国内期刊亮点

正南海海底天然地震台阵观测实验及其数据质量分析为了在海底天然地震观测领域积累经验,同时揭示南海中央海盆残留洋脊下的岩石圈结构,国家海洋局第一海洋研究所刘晨光等在南海深海区进行了一次较大规模的被动源海底地震仪(OBS)台阵观测实验。从多个角度分析所收集的海底地震记录的数据质量。地震波形分析表明回收的OBS记录质量良好,来自远震、区域性地震和马尼拉俯冲带内的小震的主要     

天然气水合物相关的Slipstream海底滑坡体速度结构模型反演

针对目前用于建立二维速度结构模型的RAYINVR软件对四分量海底地震仪(OBS)记录的转换横波无法自动反演, 建模效率低的问题, 采用MATLAB遗传反演算法, 对RAYINVR软件进行改进, 实现对横波速度结构模型各层和层中区块泊松比的自动同步反演, 可以为天然气水合物勘探调查提供泊松比和杨氏模量等重要弹性参数。利用采自Slipstream海底滑坡的OBS数据, 通过同步反演方法, 获得该地区较为精细的纵波和横波速度结构模型, 并可与附近U1326钻孔的测井数据进行对比, 验证了横波速度结构同步反演建模方法的有效性。模型揭示了两个泊松比差异大的结构面: 代表水合物稳定底界的似海底反射界面(BSR)(海底之下230±10 m)以及浅部异常高速体(有可能是高饱和度水合物富集的砂体)的底界(海底之下75~100 m), 后者与滑脱面大致重合, 指示水合物与Slipstream海底滑坡的形成有关。     

国产海底地震探测装备技术研发与应用

为研究深部壳幔结构、海底地震活动性和实现地震海啸预警,需要在海底布设海底地震仪开展地震观测。深海海底地震仪因涉及地震传感器、深水水听计、声学换能器与耐压封装等先进国际技术,我国高性能深海海底地震仪长期是空白。对此,中国科学院地质与地球物理研究所通过多年持续核心技术攻关和多次深海试验验证,解决了数字调零宽带地震传感技术、全海深陶瓷压电水听传感技术、软硬协同优化低功耗采集技术和万米高可靠性释放回收技术等关键技术难题,自主成功研发了包括便携式海底地震仪、宽频带海底地震仪与实时海底地震仪等系列海底地震探测装备（统称为IGG-OBS）。实验结果表明：自主研发的IGG-OBS仪器装备达国际先进水平;近年来在多个科考航次中发挥支撑作用,总计投放达1400余台次,综合回收率大于90%;通过在洋中脊、海山、俯冲带等多种复杂海底区的实际观测,数据质量合格率>98%,具备复杂构造成像能力,已进入实质性应用阶段,为我国深海科考、大洋调查及近海灾害预警监测等提供了关键技术支撑。     

南海东北部三分量海底地震仪记录中横波的识别和分析

纵横波联合应用可以得到更多的有关各岩石圈层的岩性、物性等深部结构信息,将有效降低地壳结构研究中地质解释的多解性.然而,由于海上探测的特殊性,转换横波的记录较少,再加上转换横波的复杂性,使得横波研究一直是南海深部地壳结构研究中的弱项.南海东北部OBS-2001测线,布设11个三分量海底地震仪(OBS)记录地震数据,经过极化处理、带通滤波等方法处理后,目前在9个OBS径向分量记录中识别出转换横波震相.基于OBS7数据详细阐述了横波识别这一重要基础环节,并运用简单理论模型试算和射线追踪,确定了OBS7记录剖面中来自地壳与Moho面的PwSc,PgSs,PnSc,PmS等几组转换横波震相,该研究结果不仅为横波速度结构及Poisson比物性剖面提供数据保证,而且为今后横波信息的有效利用提供经验与借鉴,对南海岩石圈结构的精细研究具有重要意义.     

交叉能量矩阵在海底地震仪水平分量旋转中的应用

海底地震仪(OBS)地震数据为4个分量:1个垂直分量,2个水平分量和1个水听器.OBS采集数据为共接收点数据,即炮点沿测线移动而检波点不动,这就导致同一采集系统中道与道之间不具有一致的振幅和极化方向,从而道与道之间振幅能量不一致,这一问题的解决是通过水平分量旋转完成的.利用x,y分量构成的交叉能量矩阵求解其最大本征特征向量值,从而确定极化方向进行水平分量旋转.通过实际OBS数据应用得到了很好的应用效果,且计算速度快,缩短了处理周期.     

基于OBS的天然气水合物地震响应研究进展

OBS(海底地震探测仪)探测技术是继BSR(似海底反射)的AVO(叠前反演)模拟技术之后兴起的新型地震探测技术。因OBS可以获得更高的分辨率,且随着广角OBS地震探测技术的发展,OBS在新型能源-天然气水化合物的勘探上取得了较大进展。本文分析了近几年来国内OBS的发展近况,列举了国际上成功利用OBS取得进展的案例,并对国内研究进展进行了总结。     

基于测斜仪的天然气水合物开采海底变形监测

根据Okada线弹性理论, 提出并建立海域天然气水合物开采的海底变形场模型, 对开采产生的海底变形场进行正演模拟, 并采用模拟退火方法, 对合成观测数据进行模型参数反演。结果表明, 利用测斜仪监测能够得到水合物开采区域准确的倾角、方位角和体积等信息。不同噪声水平下的测试结果表明, 所采用的模型参数反演方法具有良好的抗噪性。另外, 结合2017年中国南海神狐海域水合物开采试验, 分析测斜仪监测在实际应用中的可行性, 表明“产能递减型”开采方案在海底稳定性方面具有一定的优势。     

海上Z区天然气水合物地震研究与成藏远景预测

基于叠前时间偏移地震资料对海区天然气水合物进行研究,提出一种将地质、地震资料相结合以预测天然气水合物矿藏的研究方法。首先结合物源、构造和沉积等资料进行地质分析,确定天然气水合物有利成藏区域的地质条件,然后在叠后振幅属性分析的基础上,分析了水合物地震BSR的基本响应特征,结合地质成藏条件,将本区域BSR分为4种基本类型。最终在叠前反演的基础上,预测水合物及其游离气的存在,圈定出水合物分布范围。认为水合物在研究区域海底浅层广泛分布,并且其分布受气源条件、储集空间、温度和压力条件同时控制。     

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。     

水合物分解条件下海底黏土质斜坡破坏实验模拟

针对水合物分解条件下海底黏土质斜坡破坏机制认识不足的问题,采用通气的方式模拟水合物分解后气体对海底斜坡的影响,开展了不同土体强度、水合物埋深、气体流量及分解范围组合条件下的多组模型实验.结合图像测量技术,深入分析了坡面及坡体的变形演化过程,初步揭示了模拟水合物分解条件下海底黏土质斜坡的变形破坏特征.在此基础上,采用极限平衡方法,建立了海底斜坡破坏时的临界气体压力解析式,从理论上解释了斜坡变形破坏过程中出现的临界气压值.研究结果表明:海底斜坡的变形破坏过程可分为气压累积、土体弹性压缩、斜坡破坏隆起和变形稳定4个阶段;气体临界压力计算结果与实验结果虽有偏差,但可在一定程度上反映临界压力的真实水平.研究成果为深入认识水合物分解条件下海底黏土质斜坡的变形破坏机制,发展稳定性分析理论和评价方法提供有益参考.     

天然气水合物藏开采增产技术研究进展

天然气水合物是一种是极具潜力的清洁能源,水合物的安全高效的规模化开发,对于缓解我国能源紧缺压力和优化调整能源结构具有重要意义。本文介绍了天然气水合物藏的四种开采方法以及国内外开展的水合物现场试采的进展,目前水合物试采仍面临着开采难度大、产量较低和开采成本高等诸多挑战,亟需解决长期开发所要面临的增产工艺技术及经济问题。因此,本文重点阐述了针对天然气水合物四种常规开采方法的增产提效技术,并且介绍了为了提高水合物储层动用能力的井网设计及储层改造方案,为天然气水合物藏新一轮的工程试采提供借鉴。     

含热力学抑制剂钻井液侵入天然气水合物地层扰动模拟

深水油气勘探开发过程中,为防止井筒内生成天然气水合物,在钻井液中添加水合物热力学抑制剂是有效措施之一。然而含水合物热力学抑制剂钻井液侵入水合物地层的扰动影响鲜有报道。为探究水合物热力学抑制剂对水合物层的扰动规律,利用超声波测试手段,研究了NaCl、乙二醇两类水合物热力学抑制剂钻井液侵入水合物岩样的过程,并讨论了适用于水合物地层钻井液的设计要点。结果表明:含水合物热力学抑制剂的钻井液相比未含抑制剂的钻井液会显著促进水合物分解,且随着抑制剂浓度的增加,水合物分解速度会大幅度增加;NaCl盐类抑制剂促进水合物分解的作用明显强于乙二醇醇类抑制剂;钻井液侵入水合物地层引发的水合物分解呈现非匀速现象。深水钻探水合物地层时,防止地层中水合物的分解与抑制井筒中水合物的生成是相互矛盾的,研发适合水合物地层的钻井液配方来平衡这个矛盾是有效途径。     

天然气长输管道中水合物生成的预测

天然气管道运行过程中,随着管道内压力、温度和天然气组分的变化会生成水合物。水合物的生成会降低管道的输送能力,从而提高输送成本,严重时更会堵塞管道甚至发生管道爆裂,造成重大的生产事故和巨大的经济损失。通过天然气管道内水合物生成条件预测模型的建立,确立天然气水合物形成时的温压关系,再结合天然气输送管道中温度和压力分布的仿真模拟,就可以预测天然气输送管道中水合物生成的大体位置和水合物生成的类型。这可以为防止天然气输送管道中水合物生成和堵塞提供技术依据,也为管道的设计和运行提供指导性建议。     

塔里木油田深井开采水合物防治技术研究

油气开采中,水合物的产生会严重影响正常生产,塔里木油田在深井油气开采过程中就出现水合物堵塞现象。本文对水合物生成机理进行研究,基于热力学方法建立了水合物生成预测模型;通过分析各种防治技术的适应性,结合塔里木油田的实际情况,筛选出较好的井下节流技术。根据井筒温度、压力的变化可以对气井井筒中水合物的形成位置进行准确的预测,给出了井下节流技术工艺参数设计模型和方法,可设计出井下节流器位置深度及尺寸,防止水合物的产生,该技术在塔里木油田进行了现场应用,取得了良好效果。     

元坝集输系统酸性天然气水合物形成规律研究

含硫天然气在集输过程中较不含硫天然气更易出现水合物,水合物的出现将严重影响天然气正常集输,因此水合物形成条件是集输系统方案设计及工艺参数确定的基础信息。本文针对元坝酸性气藏气样组份,通过室内模拟实验,开展了不同气质组分下的水合物形成条件实验,定量化的确定了元坝的水合物形成温度和压力,测定了不同甲醇加量下水合物形成条件变化情况,掌握了元坝酸性天然气水合物形成规律,将为元坝气田酸性集输管网的建设提供基础数据支撑。     

高含CO2水合物生成条件模拟与预测研究

利用“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室(西南石油大学)专用水合物测试装置,测定了不同二氧化碳含量的烃类气样在不同给定压力下生成水合物的温度,同时基于分子热力学理论建立了高含二氧化碳气体的水合物生成条件预测模型。将模型的预测结果与测试结果进行对比分析验证,结果表明:建立的模型对高含二氧化碳气体水合物预测结果较准确,最大相对误差仅为0.91%,能满足工程设计与计算的要求,为高含二氧化碳体系水合物研究提供了一定的理论依据。     

天然气水合物钻探现状与钻井技术

钻井是天然气水合物勘探发现最直接的手段,也是天然气水合物开发的必要环节。天然气水合物,尤其是海域深水天然气水合物的勘探与开发对钻井技术提出了更高的要求。在总结全球天然气水合物钻探现状和钻井技术的基础上,对天然气水合物钻井面临的挑战和未来发展方向进行了分析。总结认为,全球已在多个冻土区和海域开展了天然气水合物勘探与试采,显示了较好的天然气水合物勘探开发前景;天然气水合物钻探通常与随钻测井(LWD)相结合,并以常规钻探设备、水基钻井液为主;天然气水合物试采井的完井方式各不相同,尚未形成有效的完井技术系列;天然气水合物的温度-压力特征、储层特征、埋深特征和力学特征等决定了天然气水合物钻井面临井筒稳定性、钻井液安全密度窗口窄等方面的挑战。未来,应进一步探索研究控压钻井、欠平衡钻井、套管钻井、隔热竖管钻井、深水浅软地层水平井钻完井、潜式钻探设备组合和经济环保高效型低温钻完井液等技术在天然气水合物钻井中的应用。