天然气水合物资源量估算方法及应用

近年大量的勘探与研究成果表明,中国南海海域具有良好的水合物资源前景.根据所掌握的勘探资料,尝试利用"概率统计法"对南海海域水合物资源前景进行了初步预测,在50%概率的条件下,南海海域的水合物资源量约为649.68×1011m3,与众多学者对全球天然气水合物资源量的估算相似.由于目前勘探程度较低和很多评价参数不能准确给定,因此对南海海域天然气水合物资源量的估算是初步的.该项研究旨在探索天然气水合物资源量的评估方法,随着勘探、研究程度的深入和评价资料的增多,水合物资源量的评价精度将会得到进一步的提高.     

南海天然气水合物稳定带厚度及资源量估算

中国的南海一直被人们认为蕴藏着丰富的天然气水合物资源,综合中国南海的水深、地热梯度及底部水温等地质资料,运用VisualBasic.Net编程分析在该海域范围内天然气水合物稳定带厚度,讨论其分布特征,并以此来评估该区域的水合物资源量.结果表明当地热梯度为0.06℃/m,在区域1中可能存在天然气水合物,其稳定带的最大厚度可达400 m,天然气水合物分布较为规则,从外向内逐渐增厚.但在区域2中由于受到水深和地热等因素的影响不存在天然气水合物,此时天然气水合物的资源量约为0.55×104 km3;当地热梯度随机取值时,该区的天然气水合物资源量约为0.57×104 km3.通过对地热梯度取不同的值,估算得到在该研究区天然气水合物的资源量约为0.6×104 km3.      

青海省木里煤田天然气水合物资源量估算

天然气水合物是一种新型的清洁能源矿产资源,据估算其资源量是全球煤炭、石油、天然气资源总量的两倍。青藏高原北部祁连山木里煤田天然气水合物的发现,是我国天然气水合物研究的重大突破。基于煤炭地质勘查工作及其相关研究成果,采用煤炭总量理论产气量法、天然气水合物体积法、天然气水合物稳定带体积法等三种方法,首次估算了木里煤田天然气水合物的潜在资源量,这对于评价该区天然气水合物资源前景具有重要意义。     

天然气水合物资源量研究进展

综述了三十多年来各国学者对全球天然气水合物资源量的研究进展,总体上可分为三个阶段:(1)20世纪70年代—80年代早期(1017～1018m3量级);(2)80年代晚期—90年代早期(1016m3量级)和(3)90年代晚期至今(1014～1015m3量级)。分析发现,最早的估算结果比现今的偏大2～3个数量级。随着人们对水合物认识的加深,在资源量评估方面会显得更加理性。     

天然气水合物微观模式及其速度参数估算方法研究

天然气水合物沉积介质速度的估算是水合物人工地震探测理论方法和技术研究的组成部分。文中针对水合物在介质孔隙中悬浮、颗粒接触和胶结 3种微观模式 ,对前人估算其速度的多种方法进行了分析研究 ,结合试算模型 ,重点考查时间平均方程、伍德方程、李权重方程和等效介质等方法估算速度的适用性和使用条件。研究结果表明 ,每种方法都有其适用和不适用 (或不太适用 )的条件 ,水合物悬浮模式、颗粒接触模式和胶结模式 ,最为适宜使用的速度估算方法分别是伍德方程、权重方程和时间平均方程。权重方程在合理调整权重参数时有较宽的适用性。     

木里地区天然气水合物储层参数计算

测井作为一种重要的地球物理勘探手段,在天然气水合物资源定量评价中发挥着重要的作用,随着木里地区天然气水合物勘探井的日益增多,需建立一套适合本地区的泥质含量、含水饱和度和孔隙度等储层参数的计算方法,这对储层优选、资源量的评估等具有重要意义.笔者基于国内外文献常用的天然气水合物测井评价模型,选用经过环境校正和标准化处理后的测井数据,定量计算天然气水合物的孔隙度与饱和度等参数,结合岩心测试和岩电资料,修正并完善储层参数的计算模型,分析各种测井评价方法在水合物储层计算当中的优劣.研究结果表明:泥质含量选用自然伽马值求取为宜;孔隙度选用受水合物分解所产生气体影响较小的密度值求取;饱和度的求取需根据水合物含量的不同,分别选用印度尼西亚公式、修正的wood方程或修正的阿尔奇公式.     

海底天然气水合物储集层饱和度的估算方法

据当前国内外海底天然气水合物饱和度预测技术的文献分析,讨论了岩芯孔隙水的氯离子浓度、地球物理测井和地震波速度等方面在估算海底天然气水合物饱和度方面的应用和计算方法,并对它们的优劣进行简单的评述。     

青海祁连山冻土区天然气水合物资源量的估算方法——以钻探区为例

祁连山冻土区天然气水合物DK-1、DK-2、DK-3、DK-4号钻孔揭示,该区天然气水合物及其异常主要产出于破碎岩层裂隙中和砂岩孔隙中,根据不同的赋存类型分别赋予具体地质含义,并运用体积法建立了2种产状天然气水合物资源量的计算方法。基于野外地质观测统计数据和室内分析测试结果,在钻探区约40×104m2的范围内,计算得到砂岩孔隙中的天然气水合物资源量约为6.24×104m3天然气,破碎岩层裂隙中的天然气水合物资源量约为88×104m3天然气,总的资源量约为94.2×104m3天然气。可以看出,钻探区中产于破碎岩层裂隙中的天然气水合物资源量是主体,这与钻探中肉眼观察的结果一致。     

基于电阻率测井的天然气水合物饱和度估算及估算精度分析

利用电阻率测井基于阿尔奇公式能够估算孔隙空间中天然气水合物饱和度。基于神狐海域的水合物钻井(SH2站位)资料,利用密度反演的地层孔隙度与地层因子交会图,计算出估算水合物饱和度的阿尔奇常数。假定地层中水合物呈均匀分布,利用电阻率资料计算的该站位水合物饱和度平均为24%,最高达44%,水合物饱和度在垂向上具有明显的不均匀性;利用孔隙水氯离子异常估算的SH2站位水合物饱和度平均值为25%,最高值达48%,厚度为25 m。这两种方法估算的水合物饱和度基本吻合,利用电阻率资料计算的饱和度与阿尔奇常数和饱和度指数及孔隙度有关。     

东沙海域浅层沉积物硫化物分布特征及其与天然气水合物的关系

对南海东沙海域浅层沉积物中硫化物的含量进行了分析,结果表明,沉积物中硫化物的含量与沉积物顶空气甲烷含量有密切的关系,在存在顶空气甲烷高异常的沉积物岩心中,沉积物中硫化物含量明显高于无甲烷异常的沉积物岩心,且随层位深度的增加,其含量明显增大,存在显著的变化梯度带。碎屑矿物鉴定结果表明,沉积物中硫化物主要以黄铁矿的形式存在。浅层沉积物中高含量的硫化物与天然气水合物分解形成的甲烷流有直接的关系,反映了下部沉积物中可能存在天然气水合物。     

Characterisation of likelihood of gas hydrates occurrence in the South China Sea based on Bonferroni mean-based TOPSIS and fuzzy set theory

The efficiency of gas hydrate production depends on the success of gas exploration and occurrence evaluation. The existing evaluation models are generally univariate and only applicable to certain geological settings. This study presents a holistic approach to evaluate the likelihood of gas hydrate occurrence by supplying an index for mapping gas hydrate levels with depth. The approach integrates a generalised TOPSIS method with the fuzzy set theory. An expedition of gas hydrate conducted in the Shenhu area of the South China Sea was adopted as a case study to assess the reliability of the proposed index. As a multivariate model, the proposed approach enables the capture of non-linearity associated with gas hydrates in its entirety. The magnitude of the strength of the influential factor varies substantially from one site to another across the Shenhu area. The results also show that no site achieves the highest likelihood ‘Level V’. These results are consistent with the gas saturation values obtained using Archie’s relationship. For example, at SH4 and SH7, the values of the likelihood index are the highest between 170–185 m and 150–165 m, respectively, and the observed saturation at these locations varies from 20% (SH4) to 43% (SH7). The proposed likelihood index yields a prominent ability to quantify the level of occurrence of gas hydrates with depth at different sites. It appears to be an efficient multicriteria system bound to improve the management of the gas production trial stage.     

东海天然气水合物地热研究及其环境意义

依据地热资料研究天然气水合物稳定带厚度在东海海域的分布情况。东海在地质构造上位于新生代环太平洋构造带西部边缘岛弧的内侧,又是欧亚板块、太平洋板块和菲律宾海板块的相互作用带。依据国际热流委员会(IHFC)提供的东海地热数据,经过统计确定出该区域的热流分布,热流平均值为121·0mW/m2,最小值为73·0mW/m2,最大值为168·0mW/m2。同时利用天然气水合物温压模型计算了稳定带厚度,数据显示稳定带厚度平均值为92·2m,最小值为1·4m,最大值为190·6m,薄于其他已经发现的海洋天然气水合物稳定带厚度(约400m)。天然气水合物大部分分布在条件适宜的陆坡和岛坡上,冲绳海槽底部水合物稳定带厚度相对较薄。统计分析表明本区热流值与水合物稳定带厚度相关性很差,相关系数仅有0·12。这是由于天然气水合物所在海域水深较浅时,海底温度的变化迫使运算所应用的非线性方程影响因子迅速积累,从而导致相关系数降低。最后结合东海陆坡的地质条件,探讨了在天然气水合物存在的情况下,陆坡失稳的可能性及其造成的环境影响。     

叠后波阻抗无井反演技术在T研究区天然气水合物分布预测中的应用

针对南海北部陆坡T研究区的地质情况和天然气水合物的赋存特征,在缺少钻井资料的情况下,利用T研究区准三维地震数据和叠加速度谱资料,建立三维层速度模型,并将其转化为低频波阻抗背景模型。提取虚拟井进行精细标定,通过稀疏脉冲反演方法,最终获得研究区绝对波阻抗体和精细速度体。同时,综合利用地震、反演结果分析研究区水合物识别的最佳门槛值,并以此为依据对水合物进行定量解释。研究结果表明:①研究区内水合物的速度在2050~2150 m/s之间,纵波阻抗在3.9×106 kg·m-3·m·s-1以上,与围岩速度、阻抗反差较大;②水合物分布范围较广,在研究区中西部及东南部尤为发育,初步估算其厚度最大可达48 m左右。     

底辟构造与天然气水合物的成矿关系

世界上天然气水合物发现地区的地质构造特征研究表明,底辟构造和水合物的形成与聚集有较为密切的关系。底辟构造可能是地层内部圈闭气体由于压力释放上冲的结果,也可能是气体向上运移的通道。初步总结了被动大陆边缘中典型底辟构造与天然气水合物的成矿关系,认为被动陆缘内巨厚沉积层、塑性物质与高压流体、陆缘外侧的火山活动及张裂作用,为底辟构造发育提供了条件,形成了水合物成矿的有利空间。文中对南海底辟构造发育的地质背景进行了分析,并对南海天然气水合物的发育和赋存进行了预测。笔者在进行综合分析的基础上,对底辟构造中天然气水合物的成矿模式进行了进一步的分析和探讨。     

最新国际天然气水合物研究现状与资源潜力评估(上)

地层骨架孔隙中水合物的高质量形成是开展水合物实验研究的前提和物质基础,可为我国深水油气及水合物资源开发提供理论指导。依据南海GMGS2-07井水合物层地质条件,利用TOUGH+HYDRATE数值模拟软件和自主研制的水合物反应生成装置开展数值模拟和实验研究,在验证数值模拟方法准确性和可靠性的基础上,通过控制变量法分别开展不同地层导热系数和含水饱和度条件下水合物生成质量的影响研究。结果表明：(1) 数值模拟与室内实验过程中,水合物形成时温度、压力与三相物质变化趋势一致且特征值十分接近,验证了数值模拟方法的准确性和可靠性。(2) 导热系数越大,水合物生成越快,最终形成的水合物饱和度越大,分布也更加均匀。但导热系数与最终形成水合物的饱和度的正负相关性,存在临界边界。本次所选用的反应釜尺寸,临界边界距上、右边界距离为1.8 cm,临界边界内导热系数与水合物饱和度呈正相关性,临界边界外呈负相关性。临界边界随着反应釜尺寸的增大而增大,但临界边界位置不受地层渗透率的影响。(3) 随地层含水饱和度增加,最终形成的水合物饱和度先增大后减小,峰值处含水饱和度小于初始压力条件下的理论气水比。当初始压力为7.8 MPa,含水饱和度约22.23%时,所形成的水合物饱和度最大且分布最不均匀。由此可知,选用高导热系数材料制备地层骨架、使初始含水饱和度低于气水理论比以及调整初始温压条件使之偏向相平衡曲线左方有利于形成分布均匀的高饱和水合物。研究认为深水油气含水合物固井和水合物资源钻采提供依据,为水合物商业化开采提供技术储备。

     

Hydrate phase transition and seepage mechanism during natural gas hydrates production tests in the South China Sea: A review and prospect

Natural gas hydrates (NGHs) are globally recognized as an important type of strategic alternative energy due to their high combustion efficiency, cleanness, and large amounts of resources. The NGHs reservoirs in the South China Sea (SCS) mainly consist of clayey silts. NGHs reservoirs of this type boast the largest distribution range and the highest percentage of resources among NGHs reservoirs in the world. However, they are more difficult to exploit than sandy reservoirs. The China Geological Survey successfully carried out two NGHs production tests in the Shenhu Area in the northern SCS in 2017 and 2020, setting multiple world records, such as the longest gas production time, the highest total gas production, and the highest average daily gas production, as well as achieving a series of innovative theoretical results. As suggested by the in-depth research on the two production tests, key factors that restrict the gas production efficiency of hydrate dissociation include reservoir structure characterization, hydrate phase transition, multiphase seepage and permeability enhancement, and the simulation and regulation of production capacity, among which the hydrate phase transition and seepage mechanism are crucial. Study results reveal that the hydrate phase transition in the SCS is characterized by low dissociation temperature, is prone to produce secondary hydrates in the reservoirs, and is a complex process under the combined effects of the seepage, stress, temperature, and chemical fields. The multiphase seepage is controlled by multiple factors such as the physical properties of unconsolidated reservoirs, the hydrate phase transition, and exploitation methods and is characterized by strong methane adsorption, abrupt changes in absolute permeability, and the weak flow capacity of gas. To ensure the long-term, stable, and efficient NGHs exploitation in the SCS, it is necessary to further enhance the reservoir seepage capacity and increase gas production through secondary reservoir stimulation based on initial reservoir stimulation. With the constant progress in the NGHs industrialization, great efforts should be made to tackle the difficulties, such as determining the micro-change in temperature and pressure, the response mechanisms of material-energy exchange, the methods for efficient NGHs dissociation, and the boundary conditions for the formation of secondary hydrates in the large-scale, long-term gas production.©2022 China Geology Editorial Office.     

南海天然气水合物稳定带的影响因素

文章利用南海所积累的大量热流、海底温度和地温梯度数据，针对地温梯度的变化，对地温梯度数据进行了初步校正。分情况研究了纯甲烷，甲烷、乙烷、丙烷混合物分别在纯水、海水条件下形成的天然气水合物在南海的可能分布范围；进而对影响天然气水合物分布的影响因素进行了讨论。研究表明，随着天然气中重烃含量的增加，孔隙水盐度的降低，水合物稳定带在平面上的分布范围越来越大，水合物稳定带的厚度也越来越大。比较而言，气体组成的影响要比孔隙水盐度的大。同时，天然气水合物稳定带的厚度与热流有一定的负相关关系。在南海2000m水深范围之内，由于受海底温度的控制，水合物稳定带的厚度与水深呈明显的正相关关系。     

羌塘盆地冻土结构特征及其对天然气水合物成藏的影响

羌塘盆地是青藏高原最大的含油气盆地,多年冻土广泛分布,具备良好的天然气水合物形成条件和找矿前景。基于羌塘盆地天然气水合物钻探试验井资料,从影响天然气水合物成藏角度提出了羌塘盆地3种主要的冻土结构类型,其中由冻融层、含冰沉积物冻土层、含冰基岩冻土层、非含冰基岩冻土层所组成的冻土结构最为常见。研究表明,冻土层结构对天然气水合物温压条件具有一定影响,当非含冰基岩冻土层存在时,其下伏的非冻土层的孔隙流体压力与上部冻土层的微孔和微裂隙特征紧密相关,有利于浅层烃类气体的封存和水合物的成藏。含冰冻土层冰地球化学特征指示冻土层形成的过程是大气降雪融化成水后未经蒸发作用直接渗入地下,受气候变冷影响,地层由浅往深逐渐冻结形成。同时,矿化度和阴、阳离子浓度的高低在一定程度上反映了不同深度沉积物的物化性质。含冰冻土层对于浅层烃类气体封盖作用的定量评价显示,随着含冰饱和度的增加,甲烷气体渗透率降低,当含冰饱和度达到80%时,冻土层能完全有效地限制甲烷气体运移。由于在气候变暖因素的驱动下,冻土层不仅能通过温压条件来控制天然气水合物矿藏存在的空间范围,而且还限制着来自部分水合物分解所产生的烃类气体向浅部运移。因而推测,在青藏高原冻土区可能存在一个由断裂体系相关联的深部烃类储层、中部天然气水合物储层和浅部天然气藏组成的油气系统。