CPA状态方程适用范围最广。     

基于支持向量机的天然气组成多维光谱定量分析方法

针对天然气中甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷等气体的特征吸收谱线严重重叠的问题,将支持向量机(SVM)用于天然气组成多维光谱分析中,提出了一种新的基于多维光谱的天然气组成定量分析方法。利用SVM核函数变换,将天然气的多维光谱数据进行高维空间变换后求得SVM回归函数,得出天然气组成。实验结果表明,该方法的检验组成最大偏差为2.28%,与传统的方法相比,具有分析速度快、可实时在线分析、不限制光谱数据维数等优点,具有重要的理论和应用价值。     

基于支持向量机的天然气管道小泄漏信号检测

针对天然气管道小泄漏信号的识别问题,提出了一种基于支持向量机的回归算法模型。首先根据香农采样定理和SCADA系统的采样频率,建立了小泄漏工况的故障样本库。然后,利用小泄漏工况下的压力波数据作为训练样本,建立了LS-SVM预测模型。最后,对小泄漏工况、正常工况和调阀工况下的压力波数据进行了信号检测。结果表明,3种工况的一步预测误差的均值分别为9.8631×10-4、0.7886和2.7400×10-2,不在同一个数量级。因此,如合理设定门限值,LS-SVM检测器就能对管道小泄漏信号实现有效的识别。     

天然气水合物相平衡影响因素分析及数值模拟研究

积极开展水合物相平衡的研究对于水合物的开发和储运均有重要意义.采用Multiflash软件对影响水合物相平衡的气体组分、盐类、抑制剂、温度、压力等因素进行了数值模拟,研究了不同因素的变化规律.结果表明:软件模拟值与实验值具有较好的一致性,在纯CH4体系中加入C2H6、C3H8或H2S均会促进水合物的生成,CO2的促进作...     

基于特征选择、遗传算法和支持向量机的水淹层识别方法

支持向量机是识别水淹层的有效方法,但其预测性能受多种因素的影响。研究提出一种水淹层识别新方法,采用Relief-F算法进行自动化特征选择,通过遗传算法优化模型参数以及使用加权支持向量机改善样本类数据分布不平衡对分类准确率的影响。将该方法应用于克拉玛依油田六中区克下组砾岩油藏水淹级别划分中,结果表明效果良好,增强了支持向量机的预测能力,进一步提高了水淹层解释的精度。     

基于支持向量机的抽油机故障诊断方法研究

随着智能油田建设的逐步推进,"石油云"、"油气生产物联网"等新课题、新应用迅速发展。本文提出了使用多核支持向量机对有杆抽油机的泵况进行分类,并采用遗传算法对其进行参数寻优,在理论方法实现的基础之上,利用MATLAB对现场搜集到的数据进行仿真测试,对比分析采用不同的分类方法与特征值提取方法时系统的分类效果,结果表明,采用多核支持向量机与改进的示功图特征值提取法时系统的诊断准确率较高。     

基于模糊核支持向量机的管道磁记忆检测缺陷识别

针对金属磁记忆检测管道缺陷判定准则的局限性,通过构造基于梯形模糊数的最大、最小贴近度的模糊核函数,提出了一种基于模糊核支持向量机的缺陷识别方法。通过构建识别函数,将管道状态划分为应力集中、微观缺陷和宏观缺陷3个等级。通过比较未形成缺陷的应力集中区域与微裂纹缺陷的特征,构造了五维支持向量机输入特征向量：小波包频带能量增量、修正傅里叶系数、区域信号的峰峰值、信号的检测切向梯度和检测法向梯度。通过实验设计,对采集的磁记忆信号进行特征提取和缺陷识别。与传统线性核与多项式核识别结果进行比较,分析表明该方法能够有效识别管道缺陷,为金属磁记忆技术精确测定管道缺陷提供了一种新方法。     

基于SVM-BN的天然气长输管道燃气轮机故障预警方法研究

燃气轮机是天然气长输管道的核心动力设备,由于其结构复杂、零部件众多、工作负荷大,在运行过程中常发生故障并触发自保护停机,影响了主管线输气的稳定性。为此,针对天然气干线管道燃气轮机及其附属设备的关键部件、关键故障,利用SCADA系统的在线数据,对故障数据进行分析,建立基于支持向量机的在线异常预测模型和基于贝叶斯网络的故障诊断模型;然后通过引入偏离度建立了上述两种模型相结合的故障预警模型,并在天然气干线管道燃气轮机机组上进行了验证。结果表明:(1)所建立的基于支持向量机的预测模型具有较强的泛化能力,能对压力状态做出较为准确的预测,但是随着预测时间的变长,预测精度也会不断降低;(2)通过关注故障诊断模型中各底事件的发生概率,能够为现场维护人员提供优先检查的依据,进而减少设备非计划外停机事故的发生;(3)在燃气轮机润滑油系统实际发生的故障场景进行的应用与验证结果表明,该模型可以准确地对系统故障提前预测并定位,方法可行、有效,有较高的应用价值。     

基于运移输导体系的天然气水合物成藏类型——以琼东南盆地H区为例

琼东南盆地是南海天然气水合物富集区和重点勘查地区,但天然气水合物地质研究薄弱。通过三维地震资料解释、地球化学资料分析和大量调研统计,对琼东南盆地H区开展了以水合物成藏系统为主线、运移输导体系为重点的研究。累计48组地球化学数据分析表明,H区水合物分解气的甲烷碳同位素特征(δC₁=-48.2‰)和较高的乙烷、丙烷含量(C₂₊含量为21%),指示该区气源具有“热成因气为主、含混合成因气”的特征。地震解释发现,H区第四纪构造活动程度弱,NNE走向发育的气烟囱构造群、多边形断裂—粉砂复合体、海底滑塌扇构成了主要运移输导体系和优质储层。基于H区天然气水合物的气源特征和运移输导体系,预测并分析了“富含热成因气的气烟囱型水合物、富含热成因气的多边形断裂—粉砂复合型水合物、富含热成因气和混合成因气的海底滑塌扇水合物”成藏类型。     

不同类型体系下复合型添加剂对水合物生成的影响

通过实验研究了纯水和盐类体系下复合型添加剂对水合物生成的影响,选用甲基环己烷(MCH)与NaCl分别和阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)混合溶液作为实验溶液。研究发现,两种类型体系相比较,NaCl+SDBS混合溶液在SDBS浓度为255mg/kg时诱导时间最短,为复合型添加剂的最佳反应浓度,此时的溶液体系能很好地优化水合物形成过程,且比单一的NaCl溶液、MCH溶液或SDBS溶液的诱导时间都有明显缩短,此时的氯化钠溶液浓度为海水浓度。此数据对今后储存运输水合物有着重要的指导意义。     

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。     

主动、被动大陆边缘天然气水合物成藏模式对比

不同大陆边缘（主动、被动）沉积物中天然气水合物（以下简称水合物）赋存的控制因素与成藏模式有所差异，开展二者之间的对比研究对于指导水合物勘探具有重要的意义。为此，以主动大陆边缘卡斯凯迪亚（Cascadia）和日本南海（Nankai）海槽、被动大陆边缘布莱克海台（Blake Ridge）和尼日尔三角洲盆地（Niger Delta Basin）等典型水合物成藏区为研究对象，借助于综合大洋钻探（IODP）航次资料解剖和数值模拟分析等手段，从应力场的角度探讨了上述两种背景下含甲烷流体的驱动样式，进而对比分析了主动、被动大陆边缘水合物的成藏模式。研究结果表明：①主动大陆边缘以侧向挤压应力为气体垂向运移提供了驱动力和通道，引诱深部游离气和原位生物气沿断裂运移，气体运移通道主要为俯冲—增生产生的断层、断裂和滑塌体；②主动大陆边缘粉砂和砂质粉砂等粗粒浊流沉积孔隙度大、渗透性好，并且增生楔上沉积物厚度大，是水合物成藏较为有利的储集空间；③较之于主动型大陆边缘，被动大陆边缘虽然缺少俯冲带造成的侧向应力，但在其内巨厚沉积层塑性物质及高压流体、陆缘外侧火山活动等的共同作用下，产生垂向加积和拉张应力，形成的扩散型水合物聚集速率主要取决于甲烷的供给速度；④被动大陆边缘有机质含量、产气速率、地温梯度及沉积速率对水合物含量空间分布具有差异性影响，泥火山或底辟构造等为水合物的形成与赋存提供了理想的场所。     

南海东北部陆坡天然气水合物富集特征及成因模式

南海东北部陆坡具有良好的天然气水合物(以下简称水合物)成藏条件,其水合物资源的成因模式明显不同于2007年在神狐海域钻探发现的分散型水合物成矿区。为探讨前者的成藏特征与成因模式,利用钻探区的地震、测井、现场钻探取心及测试分析等资料进行了综合研究,以期加深对南海东北部陆坡水合物富集规律的认识。研究结果表明:(1)在纵向上,该区发育浅、中、深3套水合物层,构成既相对独立又有一定成因联系的成藏系统,区内存在扩散型、渗漏型和复合型3种成因模式的水合物矿藏;(2)扩散型水合物呈层状分布在稳定域底部,其底界与海底反射界面(BSR)分布吻合;(3)渗漏型水合物呈块状、脉状等形式充填在沉积物裂隙或裂缝中,在稳定域不同部位形成多个矿体;(4)复合型水合物矿藏兼具扩散型和渗漏型水合物的成藏特征,在稳定域底部发育扩散型水合物矿层,而在稳定域上部发育渗漏型水合物体,共同构成复式成藏系统。结论认为:南海东北部陆坡是目前中国水合物资源最为丰富、成藏地质条件最为复杂的成矿区之一。     

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。     

深水沉积物岩心古菌群落结构对天然气水合物的指示——以南海台西南海域973-4站位为例

微生物产甲烷作用和甲烷厌氧氧化作用对海底天然气水合物(以下简称水合物)的形成、分解有着重要的影响,但目前有关古菌类群的代谢机理及其对水合物成藏的指示作用尚有待深入研究。为此,利用基于16S rDNA的分子生物学技术,对南海台西南海域973-4站位岩心的古菌群落结构进行了分析,并与日本海、南海神狐海域等水合物赋存、非赋存区的古菌群落结构进行了对比。结果表明:①973-4站位岩心中广古菌Methanosarcina为优势类群,在表层所占比例为50%,在硫酸盐-甲烷转换带(SMTZ)的比例为46.1%,在深层的比例为66.7%;②Methanomicrobiales为次优势类群,在表层所占比例为28.3%,在SMTZ层位为30.7%,在深层为11.1%;③上述2个古菌类群所占比例的变化趋势与海洋沉积物早期成岩过程中有机质含量、组分的变异密切相关。结论认为:①古菌群落结构与细菌、地球化学和矿物学的分析结果一致,表明973-4站位岩心下部赋存水合物;②由于古菌群落结构存在差异性,必须考虑地球化学参数和地质特征的协同作用,才能提高其对水合物成藏指示的精准性。