天然气水合物开采相关的安全性研究进展

天然气水合物分解会改变原来海底地层的物性和力学性质并产生超静孔压、进而引起地层和海洋工程结构物基础的不稳定性、甲烷泄露等地质与环境灾害,对海洋工程与人类赖以生存的环境构成潜在严重威胁.这个问题引起了国际社会各界的广泛关注.正因为此,各国对天然气水合物开采均采取很谨慎的态度.本文介绍了天然气水合物分解可能导致的地质与环境灾害类型以及影响水合物分解的主要因素;列举了历史上与水合物分解相关的6个典型滑坡案例并进行了分析;阐述了水合物分解引起的层裂和喷发灾害现象及发生的机制和临界条件;分析了水合物分解对井壁、海底管道等结构物及其基础稳定性的影响;针对水合物分解的土层响应与环境影响监测技术的研究进展进行了评述;总结了与水合物分解引起的地质灾害密切相关的水合物地层的物理和力学性质研究现状;最后提出了目前水合物分解相关的安全性研究所存在的问题和需要深入研究的方向.     

天然气水合物成藏动力学研究进展

天然气水合物的成藏研究对于评估地层中的资源量、分布、可开采性等非常重要.天然气水合物在地层中的成藏不仅需要合适的温压条件,还需要合适的气源类型、气体运移路径.同时地层性质和孔隙水中氯离子和硫酸根离子等的存在对其成藏的影响也很大.因此要分析某地区的天然气水合物成藏情况,就需要对这些因素及历史演化过程有详细的了解,获得准确的参数,然后建立合适的数学模型进行预测.本文首先对有较充分地质调查和分析的几处天然气水合物分布区情况进行了总结,分析了天然气水合物成藏的共性因素及不同地区的特殊之处;然后对前人建立的天然气水合物成藏数学模型进行了总结和分析,对其中的不足之处进行了说明;最后对将来的数学模型的发展及成藏相关的研究提出了建议.     

天然气水合物开采方法的研究综述

天然气水合物(简称水合物)是天然气(主要成分甲烷)和水在高压和低温条件下形成的类冰固体化合物.我国将水合物开采研究归入战略发展规划.本文首先介绍水合物地层成藏和分类以及适合大规模商业化开采的地区;然后系统地总结了当前提出的水合物开采方法和适用条件,重点介绍了机械-热联合开采水合物方法的工艺流程和基本科学原理;阐述了水合物开采涉及的热传导、相变、渗流和应力变化4个效应,说明了水合物开采过程中各个物理量演化的特征,作为水合物开采与相关监测的理论基础;最后分析了国内外现场试验性开采的研究进展,并指出了未来水合物开采的研究方向.     

水合物沉积层中考虑相变的热传导分析

水合物沉积层中含相变的热传导是沉积物中水合物热分解的最基本的物理化学过程,热传导引起的相变区域扩展、气液渗流和土体软化变形很可能导致地层失稳,造成工程结构物的破坏或者环境灾害.本文对沉积物中水合物热分解问题进行了解耦,提出了热分解引起地层失稳问题的简便分析方法.在相变阵面假定的基础上,提出了新型的热传导模型,得到了一维自相似理论解,同时建立了相应的数值模拟方法.在实验室内进行了四氢呋喃水合物沉积物热分解模型试验,通过对比,理论分析、数值计算与试验结果吻合较好.     

致密储层渗吸特征与孔径分布的关系

致密油气藏资源量巨大,作为重要的替代能源可以极大地缓解中国的原油对外依存度。致密储层微纳米孔隙发育,毛细管力渗吸作用强,充分发挥渗吸排驱作用对提高致密油气产出至关重要。然而,由于致密储层孔隙结构复杂,目前对于渗吸特征与孔径分布之间的关系尚不清楚。选取致密火山岩和页岩开展实验,并与致密砂岩进行对比。通过高压压汞测试和自发渗吸实验分别获得致密储层孔径分布和渗吸特征参数,并建立两者之间的相关关系。结果显示致密储层渗吸体积与时间的双对数坐标系下,自发渗吸曲线呈现三段式特征:初期直线段、曲线段和后期直线段。其中初期直线渗吸段为主要阶段,吸水速度大大超过扩散段,且吸水量占总吸水量的比例超过90%,可采用渗吸指数和扩散指数对渗吸特征进行表征。渗吸指数和扩散指数与孔径分布特征关系密切;渗吸指数约为0. 5,主要反映了宏孔孔径分布特征,渗吸指数越大,宏孔越发育;扩散指数低于0. 3,主要反映了中孔分布特征,扩散指数越大,中孔越发育。本文研究有助于理解致密储层渗吸特征与孔径分布的关系,对发挥渗吸驱替作用和提高致密油气高效产出具有重要意义。     

盐间页岩盐离子扩散对自发渗吸驱油的影响--以潜江凹陷潜江组页岩为例

潜江凹陷盐间页岩富含石盐矿物,遇到水后迅速发生盐溶解、扩散,目前对于盐离子扩散对自发渗吸驱油的影响尚不清楚。以潜江凹陷的钙芒硝质盐间页岩、白云质盐间页岩和泥质盐间页岩样品为研究对象,开展页岩油储层逆向自发渗吸实验,采用低场核磁共振测试仪监测盐间页岩的渗吸过程中的油相变化。实验结果显示渗吸水进入盐间页岩后,将孔隙中的油以油滴的形式置换、排驱出来,具有小孔吸水、大孔排油的特征。初期小孔原油排出速率较高,大孔或微裂缝中的原油含量基本不变,但随着小孔原油排出速率的下降,新生的大孔或微裂缝中原油逐渐减少。此外,渗吸过程中,骨架结构中石盐矿物迅速溶解,产生大量的溶孔、裂缝。然而,量纲分析结果表明渗吸速率与石盐矿物含量具有负相关关系,石盐矿物含量越高,渗吸速率越低。石盐矿物的溶解引起颗粒崩落,堵塞基质孔隙,对储层产生了伤害作用,反而不利于孔隙中原油向新生溶孔、裂缝中迁移。研究了盐间页岩油储层中的盐的溶解、扩散机制及其对油动态迁移特征的影响,对盐间页岩的压裂液返排制度的建立和提高页岩油产出具有重要意义。