海域天然气水合物开采对疏松砂岩气藏开发技术的借鉴与创新

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作者 李江涛 胡高伟 +5 位作者 王任一 项燚伟 纪云开 李润彤 张永年 冯大强 《天然气工业》 北大核心 2025年第4期193-202,共10页

海域天然气水合物(以下简称水合物)矿藏多为弱成岩泥质粉砂储层,地质及开采特征与疏松砂岩气藏类似,两者的开采技术关联性强,借鉴疏松砂岩气藏的成熟开发技术对于实现海域水合物商业化开采具有重要的指导意义。为此,分析了水合物藏储层... 海域天然气水合物(以下简称水合物)矿藏多为弱成岩泥质粉砂储层,地质及开采特征与疏松砂岩气藏类似,两者的开采技术关联性强,借鉴疏松砂岩气藏的成熟开发技术对于实现海域水合物商业化开采具有重要的指导意义。为此,分析了水合物藏储层开采地质条件和试采生产特征,明确了制约此类矿藏开采的技术难题,进而借鉴中国石油青海油田公司在近30年疏松砂岩气藏开发中形成的关键技术,创新性提出了解决水合物开采面临的地质工程问题的思路和方案。研究结果表明:①水合物藏开采方式的技术突破点在于“井网布控、稳上采下、地热焖层、间歇排采、降压换热、均衡动用”,而开采工艺技术的突破点在于“套管钻井、水下吊钻、造缝注介、转水热解、清砂助排、填料补强、井网锚固”;②水合物藏开采可遵循“温和注热、破立兼顾、缓慢降压、低速开采”“优化井网、循环加热、应力监测、挖潜差层”“智能支撑、钻井先行、材料为重、降本增效”3大开发技术路线。结论认为,疏松砂岩气藏高效开发技术对水合物开采技术的创新、提高、发展均具有实际的启示和借鉴作用,但目前对水合物开发机理的研究和新技术现场试验还不完备,下一步应进一步优选升级、创新完善相关研究工作。 展开更多

关键词 疏松砂岩气藏 天然气水合物 弱成岩储层 开采方式 开采技术 开采技术政策

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天然气水合物钻采一体化模拟实验系统及降压法开采初步实验 被引量：14

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作者 刘昌岭 李彦龙 +4 位作者 刘乐乐 胡高伟 陈强 吴能友 孟庆国 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期165-172,共8页

现有的天然气水合物(以下简称水合物)开采技术实验研究通常在较小尺寸的模拟实验装置中进行,由于反应釜样品尺寸较小,导致明显的边界效应且实验结果难以在现场中得到应用,因而研发大尺寸水合物综合开采实验系统刻不容缓。为此,针对我国... 现有的天然气水合物(以下简称水合物)开采技术实验研究通常在较小尺寸的模拟实验装置中进行,由于反应釜样品尺寸较小,导致明显的边界效应且实验结果难以在现场中得到应用,因而研发大尺寸水合物综合开采实验系统刻不容缓。为此,针对我国南海神狐海域泥质粉砂型水合物储层,基于降压法开采思路和工艺流程,研发了一套水合物钻、采一体化模拟实验系统,主要包括主体高压装置、钻采一体化、气液供给、围压加载、回压控制、气液固分离及在线监测、温度控制、数据测控与后处理等模块;利用该系统进行了冰点附近CO2水合物初步开采模拟实验;基于实验结果建立了数据获取及分析的基本流程,初步获得了在降压法开采CO2水合物过程中储层的温度、压力场变化以及产气、产水规律。实验结果表明:①该实验系统可模拟实际地质条件制备接近海洋水合物储层的样品,通过电阻层析成像技术实时监测水合物成藏与分布情况;②该实验系统还可模拟钻井、降压开采工艺与过程,实时监测出砂与管道流动等过程中产气量、产水量、产砂量、温度、压力等多个物理参数的变化情况,实现试采全过程的实验模拟。结论认为:①在出口压力一定的情况下,CO2水合物的产气、产水速率具有很大的波动性;②CO2水合物分解过程中储层温度分布不均匀,最大的温度降幅为5℃,表明水合物分解呈现出非均一性与随机性。 展开更多

关键词 天然气水合物 模拟实验系统 钻采一体化 实时监测 降压法开采 CO2水合物 产出规律 电阻层析成像

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中国天然气水合物赋存特征 被引量：91

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作者 宁伏龙 梁金强 +11 位作者 吴能友 祝有海 吴时国 刘昌岭 韦昌富 王冬冬 张准 徐猛 刘志超 李晶 孙嘉鑫 欧文佳 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期1-24,I0001,共25页

中国陆上冻土区和海域深水区都拥有丰富的天然气水合物(以下简称水合物)资源,二者虽在同盆共生、运聚机理上有相似之处,但差异也十分明显。为了给地质-工程-环境一体化开发水合物提供准确的基础地质数据,从构造与沉积、地温、热流、地... 中国陆上冻土区和海域深水区都拥有丰富的天然气水合物(以下简称水合物)资源,二者虽在同盆共生、运聚机理上有相似之处,但差异也十分明显。为了给地质-工程-环境一体化开发水合物提供准确的基础地质数据,从构造与沉积、地温、热流、地球化学、地球物理响应、赋存类型、孔渗、力学强度、饱和度等9个方面,对比分析、总结了二者在分布规律与赋存特征上的差异性。研究结果表明:①陆上冻土区水合物主要赋存于中生代地层,以热成因气为主,受断层裂隙构造控制,具有较好的圈闭条件,其储层温度、地温梯度、热流、压力表现为“四低”特征,水合物多数分布在砂岩孔隙和泥页岩裂隙中;②陆上冻土区水合物测井响应总体显示“两高两低”特征(高电阻率、高波速、低自然伽马、低密度),储层岩石力学强度高,具有低孔隙度、低渗透率和低水合物饱和度特征;③海域水合物主要赋存于新生代第四纪地层,热成因或生物成因气皆有,受泥底辟、气烟囱、断层裂隙控制,无明显圈闭,其储层温度、地温梯度、热流和压力表现为“四高”特征;④海域水合物多数分布在富含有孔虫的黏土质粉砂和粉砂质黏土中,地震反射波显示明显的BSR特征,测井响应则总体表现为“两高”特征(高视电阻率、高波速),其储层沉积物力学强度低,具有高孔隙度、低渗透率和相对较高的水合物饱和度。结论认为:①海域是中国水合物富集的主要区域,后续应突破海域水合物甜点识别与评价技术,统筹考虑整个水合物油气系统的资源禀赋特征;②应重点攻关水合物储层精细表征技术和富集矿体-储层系统的精细刻画,加强海陆联合和全球比对研究。 展开更多

关键词 中国 天然气水合物 陆上冻土区 海域深水区 赋存特征 油气系统 甜点

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沉积物中天然气水合物生成过程的二维电阻层析成像观测 被引量：21

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作者 李彦龙 孙海亮 +3 位作者 孟庆国 刘昌岭 陈强 邢兰昌 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第10期132-138,共7页

基于室内模拟实验模拟沉积物中天然气水合物(以下简称水合物)的生成过程及其物性演化规律,可以为现场实际水合物储层动态响应规律分析提供重要的理论支撑。为此,基于ITS电阻层析成像仪,研制了适用于沉积物中水合物原位合成—分解动态探... 基于室内模拟实验模拟沉积物中天然气水合物(以下简称水合物)的生成过程及其物性演化规律,可以为现场实际水合物储层动态响应规律分析提供重要的理论支撑。为此,基于ITS电阻层析成像仪,研制了适用于沉积物中水合物原位合成—分解动态探测的电阻层析成像模拟装置,并以天然海滩砂为沉积介质,模拟了含盐水沉积物体系中水合物的生成过程,根据电阻层析成像测试结果分析了水合物在沉积物截面上的生成位置和非均质性。研究结果表明:①水合物合成过程中,受排盐效应和水合物生成速率两个因素的影响,沉积物体系平均电阻率呈波动上升趋势;②较之于水合物合成,沉积物内部排盐效应对沉积物体系平均电阻率的影响存在着明显的滞后效应,水合物合成结束后沉积物体系内部仍存在盐离子浓度差异控制的传质过程;③水合物合成过程中不同区域的电导率偏移量变化幅度表现出明显的非均质性,指示水合物在沉积物内部的生成过程具有明显的非均质性。结论认为,起始条件下沉积物中气—水非均质分布特征是导致沉积物中最终水合物饱和度非均质分布的决定因素,而水合物合成过程中排盐效应导致的沉积物内部盐离子浓度的空间分布差异则是水合物合成位置变化的控制因素。 展开更多

关键词 天然气水合物 电阻率 电导率 电阻层析成像 排盐效应 在线观测 非均质分布

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基于机器学习方法的海洋天然气水合物水平井降压开采模拟—优化耦合模型 被引量：11

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作者 辛欣 王海彬 +5 位作者 罗建男 于涵 袁益龙 夏盈莉 朱慧星 陈强 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期149-158,共10页

由天然气水合物(以下简称水合物)开采引起的含水合物沉积层力学变形问题不能被忽视,因其直接威胁到海域水合物的安全开采。为了找到甲烷累计产气量最优值与地层稳定性的关系,基于机器学习方法形成模拟-优化耦合技术,构建起水合物降压开... 由天然气水合物(以下简称水合物)开采引起的含水合物沉积层力学变形问题不能被忽视,因其直接威胁到海域水合物的安全开采。为了找到甲烷累计产气量最优值与地层稳定性的关系,基于机器学习方法形成模拟-优化耦合技术,构建起水合物降压开采传热-流动-力学数值模拟模型、可以替代数值模拟模型的机器学习模型和以甲烷累计产气量最优为目标的混合整数非线性规划优化模型;在此基础上,选取南海北部神狐海域厚层Ⅱ类水合物藏W11站位为研究对象,获得了海底面沉降量约束下的水合物储层甲烷累计产气量及相对应的最优开采方案参数。研究结果表明:①模拟-优化耦合技术的关键是机器学习方法的运用,基于径向基函数人工神经网络方法而建立的替代模型计算精度较高,可以替代模拟模型来确定输入输出变量的关系,从而摆脱既定方案的限制,找到全局最优解;②模拟-优化耦合技术可以解决受含水合物沉积层力学响应特征影响的水合物开采方案优选问题,根据试采工程安全要求改变海底面沉降量最大允许值,可以计算得到相应的甲烷累计产气量,以及降压幅度、开采时间、井位布置、水平井段长度等最优开采方案参数;③随着最大允许沉降量增大,甲烷累计产气量增大,二者满足正相关关系;④海底面沉降量随着开采时间增长而增大,也随降压幅度增大而增大;⑤水合物开采引起海底面沉降主要发生在开采初期,为了获得较高甲烷累计产气量及较小海底面沉降量最大允许值,在开采初期必须减小降压幅度。结论认为,所形成的模拟-优化耦合技术适用性强,可以为水合物安全、高效规模化开采方案的制订提供支撑。 展开更多

关键词 海洋天然气水合物 地层稳定性 数值模拟 机器学习 混合整数 优化模型 开采方案制订 水平井

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泥质粉砂沉积物—天然气水合物混合体系的力学特性 被引量：20

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作者 李彦龙 刘昌岭 +3 位作者 廖华林 董林 卜庆涛 刘志超 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期159-168,共10页

天然气水合物开采过程中,厘清储层力学参数的演化特征是进行工程地质风险评估的基础,但目前针对中国南海含天然气水合物泥质粉砂储层力学性质评价与测试相关研究的报道却鲜见。为此,以南海北部神弧海域W18/19矿体天然气水合物顶界沉积... 天然气水合物开采过程中,厘清储层力学参数的演化特征是进行工程地质风险评估的基础,但目前针对中国南海含天然气水合物泥质粉砂储层力学性质评价与测试相关研究的报道却鲜见。为此,以南海北部神弧海域W18/19矿体天然气水合物顶界沉积物为研究对象,用四氢呋喃(THF)水合物代替天然气水合物,以此来探讨泥质粉砂沉积物-天然气水合物混合体系的力学参数演化特征。研究结果表明:①在低质量丰度条件(小于等于16.7%)下泥质粉砂沉积物-天然气水合物混合体系呈现应变硬化破坏特征,抗剪强度、切线模量、内聚力随着水合物含量的增大而增大;②纯天然气水合物的应力-应变曲线表现出明显的脆性破坏特征,与低丰度条件下的泥质粉砂沉积物-天然气水合物混合体系破坏特征截然不同。进而提出了采用丰度(质量丰度或体积丰度)代替原有的砂质沉积物中饱和度概念来表征天然气水合物含量的建议,在考虑天然气水合物合成结束后泥质粉砂沉积物含水率影响的基础上,将泥质粉砂型天然气水合物-沉积物混合体系划分为纯沉积物、含天然气水合物沉积物、含沉积物天然气水合物和纯天然气水合物4种基本类型,以克服目前针对含天然气水合物泥质粉砂储层力学性质研究中所存在的不足。 展开更多

关键词 天然气水合物 力学性质 泥质粉砂储集层 南海北部神狐海域 四氢呋喃 质量丰度 三轴实验

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海域天然气水合物开采增产理论与技术体系展望 被引量：57

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作者 吴能友 李彦龙 +3 位作者 万义钊 孙建业 黄丽 毛佩筱 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期100-115,共16页

从量级尺度大幅度提高产能是实现天然气水合物(以下简称水合物)产业化开采的关键,而水合物开采能否产业化又取决于原地可采储量能否支撑产业化开采所需要的基本开采周期,以及开采产能能否达到当前产业化开采的标准。为了给水合物开发技... 从量级尺度大幅度提高产能是实现天然气水合物(以下简称水合物)产业化开采的关键,而水合物开采能否产业化又取决于原地可采储量能否支撑产业化开采所需要的基本开采周期,以及开采产能能否达到当前产业化开采的标准。为了给水合物开发技术研究提供参考,从海域水合物增产理论与技术学科体系建设的角度,结合国内外水合物实验模拟和数值模拟研究成果,分析了潜在的水合物增产技术,提出了水合物开采增产的基本原理、评价方法及目前存在的技术瓶颈。研究结果表明:①复杂结构井、多井井网、新型开采方法、储层改造是实现天然气水合物增产的主要途径,其增产机理可归纳为扩大泄流面积、提高分解效率、改善渗流条件等三个方面;②复杂结构井和井网是提高水合物产能的根本,基于复杂结构井和井网系统辅助加热或进行储层改造,能从量级尺度提高水合物的产能;③制样技术、储层监测技术和力学场耦合技术是目前水合物增产基础研究的主要技术瓶颈,建议“十四五”期间国家水合物应用基础研究的重点应关注上述技术瓶颈。结论认为,以水平井或多分支井为代表的复杂结构井、以多井簇群井开采为代表的井网开采模式、以降压辅助热激发为主的开采新方法、以水力造缝为代表的储层改造技术的联合应用等,是实现水合物产能量级提升的关键。 展开更多

关键词 海域天然气水合物 产业化开采 增产理论和技术 复杂结构井 井网 降压辅助热激发 水力造缝 储集层改造

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基于分形孔隙模型的含天然气水合物沉积物电阻率数值模拟 被引量：13

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作者 陈玉凤 吴能友 +1 位作者 梁德青 胡榕华 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第11期128-134,共7页

电阻率法是确定天然气水合物(以下简称水合物)饱和度的重要方法,通过数值模拟可以有效研究含水合物沉积物的电阻率特性,但过去构建的孔隙模型由于约束条件较少,而与实际的孔隙结构存在着较大的差异。为此,基于自然界沉积物具有自相似特... 电阻率法是确定天然气水合物(以下简称水合物)饱和度的重要方法,通过数值模拟可以有效研究含水合物沉积物的电阻率特性,但过去构建的孔隙模型由于约束条件较少,而与实际的孔隙结构存在着较大的差异。为此,基于自然界沉积物具有自相似特征,选定地毯总边长为3和颗粒边长为1的谢尔宾斯基地毯作为沉积物的分形孔隙模型,根据等效电阻网络模式建立了含水合物沉积物的电导模型,并利用上述模型分析了孔隙度、孔隙水电导率、沉积物骨架电导率等因素对含水合物沉积物电阻率与水合物饱和度关系的影响。研究结果表明:(1)含水合物沉积物的电阻率可以表示为孔隙度、面积比、微观结构尺寸、孔隙水电导度、沉积物骨架电导率及经验参数的函数;(2)孔隙水电导率和孔隙度的减小都会导致沉积物电阻率的增大;(3)含水合物沉积物的电阻率随水合物饱和度的增大而增大;(4)在高水合物饱和度范围内,含水合物沉积物的电阻率随沉积物颗粒骨架电导率的增大而明显减小。结论认为:在一定的水合物饱和度范围内,该分形孔隙模型计算结果与实验数据和测井数据都能较好地吻合,准确度较高。 展开更多

关键词 天然气水合物 沉积物 电阻率 分形模型 电导模型 水合物饱和度 电阻率增大指数 孔隙度

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不同井型下的天然气水合物降压开采产气产水规律 被引量：14

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作者 毛佩筱 吴能友 +6 位作者 宁伏龙 胡高伟 孙嘉鑫 陈强 郭洋 卜庆涛 万义钊 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第11期168-176,共9页

目前的研究成果表明,降压法及其改良方案可能是实现海域天然气水合物(以下简称水合物)高效开采的最佳途径,但现有降压条件下的产气能力距离水合物商业开发需求仍存在着不小的差距,因而提高水合物藏分解效率、提升储层气液运移产出能力,... 目前的研究成果表明,降压法及其改良方案可能是实现海域天然气水合物(以下简称水合物)高效开采的最佳途径,但现有降压条件下的产气能力距离水合物商业开发需求仍存在着不小的差距,因而提高水合物藏分解效率、提升储层气液运移产出能力,进而形成安全高效的水合物开采新方法,是水合物开发过程中急需解决的瓶颈问题。为此,利用自制的水合物复杂结构井模拟实验装置,分别开展了垂直井、水平二分支井(夹角90°)开采水合物的实验室模拟实验,据此分析不同开采条件下各井型的产气、产水规律。研究结果表明:①垂直井与分支井开采中,降压幅度是控制前期产气速率的主要因素,而后期环境温度对水合物分解量的影响则逐渐加强;②井型对水合物开采产能具有明显的控制作用——垂直井开采降压幅度越大,产气情况越好,但实验尺度下累计产水量则相差不大,水平二分支井(夹角90°)开采过程中,产气速率比射孔面积相同的垂直井更高,波动较小,但初始阶段产水明显;③降压—热激联合作用更有利于水合物的分解和稳定产气,在其联合作用下,水平二分支井(夹角90°)比垂直井更有利于水合物的长期稳产。 展开更多

关键词 甲烷水合物 垂直井 水平二分支井(夹角90°) 复杂结构井 降压开采 降压—热激联合开采

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含天然气水合物土微观力学特性研究进展 被引量：11

10

作者 赵亚鹏 刘乐乐 +2 位作者 孔亮 刘昌岭 吴能友 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第8期2119-2140,共22页

天然气水合物作为一种资源储量大、分布范围广、能量密度高的清洁能源,受到了国内外的广泛关注,竞相研究安全高效、持续可控的开采方法.充分掌握含天然气水合物土的力学特性并厘清其在开采过程中的动态演化规律,是实现天然气水合物资源... 天然气水合物作为一种资源储量大、分布范围广、能量密度高的清洁能源,受到了国内外的广泛关注,竞相研究安全高效、持续可控的开采方法.充分掌握含天然气水合物土的力学特性并厘清其在开采过程中的动态演化规律,是实现天然气水合物资源产业化开发的重要前提.含天然气水合物土的力学响应行为本质上是其内部结构演化的宏观反映,相关的微观力学特性研究对于深化含天然气水合物土力学特性认识具有重要的意义.本文从天然气水合物晶体、天然气水合物与土颗粒界面、含天然气水合物土3个尺度对含天然气水合物土微观力学特性的研究现状进行了总结,系统归纳了天然气水合物的晶体结构类型及天然气水合物的孔隙微观赋存模式;重点介绍了计算机断层扫描、扫描电子显微镜、X射线衍射及原子力显微镜等微观测试技术原理与特点;简述了与计算机断层扫描联用的三轴剪切实验、颗粒流程序模拟及分子动力学模拟在天然气水合物微观力学特性研究方面的最新进展;综合现有研究结果对含天然气水合物土内颗粒界面剪切机理及微观力学理论模型进行了概述分析;最后探讨了含天然气水合物土微观力学研究目前仍存在的不足与挑战,并给出了针对性的建议以期促进含天然气水合物土的力学特性研究发展. 展开更多

关键词 天然气水合物 晶体 微观力学 数值模拟 分子动力学 本构模型

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主动、被动大陆边缘天然气水合物成藏模式对比 被引量：8

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作者 胡高伟 卜庆涛 +6 位作者 吕万军 王家生 陈杰 李清 龚建明 孙建业 吴能友 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期45-58,共14页

不同大陆边缘(主动、被动)沉积物中天然气水合物(以下简称水合物)赋存的控制因素与成藏模式有所差异,开展二者之间的对比研究对于指导水合物勘探具有重要的意义。为此,以主动大陆边缘卡斯凯迪亚(Cascadia)和日本南海(Nankai)海槽、被动... 不同大陆边缘(主动、被动)沉积物中天然气水合物(以下简称水合物)赋存的控制因素与成藏模式有所差异,开展二者之间的对比研究对于指导水合物勘探具有重要的意义。为此,以主动大陆边缘卡斯凯迪亚(Cascadia)和日本南海(Nankai)海槽、被动大陆边缘布莱克海台(Blake Ridge)和尼日尔三角洲盆地(Niger Delta Basin)等典型水合物成藏区为研究对象,借助于综合大洋钻探(IODP)航次资料解剖和数值模拟分析等手段,从应力场的角度探讨了上述两种背景下含甲烷流体的驱动样式,进而对比分析了主动、被动大陆边缘水合物的成藏模式。研究结果表明:①主动大陆边缘以侧向挤压应力为气体垂向运移提供了驱动力和通道,引诱深部游离气和原位生物气沿断裂运移,气体运移通道主要为俯冲-增生产生的断层、断裂和滑塌体;②主动大陆边缘粉砂和砂质粉砂等粗粒浊流沉积孔隙度大、渗透性好,并且增生楔上沉积物厚度大,是水合物成藏较为有利的储集空间;③较之于主动型大陆边缘,被动大陆边缘虽然缺少俯冲带造成的侧向应力,但在其内巨厚沉积层塑性物质及高压流体、陆缘外侧火山活动等的共同作用下,产生垂向加积和拉张应力,形成的扩散型水合物聚集速率主要取决于甲烷的供给速度;④被动大陆边缘有机质含量、产气速率、地温梯度及沉积速率对水合物含量空间分布具有差异性影响,泥火山或底辟构造等为水合物的形成与赋存提供了理想的场所。 展开更多

关键词 主动大陆边缘 被动大陆边缘 天然气水合物 成藏模式对比 卡斯凯迪亚边缘 日本南海海槽 布莱克海台 尼日尔三角洲盆地 聚集速率

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基于两步折减法的含天然气水合物沉积物海底斜坡稳定性分析 被引量：5

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作者 赵亚鹏 孔亮 +2 位作者 刘乐乐 袁庆盟 刘佳棋 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第10期141-153,共13页

对于天然气水合物(以下简称水合物)分解影响下的海底斜坡稳定性问题,过去较多采用强度折减法进行研究,但多数学者由于未考虑初始地应力平衡等问题,因而存在着诸多不足。为此,基于强度折减法,提出了将初始地应力平衡、水合物分解、强度... 对于天然气水合物(以下简称水合物)分解影响下的海底斜坡稳定性问题,过去较多采用强度折减法进行研究,但多数学者由于未考虑初始地应力平衡等问题,因而存在着诸多不足。为此,基于强度折减法,提出了将初始地应力平衡、水合物分解、强度折减统一进行考虑的"两步折减法":首先对海底斜坡中水合物分解的影响效果进行分析,剖析其影响实质,进而构建多因素、多水平正交模拟试验,探究不同因素对海底斜坡稳定性的影响规律;进而基于正交试验结果,分析不同因素水平下安全系数的边际均值和变化规律。研究结果表明:(1)水合物分解是一个应力释放、位移增加的动态过程,其影响实质是将沿斜坡分布的"应力非均匀性"转换为"位移非均匀性";(2)多因素下海底斜坡稳定性主控因素为斜坡倾角与海水深度,而分解程度、水合物层厚度、水合物层埋深的影响则相对较小;(3)水合物层埋深对安全系数的影响受到临界埋深的限制;(4)安全系数与斜坡倾角正切值的倒数(1/tanβ)呈线性关系;(5)当海底斜坡稳定性较差或水合物开采可能引起海底滑坡时,可考虑"直井+水平井"的联合开采方式,在水合物储层下部区域设置水平井,并将直井设置在远离斜坡的区域。 展开更多

关键词 强度折减 天然气水合物 海底斜坡 稳定性 安全系数 正交试验 水合物分解 “直井+水平井”联合开采

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电阻层析成像技术及其在水合物开采模拟实验中的应用 被引量：12

13

作者 孙海亮 李彦龙 +2 位作者 刘昌岭 邢兰昌 孟庆国 《计量学报》 CSCD 北大核心 2019年第3期455-461,共7页

电阻层析成像是一种可视化的无损测量手段,可以为天然气水合物开采过程室内模拟实验提供有效的监测途径。首先介绍了电阻层析成像技术的工作原理、发展历程与应用现状,重点对电阻层析成像技术在天然气水合物室内模拟实验方面的主要应用... 电阻层析成像是一种可视化的无损测量手段,可以为天然气水合物开采过程室内模拟实验提供有效的监测途径。首先介绍了电阻层析成像技术的工作原理、发展历程与应用现状,重点对电阻层析成像技术在天然气水合物室内模拟实验方面的主要应用进行了综述,并分析了存在的问题,在此基础上给出了解决问题的建议,为下一步开展水合物的电阻层析成像实验提供参考。 展开更多

关键词 计量学 天然气水合物 电阻层析成像 模拟实验 过程监测

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常见客体分子对笼型水合物晶格常数的影响 被引量：5

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作者 孟庆国 刘昌岭 +4 位作者 李承峰 郝锡荦 胡高伟 孙建业 吴能友 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2020年第11期64-70,共7页

天然气水合物被认为是未来理想替代能源之一,相关基础与应用研究已成为国内外研究热点。客体分子对水合物晶胞参数的影响规律研究是水合物结构特征研究的重要内容,对理解水合物主客体分子间相互作用、形成分解微观机理及其稳定性变化具... 天然气水合物被认为是未来理想替代能源之一,相关基础与应用研究已成为国内外研究热点。客体分子对水合物晶胞参数的影响规律研究是水合物结构特征研究的重要内容,对理解水合物主客体分子间相互作用、形成分解微观机理及其稳定性变化具有重要意义。为考察不同客体分子对水合物微观结构特征的影响,本文合成了系列水合物样品(甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、二氧化碳、四氢呋喃、甲烷+2,2-二甲基丁烷和甲烷+甲基环己烷),并基于低温X射线衍射技术对样品结构特征进行了分析,探讨了水合物样品晶格常数与客体分子尺寸间的关系。结果表明,(1)低温X射线衍射技术能够有效获取天然气水合物样品的晶格常数及结构类型等特征。(2)甲烷、乙烷、丙烷及异丁烷等烷烃类同系物形成的单一组分水合物样品晶格常数与客体分子的尺寸(范德华直径)呈现正相关关系。同等条件下,分子尺寸越大,相应水合物的晶格常数越大。尺寸较小的甲烷、乙烷生成Ⅰ型结构水合物,而丙烷、异丁烷等相对较大的分子则形成Ⅱ型结构水合物。(3)含氧原子客体分子(如CO_2、THF)水合物样品的结构类型依然受范德华直径的控制,但其晶格常数与客体分子尺寸间的相关性不遵从烷烃类水合物的正相关关系,分析认为该现象是氧原子特殊的电负性致使客体分子与"水笼"间产生异常相互作用所致。(5) H型水合物样品中,大分子与辅助小分子对水合物不同方向晶轴长度影响分别呈现反向趋势特征。与甲烷+2,2-二甲基丁烷水合物样品相比,甲烷+甲基环己烷水合物样品a轴方向长度较短,而c轴方向长度略长。与相同温度下甲烷+2,2-二甲基丁烷水合物样品相比,由小分子氮气辅助形成的H型水合物样品晶胞a轴方向略长,而c轴方向长度较短。 展开更多

关键词 天然气水合物 粉末X射线衍射 结构特征 晶格常数 客体分子尺寸

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南海神狐海域水合物对岩心电阻率的影响 被引量：9

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作者 陈玉凤 梁德青 吴能友 《石油地球物理勘探》 EI CSCD 北大核心 2018年第6期1241-1246,I0005,I0006,共8页

研究南海神狐海域天然气水合物的电学特性,对资源量的估算具有重要意义。选取南海神狐海域SH7B站位岩心样品,采用高过冷度和冰点以下温度震荡等方式,合成含天然气水合物的岩心样品,实验研究含天然气水合物海底沉积物的电学特性。甲烷在... 研究南海神狐海域天然气水合物的电学特性,对资源量的估算具有重要意义。选取南海神狐海域SH7B站位岩心样品,采用高过冷度和冰点以下温度震荡等方式,合成含天然气水合物的岩心样品,实验研究含天然气水合物海底沉积物的电学特性。甲烷在3.6℃形成天然气水合物时,岩心样品电阻率从1.220Ω·m(水饱和状态)增加至2.150Ω·m(水合物饱和度S_h为37.7%);当S_h≤18.0%时,样品电阻率变化明显,水合物开始胶结于沉积物颗粒;当18.0%<S_h≤25.0%时,电阻率变化较平缓,水合物可能以接触模式存在于沉积物孔隙;当S_h>25.0%时,大量的水合物可能胶结于沉积物孔隙,以致电阻率增加较快。最终甲烷气体难以扩散至被水合物封闭的孔隙流体中,电阻率趋于稳定。 展开更多

关键词 天然气水合物 电阻率 饱和度 南海

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块状甲烷水合物分解动力学特征及其影响因素 被引量：6

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作者 陈强 吴能友 +3 位作者 李彦龙 刘昌岭 孙建业 孟庆国 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期141-148,共8页

与冷泉相关的块状甲烷水合物是非常规天然气资源开发的重点目标之一。为了了解其分解动力学特征以便于制订合理的开发方案,利用高压差示扫描量热仪实验测试了块状甲烷水合物的生成与分解过程,将分解的吸热效应与分解速度相关联,分析不... 与冷泉相关的块状甲烷水合物是非常规天然气资源开发的重点目标之一。为了了解其分解动力学特征以便于制订合理的开发方案,利用高压差示扫描量热仪实验测试了块状甲烷水合物的生成与分解过程,将分解的吸热效应与分解速度相关联,分析不同环境下块状甲烷水合物分解瞬时速度和平均速度的变化特征,然后,基于实验结果采用经典的甲烷水合物分解动力学模型计算得到不同压力下甲烷水合物分解活化能,进而评价分解表面积、温度、压力和矿化度等因素对甲烷水合物分解速度的影响。研究结果表明:①随着压力升高,甲烷水合物分解活化能逐渐增大,在此次实验测试条件下其数值介于27.5~28.5 kJ/mol;②在去离子水溶液中,甲烷水合物的分解瞬时速度呈现先增加后减小的趋势,在分解早中期其累计分解物质的量随时间的变化关系呈指数函数形式增长,后期则呈缓慢线性增长;③在孔隙水溶液中,甲烷水合物的分解瞬时速度也呈现先增加后减小的变化趋势,但较之于去离子水溶液,孔隙水溶液中甲烷水合物的分解瞬时速度峰值出现的时间较晚,孔隙水溶液矿化度对水合物分解速度的促进作用弱于温度的影响;④对影响去离子水溶液中块状甲烷水合物分解速度的因素按照影响程度由大到小排序,结果依次为分解表面积、温度、压力。结论认为,在储层改造的基础上,热激法是块状甲烷水合物开采的合理方式。 展开更多

关键词 块状甲烷水合物 高压差示扫描量热技术 分解动力学 分解速度 分解活化能 储层改造 热激法 合理开采方式

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含水合物泥质粉细砂三轴试验及本构模型 被引量：9

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作者 杨周洁 周家作 +3 位作者 陈强 万义钊 韦昌富 孟祥传 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2020年第12期139-145,共7页

为了得到不同有效围压和水合物饱和度对含水合物沉积物强度和刚度的影响规律,并得出相应数学表达式,以南海北部沉积物土样级配作为参考,配制人工泥质粉细砂,利用自主研发的含水合物沉积物三轴试验机,制备不同饱和度的含CO 2水合物沉积物... 为了得到不同有效围压和水合物饱和度对含水合物沉积物强度和刚度的影响规律,并得出相应数学表达式,以南海北部沉积物土样级配作为参考,配制人工泥质粉细砂,利用自主研发的含水合物沉积物三轴试验机,制备不同饱和度的含CO 2水合物沉积物,在1,2,4 MPa有效围压下等向固结并进行三轴剪切试验。由于围压能自动根据气压的变化而变化,所以在水合物生成过程中有气体消耗但有效围压保持不变。试验结果表明:初始弹性模量随水合物饱和度的增加而增加,与有效围压无关;初始泊松比随着有效围压增加而减小,而随水合物饱和度的增加而增加;黏聚力随水合物饱和度的增加而增加,而内摩擦角与水合物饱和度无关。在邓肯-张模型的基础上,引入参数水合物饱和度,建立了含水合物沉积物的非线性弹性本构模型。最后,用试验数据对模型进行了验证,其结果符合较好。 展开更多

关键词 含水合物沉积物 泥质粉细砂 三轴试验 力学行为 本构模型

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多孔介质中甲烷水合物的微观分布对电阻率的影响 被引量：7

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作者 陈国旗 李承峰 +1 位作者 刘昌岭 邢兰昌 《新能源进展》 2019年第6期493-499,共7页

电阻率测井技术是天然气水合物储层资源量估算的重要手段,明确储层电阻率与水合物在沉积物孔隙中微观分布的关系对准确估算水合物饱和度有重要意义。使用自主研发的天然气水合物计算机断层扫描(CT)技术−电阻率测量装置,开展多孔介质中... 电阻率测井技术是天然气水合物储层资源量估算的重要手段,明确储层电阻率与水合物在沉积物孔隙中微观分布的关系对准确估算水合物饱和度有重要意义。使用自主研发的天然气水合物计算机断层扫描(CT)技术−电阻率测量装置,开展多孔介质中甲烷水合物生成实验,同时进行CT观测与电阻率测试,得到了反应过程中扫描图像和电阻率数据,讨论了孔隙中水合物在不同微观分布模式下电阻率与水合物饱和度的关系。结果表明:水合物饱和度低于10.50%时,水合物以接触分布模式为主,与水合物对孔隙的填充效应相比,排盐效应更加显著,电阻率随水合物饱和度增大略有下降;水合物饱和度为10.50%-22.34%时,水合物为悬浮与接触共存分布模式,悬浮分布模式下的水合物对孔隙水连通截面的阻塞作用较大,电阻率随水合物饱和度的增大急剧升高;水合物饱和度为22.34%-27.50%时,水合物仍然为悬浮与接触共存分布模式,在大部分孔隙已被堵塞的情况下水合物的填充作用对电阻率影响较小,电阻率随水合物饱和度增大而升高的趋势逐渐变缓。可见,电阻率响应特性在不同的水合物饱和度范围下明显不同,与水合物的微观分布有关。 展开更多

关键词 甲烷水合物 多孔介质 CT图像 电阻率 微观分布

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海洋含气土高应力加卸载变形特征与渗流规律

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作者 宋杰 刘乐乐 +3 位作者 刘涛 张永超 杨磊 万义钊 《力学学报》 北大核心 2025年第2期545-558,共14页

含气土是一种结构特殊的土,具有力学强度低、压缩性高、膨胀性强和固结过程复杂等特点,在海洋工程建设中容易诱发多种形式的灾害.海洋含气土的力学性质变化受有效固结应力和孔隙压力的影响,但是目前针对更高有效固结应力条件下的海洋含... 含气土是一种结构特殊的土,具有力学强度低、压缩性高、膨胀性强和固结过程复杂等特点,在海洋工程建设中容易诱发多种形式的灾害.海洋含气土的力学性质变化受有效固结应力和孔隙压力的影响,但是目前针对更高有效固结应力条件下的海洋含气土力学性质试验研究还不够充分.文章首先对取自浙江舟山近海浅层气富集区的海洋沉积物进行了物理力学指标测试,然后重塑并借助沸石制备了含气土试样,最后在侧向完全受限条件下开展了循环加卸载试验,竖向载荷最高达到3200 kPa,揭示了海洋沉积物粒径级配、矿物组成、液限和塑限含水率等指标在去除盐分前后的变化机理,分析了含气量等因素对海洋含气土试样加卸载变形回弹与渗流过程的影响规律.结果表明,海洋含气土的体积压缩系数随着载荷的增加而减小,并且含气量越高则压缩指数与回弹指数均增大;孔隙水与气体主要在循环加卸载过程中的首轮排出,并且集中在首轮加载的初期;在首轮加载过程中,不含气饱和海洋土的渗透系数单调减小,而海洋含气土的渗透系数出现了明显的回升波动. 展开更多

关键词 浅层气 含气土 固结试验 压缩指数 渗透系数

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南海北部Site 3A站位沉积物地球化学特征及其对甲烷渗漏的指示

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作者 区相文 邬黛黛 +2 位作者 张覃谊 吴能友 刘丽华 《新能源进展》 2022年第2期111-125,共15页

南海北部陆坡具有较好的水合物成藏潜力,而甲烷渗漏区的地球化学特征和沉积环境以及自生矿物的关系对天然气水合物的勘探和开采有重要指示意义。选取南海北部陆坡Site 3A站位柱状沉积物作为研究对象,通过对其主微量元素、五种形态的磷... 南海北部陆坡具有较好的水合物成藏潜力,而甲烷渗漏区的地球化学特征和沉积环境以及自生矿物的关系对天然气水合物的勘探和开采有重要指示意义。选取南海北部陆坡Site 3A站位柱状沉积物作为研究对象,通过对其主微量元素、五种形态的磷、不同形态的铁、铬还原硫(CRS)、硫同位素以及有机碳值等数据进行地球化学特征分析。结果表明,南海北部Site 3A站位柱状沉积物主要以200 cmbsf深度作为分界线,分成以有机质硫酸盐还原作用为主的上部和以甲烷厌氧氧化(AOM)作用为主的下部,对比上部,下部可指示黄铁矿含量的CRS含量增加,说明该站位存在AOM作用,200 cmbsf深度以下为硫酸盐−甲烷过渡带(SMTZ)。δCe在200 cmbsf深度以下呈现先增大后减小的趋势,说明200 cmbsf深度以下为偏碱性的还原环境。沉积物中的锰、自生磷灰石态磷(P_(CFA))、铁结合磷(P_(Fe))、可还原性铁(Fe_(ox))、磁铁矿铁(Fe_(mag))和碳酸盐铁(Fe_(cab))的含量变化均受到了AOM作用的影响,下部沉积物中指示富镁方解石含量的Mg/Ca值较高,指示文石含量的Sr/Ca值无明显变化;同时,δ^(34)S并未出现明显的正偏现象,而200 cmbsf深度以下CRS和总硫(TS)的含量只是略有增加,说明该地区主要以低渗漏或甲烷扩散为主。 展开更多

关键词 元素地球化学 稀土元素 铬还原性硫化物 南海北部陆坡 甲烷厌氧氧化作用

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