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。     

对琼东南盆地Q深水区块天然气水合物的几点探讨

此文分析了琼东南盆地Q深水区块的水深、海底温度和地温梯度条件,并在此基础上计算了此区块天然气水合物稳定域（GHSZ,gas hydrate stable zone）,计算结果为:（1）在此区块的海底温度和地热梯度条件下,水深大于600 m的海域才能满足在海底形成天然气水合物的温度和压力条件;（2）天然气水合物稳定域的厚度与水深成正比,此区块范围内GHSZ最大厚度在350 m左右。另外,分析了琼东南盆地Q深水区块三维地震资料,并同韩国郁陵盆地的高分辨率地震资料进行了对比,两者有类似的地震异常:都发现了大量的浅层气、碎屑流堆积体、气烟囱等。韩国已在郁陵盆地相应地震异常区域获得了不同类型的水合物实物样品。可以推测,在琼东南类似地震特征处也可能取到相应类型的水合物。通过天然气水合物温度和压力条件计算得出的天然气水合物稳定域底界埋藏深度,可以作为一个约束条件,指导地震剖面中浅层气与水合物的解释。     

深水钻井井筒中天然气水合物生成风险评价方法

综合考虑天然气水合物相平衡条件、井筒温度-压力场和地温梯度,建立了深水浅部地层天然气水合物生成区域预测方法和深水钻井中井筒内天然气水合物生成区域预测方法。分析结果表明深水浅部地层钻井比深部地层钻井生成天然气水合物的风险更大。在此基础上引入过冷度密度对不同井深处的天然气水合物生成风险进行定量评价,同时基于施工参数的无因次化建立了重点区域天然气水合物生成风险定量评价方法。实例计算表明:深水钻井中海底井口附近和隔水管下部水合物生成风险等级最高;钻井液导热系数、入口温度、排量和NaCl浓度对井筒中天然气水合物生成风险影响最大,可以根据各施工参数的敏感因子并结合现场实际情况定量优化钻井设计和施工,从而降低或避免风险。     

南海北部陆坡热流与天然气水合物赋藏研究

天然气水合物逐渐成为科学界研究焦点,内容包括能源、温室效应以及灾害预防等课题。我国的南海沉积盆地富含有机质烃源岩,气源条件和海底物理条件有利于水合物的生成,尤其2007年在南海发现了样品实物进一步证明了其广阔前景。通过南海北部陆坡获取的127个地热数据,采用静态模式研究其赋存状况。特征指标为天然气水合物的稳定带厚度,主要受控于地温梯度、相变曲线及气源中重烃的组成比例等参数,同时依据南海北部陆坡3种可能气源组成情况计算稳定带厚度分布,对上述参数变化因素影响气水合物量值关系做出解析及数值解释。计算结果表明地热是重要的天然气水合物控制因素,地热数据是天然气水合物重要的寻矿指标。      

冲绳海槽天然气水合物的发育与分布

依据冲绳海槽的地质背景、实测底层水温度、地热梯度以及天然气水合物形成与稳定存在的压力和温度条件,分析了冲绳海槽内天然气水合物存在、分布及规模.结果表明:冲绳海槽适合天然气水合物形成,在冲绳海槽北部,天然气水合物分布于水深大于600m的海域,水合物稳定带厚度小于50m;在海槽中部及南部,天然气水合物分布于水深大于500m的海域,水合物稳定带厚度分别为25～115m和90～365m.从冲绳海槽北部到南部、从中央向两侧天然气水合物厚度呈逐渐增加的趋势.上述规律是假设纯甲烷天然气、海水介质以及实测地热梯度等前提下得到的,属于较保守的估计.当假设条件改变时,冲绳海槽天然气水合物稳定带的厚度将会增加.     

海底天然气渗漏区热传递对天然气水合物形成的影响

天然气水合物的沉淀/分解作用是一种放热/吸热反应，海底天然气渗漏是从高温区向低温区运移而且携带热量，这2种热量（水合物生成热和渗漏天然气热容热）会导致海底温度场的变化并影响水合物的形成。以美国墨西哥湾布什山水合物丘为例，应用渗漏天然气形成水合物的动力学模型，探讨了水合物生成热和渗漏天然气热容热对水合物稳定性的影响：在布什山，水合物天然气渗漏量为1.8 kg/（m²·a）和10%的渗漏天然气沉淀为水合物条件下，10 ka内水合物生成热和渗漏天然气热容热使海底表层的地温梯度增加了3℃/km，在1 km深处的沉积层地温梯度则降低了1.4℃/km左右,温度最大的扰动发生于400 m左右深的沉积层里(增加了0.4℃)，这样的温度场变化使水合物稳定带厚度减少了12 m，使0.06 kg/m ²的水合物分解。     

东海冲绳海槽天然气水合物的资源前景

在海底天然气水合物的形成与稳定分布条件认识的基础上,分析了东海冲绳海槽的地质特征,认为冲绳海槽附近海域具有形成天然气水合物的有利环境,是中国邻近海域天然气水合物的资源前景区。并综合冲绳海槽的水深、沉积特征、地温梯度等地质条件,分析了冲绳海槽天然气水合物稳定带的垂直和水平分布状况,通过水合物稳定带的厚度与面积的估算,对冲绳海槽附近海域的天然气水合物资源前景作了初步的评估。     

基于机器学习方法的天然气水合物稳定带厚度计算

随着互联网大数据发展,人工智能算法逐渐能自动学习数据特征和挖掘大数据隐藏的信息,且其预测结果具有极高的准确度和可靠性。机器学习是人工智能的核心算法,目前已应用于多个领域,在地球科学领域的应用也已兴起。天然气水合物稳定带是评估水合物资源潜力的关键参数,其准确性直接影响水合物勘探进程和结果。前人在计算水合物稳定带厚度时往往采用较为简单的模型,忽略气体组分、热导率等因素的影响,计算结果存在较大偏差。基于不同海水盐度和气体组分条件下的天然气水合物实验数据构建机器学习模型,利用机器学习算法预测天然气水合物的相平衡条件;进而结合南海北部的气体组分、热流、热导率等数据,计算得到南海北部水合物稳定带厚度。结果分析表明机器学习模型预测的水合物相平衡曲线与实验数据高度吻合,决定系数高达0.997。计算的南海北部水合物稳定带厚度与水合物钻井和地震资料揭示的结果基本一致。 本研究提供了一个机器学习算法在水合物稳定带厚度估算中的应用实例,表明人工智能算法在未来天然气水合物资源预测和潜力评价中具有较大的应用前景。     

黑海水合物气资源评价

黑海是欧洲东南部和小亚西亚之间的内海,是古地中海的一个残留盆地。从20世纪70年代到90年代科学家多次在黑海发现了天然气水合物样品,证实了天然气水合物广泛分布在黑海陆坡、陆脚和深水盆地。综述了多篇文献对黑海水合物气的资源评价结果:黑海天然气水合物稳定带的厚度依据海底深度变化而变化,海底深度越大,气水合物稳定带的厚度越大,反之亦然;黑海气水合物稳定带沉积物体积为25600～30000km2,天然气水合物的体积为(300～350)×109m3,其中天然气水合物所含的天然气为(42～49)×1012m3。     

洋底沉积中的天然气水合物

天然气水合物是一种特殊的包合化合物。包合化合物乃是一种分子成分封闭在其它成分中的物理结合的分子。在天然气水合物中,气体分子以物理方式封闭在膨胀了的水分子晶格内。北冰洋水深335米以下和亚热带海洋水深610米以下的温度和压力均适于甲烷水合物的形成。洋底沉积中的天然气水合物层的理论底面深度是根据以下假设确定的:(1)稳定的静水压力梯度,(2)两种标准水温梯度;(3)变化的地温梯度;(4)纯甲烷气与共生海水发生水合作用。     

预防气体水合物堵塞的深水油气井测试安全阀下入位置研究

深水油气井测试过程中,容易发生气体水合物堵塞井下安全阀的问题,为避免出现该问题,研究了安全阀合理下入位置的确定方法。利用气体水合物相平衡微观试验装置,在室内模拟了地层水矿化度下多组分气体水合物在水中的相变过程,得到了温度和压力对气体水合物相平衡的影响规律;分析了气体组分、水深、地温梯度和井口压力对生成气体水合物的影响,预测了气体水合物的生成区域,从安全和成本2方面考虑给出了安全阀最小下入深度的确定方法。研究发现,气体组分、水深、地温梯度、井口压力均会影响安全阀的下入位置,产出气中乙烷、丙烷和丁烷含量增加更易生成气体水合物;同时,水深越深,地温梯度越小,井口压力越大,生成气体水合物的区域越大,安全阀需要下入到更深的位置。研究认为,上述研究成果可为深水油气井测试中安全阀下入位置的确定提供参考。      

天然气水合物在水力提升管道中的分解特性

为了指导海底天然气水合物(以下简称水合物)绞吸式开采水力提升管道系统参数设置,研究了水力提升管道内水合物的分解特性和流动参数变化对其的影响。基于热力学和流体力学,采用数学建模的方式建立了水合物水力提升管道温压模型、水合物分解传质模型和管道多相流模型,分析了固液两相流转变成固液气三相流过程中不同影响因素下管道流体温压、水合物颗粒物质的量、分解面位置与海水深度的关系。结果表明:(1)随着管道流量增大,水合物分解速度减慢,分解面少量上移;(2)颗粒直径对管流温压、相平衡压力、水合物分解面基本没有影响,但只有直径小于0.2 mm的水合物颗粒才能在管道中完全分解,直径大于2.0 mm后,颗粒分解量忽略不计;(3)出口回压为正压且增加时,水合物分解面上移,分解速度减慢,而出口回压为负压且增大时,水合物分解面下移,分解速度加快;(4)随着采矿深度的增加,水合物分解速度变慢,分解面上移,但在与海面距离超过1 500 m后采矿深度对水合物分解速度、分解面无影响;(5)实验验证与数值仿真规律基本一致,表明所建立的模型具有较高的可信度。结论认为:绞吸式开采水合物时,控制合理的流量和出口回压能够调节分解面高度以及分解速度,并且不用考虑颗粒直径和采矿深度对产气量的影响。     

沉积物体系中甲烷水合物平衡温度、压力条件实验模拟

研究沉积物中甲烷水合物的平衡温度和压力条件，对认识甲烷水合物的稳定性以及对未来准确评价和利用甲烷水合物能源非常重要。在温度为270．9～278．2K、压力为2．47～4．31 MPa条件下，分别对平均孔径为53．2nm、27．2nm和15．5nm的沉积物体系中甲烷水合物的分解平衡温度和压力条件(即相平衡)进行了测定，结果表明，近自然沉积物的平均孔径大小会影响甲烷水合物的相平衡条件。相同温度条件下，纯水体系中甲烷水合物的平衡压力比在沉积物体系中的低；随着孔径的增大，甲烷水合物在相图中稳定区的面积逐渐增加，但当体系中温度降低到冰点以下或者沉积物孔径增大到超过60nm时，沉积物孔隙毛细管对甲烷水合物稳定性的影响非常小，与纯水中的重合或者接近。甲烷水合物在沉积物体系中的相平衡数据可以用经验热力学方程拟合，拟合结果能反映孔径大小与甲烷水合物平衡压力、温度条件的相互关系。图3表1参20     

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如何能够准确评价沉积物中甲烷水合物的资源量是目前油气界研究的热点问题。本以达西定律为基础，通过理论模型对水合物稳定区、沉积区的深度分布进行了量化并对各自的边界条件的影响因素做了详细的分析。同时对大概的水合物沉积时间范围和沉积分布特征的量化进行了确定。这些结果表明了自然界中水合物的分布边界很大程度上与海底甲烷通量、热能通量、水深和沉积物中流体通量有关，甲烷水合物沉积区厚度会到达并保持一个临界恒定值。水合物的聚集时间和分布特征与不同的扩散体系有关。因此在进行甲烷水合物的资源评价当中，了解并确定上述一些参数是解决资源评价过程的非常重要的一个环节。     

青藏高原多年冻土区天然气水合物可能分布范围研究

青藏高原地区有大面积多年冻土分布,是我国陆地天然气水合物可能的赋存区域之一。在GIS平台下建立了基于三向地带性多年冻土地温分布的模型,利用地温钻孔资料对青藏高原地区多年冻土厚度做了回归统计分析,指出了青藏高原多年冻土年平均地温和多年冻土厚度的空间分布特征。结合陆域天然气水合物形成的热力学条件,对青藏高原多年冻土区天然气水合物可能赋存区域进行了研究,认为青藏高原多年冻土区天然气水合物可能主要集中分布在羌塘盆地西北部地区,其储量可能较为可观。更多还原     

井筒中天然气水合物生成条件预测及应用

天然气水合物生成条件的预测方法主要有经验公式法、相平衡法及统计热力学法。其中相平衡法不适用非烃含量较高的气田(松辽盆地腰英台气田CO₂含量达22%,此法不适用);统计热力学法涉及参数较多,不便于实际应用。该文首先探讨了气井井筒压力温度的计算方法及地层热力学参数的选取,在此基础上以腰英台气田YS1井实测数据为例,采用2种经验公式法计算了井筒中水合物生成的压力温度条件。根据井筒中不同深度的压力温度分布及形成水合物的压力温度条件,可预测不同流量下井筒是否会形成水合物,从而在生产时必须确定一个最低流量值;在新井测试时,可根据不同产量和井口压力温度预测井筒是否会形成水合物,从而能预先制定测试方案和措施,避免因水合物形成冰堵影响气井的测试。      

基于有限体积法的天然气水合物温度场分布影响因素研究

天然气水合物是 21 世纪最具潜力的清洁能源,对其进行注热开采被认为是最行之有效的开采方 法。 以某冻土区天然气水合物拟开采矿区为例,在水合物分解动力学模型的基础上,建立了基于有限体 积法的天然气水合物分解热力学模型,并对天然气水合物温度场分布的影响因素进行了分析。 结果表 明：在其他条件不变的情况下,随着注水速度的增加,天然气水合物的高温区域逐渐增大,且分解速度加 快;随着孔隙度的逐渐增大,天然气水合物高温区域的变化趋势基本相同;随着注水温度的增加,天然气 水合物高温区域的变化趋势也基本相同,但作用在天然气水合物表面的温度随着注水温度的增加而增 加。 对该矿区进行注热开采时,当注水速度为 6 m/s、注水温度为 80 ℃ 时,天然气水合物的分解速度最 快,具有较好的经济效益,该结论可为注热开采实践提供理论依据。     

南海北部神狐海域含天然气水合物沉积层的速度特征

2007年在南海北部神狐海域对天然气水合物（以下简称水合物）的钻探结果表明,仅依靠似海底反射（BSR）和振幅空白不能揭示沉积层内水合物的赋存状态,不能准确地圈定水合物的分布面积和储层厚度。为准确判定水合物储层情况,对南海北部神狐海域声波测井及地震资料进行了精细分析,研究了含水合物沉积层的声波速度、地震速度的分布特征和变化规律。结果认为：①地震反射剖面上,由于水合物饱和度、厚度增大,引起含水合物沉积层的速度增大而产生上拉构造,其下方同时显示出因低速含气层引起的速度下拉构造,即“眼球状”的速度振幅异常结构;②含水合物层的层速度大小与沉积物孔隙度和水合物饱和度密切相关,水合物饱和度随声波速度升高而上下波动,总体趋势上随声波速度的升高而增高;③在含水合物带内部,高速层呈平行于海底的带状分布,底部速度最高,从底部往上速度逐渐降低;④利用上述特征,结合其他地质和地球物理资料,依据层速度可识别地层中水合物的存在,计算水合物的饱和度,确定含水合物层的厚度、分布范围,并可进一步计算水合物的资源量。