基于局部平衡反应的海底甲烷水合物形成及富集机制数值模拟

针对具有开发潜力的渗漏型天然气水合物藏,尝试采用油藏数值模拟方法,建立海底甲烷水合物形成及富集机制模型。基于水合物的相平衡和动力学特征,通过对水合物反应的局部平衡设置和对海底浅层高压低温环境的精确描述,实现对深部甲烷气运移至海底水合物稳定区、触发形成水合物过程的模拟,分析海底低渗层遮挡和海底冷泉两种情形下甲烷水合物富集成藏过程及其影响因素。结果表明:在深水海底浅层中,深部甲烷气以较小通量且不发生泄漏至海水情形下,长时间、持续的运移至海底水合物稳定区,则有利于形成大厚度、高丰度的水合物藏;油藏数值模拟方法可作为一种研究海底水合物成藏动力学的有效手段,值得开发利用。     

南海北部天然气水合物气源系统与成藏模式

天然气水合物成矿成藏条件与油气成藏条件虽然存在差异,但亦存在共同之处,即均需要有充足烃源供给及烃源供给系统输送与有利聚集场所的时空耦合配置。为了深入研究天然气水合物与常规油气运聚成藏条件之差异,根据南海北部陆坡深水区构造沉积演化特点及油气地质条件与多年来油气及水合物勘探成果,综合剖析了油气及天然气水合物气源构成特点与流体运聚输导系统特征,同时根据地质地球物理及地球化学分析,初步研究了气源供给运聚通道系统类型与高压低温天然气水合物稳定带的时空耦合配置关系,并结合油气地质及天然气水合物成矿成藏基本地质条件,总结和建立了南海北部陆坡深水区“生物气源自生自储扩散运聚型”、“热解气源断层裂隙输导下生上储运移渗漏型”和“热解气源底辟及气烟囱输导下生上储运移渗漏型”等3种成因类型的天然气水合物成矿成藏模式,以期能为南海北部深水区天然气水合物资源预测及有利勘查目标评价优选等提供决策依据与指导。     

天然气水合物藏的界定及思考

 在回顾致密气、页岩气、煤层气等非常规天然气藏定义的基础上,基于天然气水合物藏的特征,认为天然气水合物藏是指具有一定量的甲烷等气体运移到温度-压力适宜的地层,并以固态形式赋存于地层/松散沉积物中的天然气水合物资源及其与之有直接关联的天然气聚集。因此,在开展天然气水合物资源勘查与评价时,应当查明天然气水合物层下部游离气状况,存在游离气层的"固-气两层楼式"天然气水合物藏是当前有利的天然气水合物开发靶体。分析认为神狐海域天然气水合物属于"固-气两层楼式"天然气水合物藏,在进行资源评价和试采时,应该对天然气水合物层和游离气层进行统一考虑,从而有望进一步提高单井日产量和经济效益,促进天然气水合物的勘探与开发。     

2017年天然气水合物研发热点回眸

 2017年，天然气水合物研发领域散发出强劲活力，发生了一系列重大事件。本文回顾了2017年日本南海海槽天然气水合物试采、中国神狐海域天然气水合物试采、中国荔湾海域天然气水合物试采、天然气水合物作为新矿种等重大事件和进展，盘点了天然气水合物油气系统在中国南海神狐海域等主要地区的应用与研究、动力学抑制剂、开采方法、沉积物稳定性、环境效应等研究热点，部分展示了中国在天然气水合物领域作出的贡献，并进一步分析了天然气水合物未来研究热点。     

莺歌海盆地水溶相天然气析出成藏特征

通过莺歌海盆地的烃源岩、温压特征及底辟活动规律研究,对水溶气出溶成藏的条件进行分析,并根据天然气的地球化学和同位素特征,研究水溶气出溶成藏的证据。结果表明:莺歌海盆地烃源岩气源供给充足,中浅层和深层天然气溶解度差异大,底辟构造周期性开启提供了流体向上运移的通道,具备水溶气运移出溶成藏的理想条件;在中浅层1.5~2.0 km深度范围内,天然气干燥系数较大、异构烷烃与正构烷烃含量比值大、甲烷碳同位素组成偏重、芳烃富集,表明水溶气出溶成藏是中浅层气藏形成的重要机制之一;在底辟活动期间,深层溶解大量天然气的水沿着底辟形成的断裂运移至中浅层,由于温压大幅度降低,天然气从水中释放,进入到底辟上部或附近的圈闭中形成气藏。     

神狐海域水合物藏降压开采的数值模拟

目前在降压法开采水合物藏方面,主要侧重于对降压生产规律、水合物藏地质参数敏感性、降压法开采有效性及开发潜力等的研究,实际上在降压开采过程中,开采参数也会影响水合物藏的开采动态。根据神狐海域水合物藏现场资料,应用数值模拟的方法,进行了神狐海域2017年水合物试采试验的拟合,验证了所建地质模型的可靠性,在此基础上创新性地研究了降压幅度和降压速度对水合物藏开采动态的影响。研究结果表明:水合物未完全分解前,降压幅度越大,水合物分解速度越快,同一时刻产气速度也越快;降压速度越快,产气峰值越大且越早出现,同一时刻累产气越多。因此建议开采神狐水合物藏时降压幅度至少应为初始压力的0.5倍,并考虑实际操作工艺和设备安全性,选择较快的降压速度。     

松辽盆地双坨子气田天然气汞含量特征

 为探讨松辽盆地双坨子气田天然气汞含量分布特征及其成因, 选取该气田7 口气井作为研究对象, 在对采集的天然气进行汞含量检测的同时, 开展天然气组分和烷烃碳同位素分析。检测结果显示, 双坨子气田天然气汞含量介于11~29200 ng/m³之间, 平均为17600 ng/m³, 属于中、低含汞天然气。双坨子气田天然气汞含量随产层深度的增加而增大, 深层天然气要远高于中、浅层天然气, 天然气汞含量的分布特征明显受该盆地双层地质结构的控制。研究表明, 双坨子气田汞含量分布特征既与天然气类型有关, 也与气源岩热演化程度有关。双坨子气田深层天然气为煤型气, 中、浅层气则为油型气或油型气-煤型气的混合气。气源岩热演化程度的不同, 是造成双坨子气田与其邻近的长深气田天然气汞含量差异较大的根本原因。     

海洋天然气水合物测井评价研究进展

资源量巨大的天然气水合物越来越引起人们的重视。针对目前海洋天然气水合物储层的测井评价问题,介绍了海洋天然气水合物的晶格结构、物理性质、分布形式和形成条件,结合天然气水合物的物理性质和储层特征,分析了海洋天然气水合物的常规测井响应特征。根据大量文献调研,得出目前利用测井方法求取天然气水合物储层的孔隙度和饱和度等参数的主要方法,对南海神狐海域含天然气水合物储层的实例站位进行泥质含量、天然气水合物饱和度评价。提出实验室合成人工岩芯研究天然气水合物时,需考虑泥质的存在。通过总结海洋天然气水合物测井评价研究进展的调研成果,为今后大规模海洋天然气水合物的储量预测及勘探开发提供重要依据,对天然气水合物资源的有效开采具有重要现实意义。     

南海北部天然气水合物的形成分解与微生物的偶联关系

微生物在天然气水合物的形成和分解中扮演了重要的角色.南海北部是我国天然气水合物未来开发的战略选区之一,目前已多次在该海域采集到天然气水合物样品,证实了南海北部蕴藏着丰富的天然气水合物资源.通过分析天然气水合物形成与分解同微生物的偶联关系,综述了与天然气水合物形成分解有关的微生物类型及其标志化合物,结合我国南海北部天然气水合物赋存或潜在赋存区的微生物相关研究工作进展,提出未来使用微生物地球化学方法勘探天然气水合物的技术指标和相关的研究方向.     

含水合物细粒土的强度和变形特性

天然气水合物是一种巨大能源,深刻刻画水合物储层的力学性质是安全开采气体的重要前提。目前对含水合物沉积物力学特性的研究主要针对粗粒土,而对于细颗粒沉积物研究较少。然而,中国南海神狐海域水合物储层区的沉积物是泥质粉细砂型。基于此,参照神狐海域水合物赋存区沉积物的物理性质配制了试验土样,形成了含四氢呋喃(THF)水合物细粒土,对其进行了三轴剪切试验。结果显示:在低围压和高水合物饱和度下,含水合物细粒土试样的应力应变曲线呈现应变软化,而在高围压和低水合物饱和度下表现为应变硬化;含水合物细粒土随剪切作用表现出剪缩效应;强度和刚度随着水合物含量和围压增加而提高;水合物含量的增加明显提高了黏聚力,但是对内摩擦角的影响很小。基于摩尔库伦强度准则,建立了破坏强度与围压和水合物饱和度间的关系,该关系式可以较好地预测强度的变化。     

青海南部冻土区二叠系那益雄组天然气水合物烃源岩评价

青海南部开心岭-乌丽冻土区是青藏高原天然气水合物赋存的有利地区,该区二叠系那益雄组的烃源岩是形成天然气水合物的重要气体来源。为系统评价该地层烃源岩特征,对研究区钻井岩心泥岩样品进行了有机地球化学分析。结果表明,研究区烃源岩有机质含量较高,有机质成熟度为高-过成熟,且干酪根类型以II型为主。由于所测岩样现今埋深均较浅,长期的风化、淋滤作用导致实验测定的残余有机质丰度偏低,需要进行有机质丰度恢复以重新评价。综合分析认为,该区二叠纪那益雄组烃源岩达到了好的烃源岩评价标准。此外,该烃源岩在演化过程中已经产生并排出了大量的烃,且目前处于干气大量产生的阶段,被深大断裂导通的深部烃源岩可为天然气水合物的形成提供重要的气源。     

牛蹄塘组页岩气储层有机质微生物来源的证据

针对牛蹄塘组页岩气储层中有机质来源的问题,从微体古生物化石和有机地球化学两方面开展了研究。采
用环境扫描电镜–能谱系统（ESEM – XEDS）对岩芯中的微生物化石形态和化学组成进行了研究;此外,还采用气相色
谱–质谱法（GC – MS）对岩芯抽提物进行了检测。结果表明,牛蹄塘组页岩中发现的微生物化石C 和N 元素含量较
高（大于30%）,从外部形态大致可将其分为3 类：同心环状结构,表面光滑的球体以及细胞壁开口的球体。岩芯抽提
物检测结果表明,牛蹄塘组页岩nC12 ∼ nC32 的正构烷烃均有检出,且具有低碳数（主峰碳nC16）偶碳优势;此外,抽提
物中还检出了含量较高的类异戊二烯烃,包括,姥鲛烷、植烷和角鲨烯。这些微生物化石的发现和有机地球化学组成
特征为晚震旦-早寒武世扬子浅海微生物的繁盛和牛蹄塘组烃源物质的微生物起源提供了有力的证据。     

中国边缘海盆地构造演化与油气分布富集规律

中国边缘海盆地处在欧亚、印度-澳大利亚及太平洋三大板块相互作用之新生代最活跃区域,其中,南部边
缘海盆地尚受南海裂解扩张作用等多种因素的深刻影响,形成了具有断拗双层结构不同类型伸展型或伸展、走滑、挤
压复合型盆地,沉积充填了古近纪断陷裂谷早期中深湖相地层及其烃源岩、古近纪断陷晚期煤系地层及烃源岩、新近
纪拗陷期海相地层及其烃源岩,为油气形成奠定了雄厚的物质基础。受区域地质背景影响,边缘海盆地地壳性质及厚
度从陆缘区到深海洋盆区具有逐渐递变的特点;盆地沉降沉积中心亦逐渐向深海洋盆迁移,导致其大地热流及地热场
向洋盆区逐渐升高增强,加之与晚期新构造运动和烃源供给系统时空上的相互耦合配置,最终控制了边缘海盆地油气
分布富集规律。     

柴达木盆地三湖坳陷浅层生物气成藏模式分析

柴达木盆地三湖地区第四系浅层生物气一直被认为完全是由第四系腐殖型有机质生成的.最新研究结果表明:(1)第四系生物气藏探明储量与源岩条件之间不匹配;(2)高分辨率地震剖面特征表明三湖坳陷气田区域第四系发育了大量的气烟囱;(3)生物气组分特征表明有热成因气混入的可能性;(4)乙烷等重烃气碳同位素特征表明三湖坳陷第四系气藏有腐泥型生物气混入;(5)三湖坳陷上第三系狮子沟组发育偏腐泥型有机质.笔者认为第四系浅层生物气藏的形成机理比较复杂,包括“下生上储”和“自生自储”两种模式,第四系的浅生物气由上第三系狮子沟组生物气与第四系生物气混合而成.     

四川盆地页岩气藏和连续型-非连续型气藏基本特征

四川盆地是一个多旋回叠合盆地,发育了两套海相优质烃源岩(下寒武统牛蹄塘组页岩,下志留统龙马溪组页岩),其有机质成熟度高(R_o=1.5%～6%),绝大多数地区普遍不利于页岩气藏的形成;另发育两套海陆过渡相(上二叠统龙潭组和上三叠统须家河组)优质烃源岩,其成熟度相对较低(R_o=0.7%～3%),在川西南-川南地区具有较有利的页岩气勘探前景.四川盆地页岩烃源岩排烃效率高, 为大规模油气藏提供了烃源;多存在晚期快速隆升调整过程, 为吸附气的解吸创造了条件.页岩气藏经历了早期地质条件优越、生物气高效成藏,中期深埋地腹、原油裂解气快速成藏,晚期快速隆升、脱溶气和解吸气调整成藏等过程.四川叠合盆地油气藏具有多样性特征, 发育了从非连续型到连续型完整序列的油气藏类型.典型的非连续型气藏主要是指构造圈闭(以及部分构造-岩性圈闭)气藏,其圈闭相对独立,非连续分布, 储集空间类型以孔隙型为主.震旦系威远气田、川东石炭系气田群及川东北下三叠统飞仙关组气藏群等具有相对典型的非连续型气藏特征.非连续型-连续型过渡气藏介于连续型气藏与非连续型气藏之间,呈分散状或连续状分布, 圈闭类型多以复合圈闭为主,可发育有裂缝圈闭(川东南二叠系阳新统气藏)及岩性圈闭(上三叠统须家河组气藏).储集空间以裂缝型或次生溶孔为主,非均质性强,普遍存在异常高压.四川盆地连续型气藏应以页岩气藏为主, 但现今未有成功勘探开发页岩气藏的实例.四川叠合盆地具有多旋回构造-沉积演化、优质烃源岩分布的区域性、储层的非均质性和天然气的活动性,及油气成藏经历了生物气、吸附气、裂解气、脱溶气和解吸气演替等多样性特征.因此,四川盆地的油气勘探和研究应形成常规与非常规、连续型与非连续型、原生与次生油气藏的立体勘探和研究局面, 尤其应加强非连续型-连续型过渡油气藏特征、形成机理和分布规律的研究.     

云南保山盆地生物气生成模拟实验及生物气资源预测

根据有机地球化学、微生物学实验方法,对云南保山盆地生物气源岩进行了研究。鉴定了主要气源岩中产甲烷细菌等厌氧微生物分布,求取了不同温度下生化甲烷产率,揭示了盆地生物气生成特征,从而建立了盆地生物气生成模式和评价依据。结合盆地地质背景及有机地球化学特征,进行了盆地生物气生成量预测,指出了有利勘探区。     

新场气田须二气藏单井气水层识别模型研究

川西新场气田须二气藏为典型的低渗致密碎屑岩气藏,由于地质条件复杂,储层非均质性严重,气水分布十分复
杂,束缚水含量较高,气层、气水同层电阻率界限模糊不清,测井解释往往造成很大误判。针对这一难点,应用基于粒子群
算法（PSO）的核主成分分析与支持向量机（KPCA–SVM）模型进行气水层识别。模型先通过核主成分分析（KPCA）进行
非线性属性变量提取,再将提取的属性变量作为支持向量机（SVM）的输入变量,在识别过程中利用粒子群算法（PSO）寻
优,最终实现气水层识别。将模型应用于新场气田须二气藏气水层识别,识别结果符合研究区的实际情况。     

Evolution of the CBM reservoir-forming dynamic system with mixed secondary biogenic and thermogenic gases in the Huainan Coalfield,China

The secondary biogenic gas is an important original type of the coalbed methane (CBM) in China. Based on the analyses of sedimentary and burial history of the Permian coal-bearing strata, combined with thermal history and gas generation process of coals, the CBM reservoir-forming dynamic system with mixed secondary biogenic and thermogenic gases in the Huainan Coalfield is subdivided into four evolutionary stages as follows: (i) shallowly-buried peat and early biogenic gas stage; (ii) deeply buried coal seams and thermogenic gas stage; (iii) exhumation of coal-bearing strata and adsorbed gas lost stage; and (iv) re-buried coal-bearing strata and secondary biogenic gas supplement stage. The Huainan CBM reservoir-forming model has the features of the basin-centered gas accumulation. The evolution of the reservoir-forming dynamic system proves that the thermogenic gas is not the main gas source for the Huainan CBM reservoir. Only the secondary biogenic gases as an additional source replenish into the coal bed after basin-uplift, erosional unroofing and subsequent scattering of thermogenic gases. Then this kind of mixed CBM reservoirs can be formed under suitable conditions.     

海域天然气水合物监测井技术进展与挑战

海域天然气水合物是一种极具潜力的可替代清洁能源,但开采难度大、容易导致地质灾害,因此在开发过程中对水合物储层的监测不仅能为开发方案的动态优化提供基础数据支持,而且对于评价开发过程对环境的影响尤为重要。监测井可以对水合物储层进行原位监测,是一项关键技术,但应用于海域水合物时目前可以采用的地球物理监测仪器非常有限。结合中国神狐海域水合物储层为开发难度高的低渗透率黏土质粉砂的现实,需要研发更低功耗、更高精度的长期原位温度压力监测仪器,同时需要积极开发新的监测技术,例如可以尝试在监测井中加入示踪剂指示来自监测井的流体运移,构成生产井之外水合物分解的直接证据,从而提供水合物分解范围的科学依据。