陆域天然气水合物形成条件理论研究及其对青南多年冻土区水合物勘查的启示

陆域天然气水合物作为一种未来开发潜力最大的非常规清洁能源而备受各国政府青睐,目前国内外对陆域水合物形成条件的研究集中于4个重点方向:温度-压力、气源、气体运移及水合物的圈闭,大量的研究表明最为直接的条件为温度-压力和气源,而圈闭则决定水合物的成藏规模。同时水合物的形成机制也成为研究的热点。近年来,我国学者依据陆域水合物形成的温压条件而做出的理论预测曾成功地指导了祁连山冻土区水合物的发现。然而,地处海拔4 600多米的北羌塘青南冻土区有着比祁连山水合物产出地更佳的水合物形成条件,但至今未获得找矿成果突破,还存在二叠系烃源岩中有机质的沉积环境不明、气体成因不清及烃源岩综合评价缺乏标准等诸多问题。对国内外在水合物形成条件等方面进展的总结将给青南地区今后水合物勘查诸多有益的启示,如冻土厚度及类型、烃气成因、断层、圈闭和储层等因素对水合物形成及成藏等方面的影响。      

粒径及孔径分布对天然气水合物形成影响的研究进展

掌握影响天然气水合物（简称水合物）在海底沉积物中形成的因素对其能源和气候环境效应的评估有重要的意义。水合物的含量与沉积物颗粒的粒径紧密相关,水合物多产出于粗砂中。以人工样品为主的实验研究表明,由于孔隙半径产生的毛细管抑制压力,多孔介质的颗粒越细,孔 隙 越 小,一定条件下稳定温度越低（或 压 力越高）。沉积物颗粒的比表面积与水合物饱和度呈现很高的相关性,比粒径更有优势。利用比表面积可以定量地表示粒径和孔隙大小之间的关系,量化分析孔隙大小对水合物形成的影响。此外,我国南海神狐海域水合物尽管赋存在细粒沉积物中,却具有较高的饱和度,这可能与南海沉积物中富含丰富的有孔虫壳体有关,通 过 微 观 层 面的观察发现,这些古生物壳体不仅充当了沉积物中的粗砂部分,而且其多孔结构也使沉积孔隙空间增加,从 而 为水合物富集提供了有利的生长环境和便利的赋存空间。Ｋｌａｕｄａ等的模型假定多孔介质孔径尺寸的概率密度分布函数为正态分布,新的相平衡模型包含了尺寸效应。颜荣涛等把有效孔隙半径和水合物饱和度联系起来,从而将水合物饱和度引入相平衡模型中。分形模型将分形参数与孔隙度建立了关系,但并没有与温压条件等进一步联系起来,对水合物形成和分解的影响还需做进一步的推导和实验。      

天然气水合物系统特征及其对我国水合物勘查的启示

油气资源在能源结构中具有举足轻重的作用,其成因机制及勘探思路已发展出了完善的系统理论———含油气系统理论,而天然气水合物作为潜在替代清洁能源,其勘探理论尚处于探索阶段。借鉴含油气系统理论,注重与常规油气成藏的差异性分析,在系统分析全球已发现天然气水合物主要研究区的天然气水合物特征基础上,从气体来源、气体运移通道、有利储层等方面对天然气水合物成藏机理进行了系统梳理,以探究天然气水合物系统特征。提出天然气水合物系统应包括气源、储层和天然气水合物稳定带３个基本要素以及气体生成－运 移 过
程和天然气水合物形成过程２个基本作用;冻土带内气体来源以热解气为主,海洋环境中则以生物气或热解气和生物气的混合气为主;气体运移通道主要为流体底辟、气烟囱、大尺度断层、裂缝、滑塌构造及高渗透性地层等;天然气水合物储层在冻土带以砂岩为主,在海域则以黏土质粉沙及粉沙质黏土为主;综合全球各区域天然气水合物成藏特征,提出了９种类型天然气水合物系统,同时以我国神狐海域天然气水合物系统为例总结出了天然气水合物系统成藏事件表。      

斯维尔德鲁普盆地天然气水合物成藏条件及分布预测

斯维尔德鲁普盆地是北极地区最重要的含油气盆地之一,研究者普遍认为这一地区可能具有良好的水合物资源潜力,已有的钻井勘探成果也显示了大量天然气水合物存在的迹象;目前国内对北极地区油气的研究尚处于起步阶段,对斯维尔德鲁普盆地也缺乏系统的认识。结合测井资料解释及国内外理论研究成果,介绍了斯维尔德鲁普盆地的油气地质背景,综合分析了盆内水合物成藏的气源条件、温压条件、构造条件和沉积条件,对水合物的分布范围做出了预测并初步估算了盆内水合物所含天然气的资源量。结果表明,斯维尔德鲁普盆地较好地满足了天然气水合物的成藏条件,盆内主要有3个水合物勘探远景区,资源潜力巨大。这一结论对未来在北极地区进行的油气勘探具有重要的参考价值。      

天然气水合物储层地震反射相干分析研究

以实际水合物存在的美国布莱克海台地震数据为例,利用地震剖面中四个层位(海底层、水合物顶层,水合物层和游离气层)地震数据,通过相干技术研究了四个层位地震波同相轴的连续性。结果表明:在同一层位中,随着时窗宽度的增大,所有时窗相干值的均值都逐渐减小;在相同时窗宽度下,相干程度最好的为海底层,其次为水合物层、水合物顶层及游离气层。由此,通过对比各层位的相干值,可以指示天然气水合物的存在,这为水合物识别及其开采提供了有价值的参考。     

松辽盆地东南隆起区油气分布规律及含油气系统

松辽盆地东南隆起区发育深、浅2套地层，深层系指上侏罗统，浅层系指下白垩统。地层整体上受松辽盆地构造演化的控制。深层以(扇)三角洲-湖泊相为主，同时发育火山喷发岩及其经过搬运之后形成的火山碎屑，属裂谷期沉积组合。浅层以河流相广泛发育为特征，属后裂谷期沉积组合。同时，受盆地类型控制，各侏罗系断陷盆地沉积相也有差别。深层晚侏罗世断陷阶段沉积层序，在区域上为分割性断陷群，陆源     

惠民凹陷南坡天然气藏形成条件及勘探方向

从气源岩、储层、圈闭等方面分析了惠民南坡的天然气成藏条件,认为该区烃源岩条件良好,有古近纪的暗色泥岩和石炭一二叠纪煤系地层作为气源岩,同时该区深大断裂发育,岩浆活动强烈,还具有充足的非烃气源;地层发育全,沉积体系多,发育多种类型的储集层,形成6套储盖组合,具备天然气聚集成藏的良好地质条件。研究表明,曲堤地垒和济阳地堑东部的古生界圈闭是深层气勘探的有利方向,非烃气的主要勘探方向是王判镇潜山带的新近纪地层构造圈闭和浅层“亮点”岩性圈闭。     

惠民凹陷南坡天然气藏形成条件及勘探方向

从气源岩、储层、圈闭等方面分析了惠民南坡的天然气成藏条件,认为该区烃源岩条件良好,有古近纪的暗色泥岩和石炭-二叠纪煤系地层作为气源岩,同时该区深大断裂发育,岩浆活动强烈,还具有充足的非烃气源;地层发育全,沉积体系多,发育多种类型的储集层,形成6套储盖组合,具备天然气聚集成藏的良好地质条件.研究表明,曲堤地垒和济阳地堑东部的古生界圈闭是深层气勘探的有利方向,非烃气的主要勘探方向是王判镇潜山带的新近纪地层构造圈闭和浅层“亮点“岩性圈闭.     

含水合物沉积物力学性质:方法、特性与定量关系

从原位测试、实验模拟和理论数值分析等角度归纳了现有含水合物沉积物力学性质研究方法,重点对自然界中含水合
物沉积物力学特性进行了总结,对比了海洋和冻土区含水合物沉积物力学性质的差异。除了诸如水合物形成和分解对沉积物力
学性质影响这类定性评价外,水合物数值模拟和工程应用还需要建立像水合物饱和度与沉积物力学参数间这类定量关联函数。
最后讨论了现有的含水合物沉积物力学性质定量研究结果,并提出了今后含水合物沉积物力学性质研究的几点建议。      

紧邻地铁线的深基坑监测方法研究及实例分析

基坑施工主要是在人员较稠密的中心城区,开挖施工的过程中常常会对周围建筑物和附属物等产生潜在危害,甚至会危及人民生命和财产安全。为了施工安全,针对不同的基坑要采用最合适的监测方法对基坑关键部位和周围建筑物等进行监测。以地铁线附近的大型基坑监测工程为例,分析了基坑水平和竖向的位移监测以及地下水位的监测计算原理,并结合实际测量数据对处理后的数据结果进行分析。水平位移测量精度能够达到毫米级精度,地下水位监测精度达到厘米级精度,及时分析监测项的变化情况,保障工程施工的安全有序进行。     

基于正交试验法的天然气水合物地层钻井液配方设计

在天然气水合物勘探开发过程中,钻井液性能的变化会导致水合物的分解与再形成,从而影响正常的钻进。为了满足
水合物勘探所需的稳定钻井液,采用正交试验法,研究了含NaCl、聚合物等不同组分的水合物地层钻井液宏观流变性的变化。以
表观黏度、塑性黏度、动切力等为考核指标,通过改变各组分的含量对钻井液配方进行优选,确定了影响钻井液性能的主要因素,
用较少的试验次数获得了较全面的试验结果,从而获得适合含天然气水合物地层钻井用的钻井液。      

Study of the Surface Morphology of Gas Hydrate

Study of the surface morphology of gas hydrate is of great importance in understanding its physical properties and occurrence.In order to investigate the surface morphology of different types(sI and sII)and occurrences(pore-filling and fracture-filling)of gas hydrate,both lab-synthesized and drilled-gas hydrate samples were measured using cryo-scanning electron microscopy(cryo-SEM).Results showed that the surface of s I hydrate was relatively smooth,and spongy nano-pores(200–400 nm)gradually occurred at the surface during continuous observation.The surface of sII hydrate was more compact,showing a tier-like structure.Hydrate occurred in quartz sand and usually filled the pores of the sediments and both hydrate and sediments were cemented with each other.SEM observation of the gas hydrates collected from the South China Sea showed that the surface morphology and contact relation with sediments varied with hydrate occurrence.For instance,hydrates dispersed in sediments mainly filled the pores of the sediments.The existence of microorganism shells,such as foraminifera,was beneficial to the formation of gas hydrate.When hydrate occurred as a massive or vein structure,it was easily distinguished from the surrounding sediments.The surface of hydrate with massive or vein structure showed two distinct characters:one was dense and smooth,the other is porous(several to tens of micrometers in diameter).The occurrence of different hydrate morphologies was probably caused by the supplement rates of methane gas.     

城市天然气管网火灾定量风险分析系统研究与实现

随着城市天然气管网大面积铺设和投入使用,管线的安全风险问题日益突出。相关天然气泄漏、火灾、爆炸等事故对民众财产和人身安全产生了严重威胁。针对这一问题,基于GIS技术提出了一套燃气管网定量风险分析模型,结合燃气泄漏引发建筑物火灾的特殊背景下,提出适用的城市火灾蔓延模型,借助C#编程与ArcGIS Engine平台,开发一套城市天然气管网火灾定量风险分析系统。试验结果表明,本文系统有效地预测事故可能发生区域以及事故影响区域,并对发生火灾概率较大的区域实现蔓延模拟,从而预先对存在事故隐患的区域进行重点风险评价、安全教育乃至整个城市的二次规划和重建,有效抵御事故的发生,防患于未然。     

天然气水合物储层地震波振幅属性研究

以实际水合物存在的美国布莱克海台地震数据为例,利用地震剖面中4个层位(海底层、水合物顶层、水合物层和游离气层)地震数据进行了地震属性的提取及属性分析,研究了各层位的属性特征。结果表明:均方根振幅、平均绝对振幅、平均能量变化、振幅峰态、绝对振幅积分、总能量、功率谱最大值、有限带宽能量等8种属性值在各层位的分布情况基本相同,即海底最高,其余依次是水合物层、游离气层和水合物顶层,可区分出水合物层和游离气层。由此,通过对比各层位的振幅属性值,可以指示天然气水合物的存在,为水合物识别及其开采提供参考依据。     

北京地区中元古界下马岭组页岩气形成条件

以野外露头与地热井的岩屑样品为基础,以岩石学、有机地球化学和储层物性实验测试分析为手段,对北京地区中元古
界下马岭组页岩进行了页岩气形成条件研究。结果表明,中元古界下马岭组页岩分布广泛,沉积厚度大,有机碳含量高,有机质类
型好,以Ⅱ型为主、兼有少量的Ⅰ型,具有良好的页岩气形成条件。中元古界下马岭组页岩矿物组成主要为石英和黏土矿物,石英
平均质量分数为60%,黏土矿物平均质量分数为31.5%,黏土矿物中伊利石含量最高,占黏土矿物总组成的77.54%;页岩中微孔
隙与微裂缝发育,具备良好的页岩气赋存条件,等温吸附实验也证明了这一点。北京地区经历了多期构造变动,但页岩气藏具有
较强的抗构造破坏能力,使得研究区具有较好的页岩气保存条件。总体认为北京地区中元古界下马岭组是较理想的页岩气勘探
目的层系。      

青海乌丽冻土区冷泉水溶烃对形成天然气水合物的指示意义

针对深处青藏高原腹地中低纬度高海拔(4 600~5 300m)永冻土地带的青海乌丽地区,开展了该地区天然气水合物形成的气源条件研究。冻土区地表沿断层发育若干冷泉,野外采集冷泉新鲜水500mL密封送实验室进行气相色谱分析。首先对水中溶解的烃在真空和60℃恒温条件下脱出气体,将脱出气体经ρ(NaOH)=300g/L的碱液吸收CO₂,余下气体经碱液驱赶至量气管上端,计量脱出气体的体积,并转移至另处;然后根据溶解烃含量注入适当体积的脱出气体进行色谱标定、单点外标定量。结果在冷泉中检测出CH₄体积分数一般在223.60~1 097.30 μL/L之间,最高达1 113.21 μL/L。野外工作查明烃源岩主要为上二叠统那益雄组含煤碎屑岩建造,次为上三叠统巴贡组碎屑岩。前者中赋存的煤层及炭质泥岩为天然气水合物气源供给的重要母质。此研究成果揭示该地区具备形成天然气水合物藏的良好气源条件及成藏潜力。      

淄博市淄川区饮用天然矿泉水赋存条件与形成机理研究

淄博市淄川区饮用天然矿泉水按照含水层性质可划分为松散岩类孔隙水、碳酸盐岩类裂隙岩溶水和岩浆岩类构造裂隙水3大类。区内29眼井泉监测点饮用天然矿泉水检测结果显示,研究区存在锶型、锂型和锶锂复合型3种类型矿泉水。从水岩作用角度分析了矿泉水中锶和锂的来源,认为研究区广泛分布寒武纪碳酸盐岩,石灰岩尤其是鲕状灰岩中丰富的锶元素,是锶矿泉水形成主要的物源条件之一;地下水沿灰岩裂隙岩溶运动为矿泉水的形成创造了重要的水动力条件;研究区腐殖质经低矿化近中性的大气降水淋滤后,形成富含腐殖酸的偏酸性溶液入渗地下,对地下岩层产生溶解、溶滤作用,随着溶解过程的进行,岩石中的锶元素大量进入地下水中。