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海洋天然氣水合物高精度勘探技術 版權信息
- ISBN：9787030697875
- 條形碼：9787030697875 ; 978-7-03-069787-5
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
海洋天然氣水合物高精度勘探技術 內容簡介
本書內容涵蓋了我國海域天然氣水合物高精度勘探領域昀新的技術成果，涉及海洋地質、地球物理、地球化學及其相關電子、機械、工程及大數據計算等多學科交叉，形成面向海洋天然氣水合物目標靶區精細探測的海底冷泉探測系統、數字垂直纜系統、水合物流體地球化學精密探測技術以及水合物樣品保壓轉移與處理技術等相關技術體系，為我國海洋天然氣水合物勘查試采提供了重要的技術支撐。
海洋天然氣水合物高精度勘探技術 目錄
目錄
序一
序二
前言
**章 海洋天然氣水合物勘探技術現狀與發展趨勢 1
**節 海洋天然氣水合物地球物理探測技術現狀與發展趨勢 1
一、海洋天然氣水合物地震探測技術 2
二、天然氣水合物測井解釋技術 9
第二節 地球化學探測技術現狀與發展趨勢 10
第三節 天然氣水合物樣品保壓轉移及處理技術現狀與發展趨勢 14
第二章 海洋天然氣水合物地球物理立體探測技術 17
**節 天然氣水合物海底冷泉聲學探測技術 17
一、海底冷泉水體回聲反射探測系統研制 18
二、淺層剖面數據處理技術 24
三、多波束測深數據的濾波和水體影像數據處理 31
第二節 天然氣水合物賦存區立體探測技術 36
一、立體探測技術理論研究 37
二、集中式數字垂直纜系統 48
三、分布式數字垂直纜系統研制 59
四、集中式、分布式數字垂直纜試驗 70
五、拖纜數據和海底地震儀數據聯合處理 73
六、AVO反演 78
第三節 天然氣水合物測井數據處理與模擬技術 85
一、天然氣水合物儲層的測井特征 85
二、測井曲線校正及重構技術 86
三、井約束隨機逆波阻抗反演方法研究 92
四、天然氣水合物儲層的隨機模擬預測 95
第四節 天然氣水合物目標綜合識別技術 100
一、天然氣水合物地球物理立體探測數據庫設計 100
二、數據管理模塊 101
三、天然氣水合物目標識別模塊 104
四、模塊實現 110
第三章 天然氣水合物流體地球化學精密探測技術 118
**節 沉積物孔隙水原位采樣瓶設計與研制 118
一、雙瓶結構設計 118
二、閥口鑲件改進 118
三、真空閥密封改進 120
第二節 高真空電磁閥研制 120
第三節 泥水分離過濾技術 123
一、過濾層結構的定型 123
二、進水口孔徑實驗室測試 124
第四節 孔隙水采樣系統研制 127
一、接插式纜線的研制 128
二、設備主體材料試用與定型 131
第五節 負壓抽提式底層水原位氣密采樣瓶研制 133
一、負壓抽提式底層水采樣瓶 133
二、采樣瓶實驗室仿真試驗裝置設計加工 135
三、深海用二位三通電磁閥研制 136
第六節 系統集成方案 137
一、采集系統總體設計 137
二、底層水采集子系統 139
三、仿真測試 140
第七節 升級遙測遙控技術 140
一、研制水下獨立霍爾觸發器 140
二、升級遙測遙控子系統 142
第八節 船載現場流體地球化學測試技術集成 143
一、船載現場離子檢測方法 143
二、船載現場烴類氣體檢測方法 145
三、轉移裝置 146
第九節 海試試驗 148
第十節 流體地球化學地質應用 149
第四章 天然氣水合物樣品保壓轉移及處理技術 151
**節 天然氣水合物樣品保壓轉移裝置與技術研究 151
一、保壓轉移裝置總體設計 151
二、卡爪機構 153
三、內切割機構 171
四、球閥密封機構 183
五、二次取樣裝置 198
六、壓力維持系統 208
七、取樣器機構改進 246
八、實驗室試驗 248
第二節 天然氣水合物巖心在線聲波檢測裝置與技術研究 252
一、天然氣水合物巖心在線聲波檢測裝置 252
二、天然氣水合物沉積物聲波信號響應規律試驗研究 254
三、海上天然氣水合物巖心聲波檢測模擬試驗 259
第三節 天然氣水合物巖心處理技術研究 264
一、X射線CT設備巖心分析技術可行性分析 264
二、沉積層巖心中天然氣水合物賦存規律CT可視化研究 266
三、天然氣水合物巖心孔滲飽特性試驗研究 268
四、天然氣水合物巖心孔滲飽特性數值模擬研究 269
五、天然氣水合物鉆探取心樣品基礎物性檢測分析 275
第四節 海上試驗 286
一、概況 286
二、海上試驗過程 288
三、海試成果 291
第五章 天然氣水合物高精度勘探技術集成應用與示范 292
第六章 結論與展望 298
**節 結論 298
一、天然氣水合物地球物理立體探測技術 298
二、天然氣水合物流體地球化學精密探測技術 299
三、天然氣水合物探測、取樣相關技術及裝備集成 300
第二節 亟待解決的問題與展望 302
參考文獻 304
序一
序二
前言
**章 海洋天然氣水合物勘探技術現狀與發展趨勢 1
**節 海洋天然氣水合物地球物理探測技術現狀與發展趨勢 1
一、海洋天然氣水合物地震探測技術 2
二、天然氣水合物測井解釋技術 9
第二節 地球化學探測技術現狀與發展趨勢 10
第三節 天然氣水合物樣品保壓轉移及處理技術現狀與發展趨勢 14
第二章 海洋天然氣水合物地球物理立體探測技術 17
**節 天然氣水合物海底冷泉聲學探測技術 17
一、海底冷泉水體回聲反射探測系統研制 18
二、淺層剖面數據處理技術 24
三、多波束測深數據的濾波和水體影像數據處理 31
第二節 天然氣水合物賦存區立體探測技術 36
一、立體探測技術理論研究 37
二、集中式數字垂直纜系統 48
三、分布式數字垂直纜系統研制 59
四、集中式、分布式數字垂直纜試驗 70
五、拖纜數據和海底地震儀數據聯合處理 73
六、AVO反演 78
第三節 天然氣水合物測井數據處理與模擬技術 85
一、天然氣水合物儲層的測井特征 85
二、測井曲線校正及重構技術 86
三、井約束隨機逆波阻抗反演方法研究 92
四、天然氣水合物儲層的隨機模擬預測 95
第四節 天然氣水合物目標綜合識別技術 100
一、天然氣水合物地球物理立體探測數據庫設計 100
二、數據管理模塊 101
三、天然氣水合物目標識別模塊 104
四、模塊實現 110
第三章 天然氣水合物流體地球化學精密探測技術 118
**節 沉積物孔隙水原位采樣瓶設計與研制 118
一、雙瓶結構設計 118
二、閥口鑲件改進 118
三、真空閥密封改進 120
第二節 高真空電磁閥研制 120
第三節 泥水分離過濾技術 123
一、過濾層結構的定型 123
二、進水口孔徑實驗室測試 124
第四節 孔隙水采樣系統研制 127
一、接插式纜線的研制 128
二、設備主體材料試用與定型 131
第五節 負壓抽提式底層水原位氣密采樣瓶研制 133
一、負壓抽提式底層水采樣瓶 133
二、采樣瓶實驗室仿真試驗裝置設計加工 135
三、深海用二位三通電磁閥研制 136
第六節 系統集成方案 137
一、采集系統總體設計 137
二、底層水采集子系統 139
三、仿真測試 140
第七節 升級遙測遙控技術 140
一、研制水下獨立霍爾觸發器 140
二、升級遙測遙控子系統 142
第八節 船載現場流體地球化學測試技術集成 143
一、船載現場離子檢測方法 143
二、船載現場烴類氣體檢測方法 145
三、轉移裝置 146
第九節 海試試驗 148
第十節 流體地球化學地質應用 149
第四章 天然氣水合物樣品保壓轉移及處理技術 151
**節 天然氣水合物樣品保壓轉移裝置與技術研究 151
一、保壓轉移裝置總體設計 151
二、卡爪機構 153
三、內切割機構 171
四、球閥密封機構 183
五、二次取樣裝置 198
六、壓力維持系統 208
七、取樣器機構改進 246
八、實驗室試驗 248
第二節 天然氣水合物巖心在線聲波檢測裝置與技術研究 252
一、天然氣水合物巖心在線聲波檢測裝置 252
二、天然氣水合物沉積物聲波信號響應規律試驗研究 254
三、海上天然氣水合物巖心聲波檢測模擬試驗 259
第三節 天然氣水合物巖心處理技術研究 264
一、X射線CT設備巖心分析技術可行性分析 264
二、沉積層巖心中天然氣水合物賦存規律CT可視化研究 266
三、天然氣水合物巖心孔滲飽特性試驗研究 268
四、天然氣水合物巖心孔滲飽特性數值模擬研究 269
五、天然氣水合物鉆探取心樣品基礎物性檢測分析 275
第四節 海上試驗 286
一、概況 286
二、海上試驗過程 288
三、海試成果 291
第五章 天然氣水合物高精度勘探技術集成應用與示范 292
第六章 結論與展望 298
**節 結論 298
一、天然氣水合物地球物理立體探測技術 298
二、天然氣水合物流體地球化學精密探測技術 299
三、天然氣水合物探測、取樣相關技術及裝備集成 300
第二節 亟待解決的問題與展望 302
參考文獻 304
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海洋天然氣水合物高精度勘探技術 節選
**章 海洋天然氣水合物勘探技術現狀與發展趨勢 隨著天然氣水合物勘查的發展，以及天然氣水合物產業化進程的推進，圍繞海洋天然氣水合物目標靶區勘探及資源評價，對此種礦產資源的勘探技術提出了更高的要求，需要高分辨率的目標探測、高精度的鉆測工藝、高科技的試采工程、海底原位監測及環境評估等相關技術及裝備支撐。“十五”“十一五”期間，863計劃支持開展了“天然氣水合物勘探開發關鍵技術”研究，取得了一批具有自主知識產權的研發成果，并將其應用于天然氣水合物調查評價中，為天然氣水合物調查取得突破性成果起到了高技術支撐作用。然而，我國許多核心技術與國外相應領域仍存在較大差距，部分新技術在國內仍屬空白，特別是試采技術是國家急需突破的核心技術。2004年起，我國逐步啟動了天然氣水合物開采基礎研究工作，建立了小型物性測試裝置，室內合成天然氣水合物，初步進行了開采技術的模擬試驗研究，結合深水油氣勘探，海洋天然氣水合物目標區勘探工作正逐步啟動，但總體處于起步階段，與國外先進的試采技術差距較大(金慶煥等，2006)。同時，由于海洋天然氣水合物絕大多數分布在300～3000m水深的海底沉積物中，儲存條件復雜、埋藏深度淺，開發過程中易引發工程地質災害、溫室效應等。因此，尋求經濟、綠色、安全的開采技術面臨著巨大的挑戰。 本章將分別從海洋天然氣水合物的地球物理探測、地球化學探測、樣品保壓轉移及處理等技術方面進行論述總結。 **節 海洋天然氣水合物地球物理探測技術現狀與發展趨勢 地震勘探、測井解釋是海洋天然氣水合物勘探行之有效的地球物理探測技術方法。海洋地震勘探作業效率高，已成為天然氣水合物資源勘探技術的發展重點，地震勘探由常規的單道地震(single channel seismic，SCS)、二維多道地震(2-dimensional multi-channel seismic，2D-MCS)、三維多道地震(3-dimensional multi-channel seismic，3D-MCS)勘探，發展為高分辨率地震(high resolution seismic，HRS)、深拖多道地震組合探測(deep tow acoustics/geophysics system，DTAGS)、高頻海底地震儀( high frequency ocean bottom seismic，HF-OBS)探測等，其中高分辨率地震是目前天然氣水合物的一種主要勘探方法。在勘探早期，通過二維多道地震發現天然氣水合物的四大地震異常，即似海底反射(bottom simulation reflection，BSR)、振幅空白帶( blank zone，BZ)、速度異常及極性倒轉。應用這些地震探測技術在主動、被動大陸邊緣的陸坡、島坡、邊緣盆地等海域進行了海洋天然氣水合物調查，取得了豐碩成果，如美國、日本、德國、印度、加拿大等(欒錫武等，2008)。 隨著天然氣水合物勘探程度的深入，在調查中大規模采用三維多道地震探測天然氣水合物礦體的產狀和空間形態，采用 HF-OBS探測天然氣水合物礦體的內部結構，進而實現準確圈定天然氣水合物礦體、估算其儲量、優選鉆探的目標。因此，地震勘探特別是三維多道地震和高頻海底地震勘探將成為今后天然氣水合物目標勘探的主攻方向和核心技術。 值得注意的是，隨著勘探技術的進步和天然氣水合物目標評價的需要，圍繞預測天然氣水合物成礦區帶及鉆探目標、描述礦體外形、刻畫礦體內部結構、分析并檢測礦體的含礦性、預測天然氣水合物的資源潛力等勘探目標，近年來高分辨率三維多道地震與高頻海底地震聯合探測技術在天然氣水合物勘探中得到快速發展，美國、德國、意大利、挪威、日本等國家在天然氣水合物地震調查中廣泛使用該項技術(宋海斌等，2001；阮愛國和初鳳有，2007)。 一、海洋天然氣水合物地震探測技術 針對海洋天然氣水合物調查，地震探測技術經歷了一個由簡單到復雜、由單一到綜合的發展過程。天然氣水合物調查初期，主要通過常規二維地震調查技術，識別了 BSR、 BZ等地震異常反射特征，通過鉆井證實了天然氣水合物的存在。但使用常規二維多道地震調查技術進行天然氣水合物調查，存在明顯的局限性，由于分辨率較低，對于準確刻畫天然氣水合物礦體較為困難，難以滿足天然氣水合物精細調查及資源評價需求。 隨著地震調查技術的快速發展，高分辨率二維多道地震技術很快在海洋天然氣水合物調查中得到應用，該技術的特點是在具有較高的地層分辨率的同時，還具有較強的地層穿透能力。利用高分辨率二維多道地震資料可以進一步突出天然氣水合物識別的標志，如 BSR、極性倒轉、BZ和速度異常等，此外，通過高分辨率二維多道地震技術獲取的高分辨率數據，有利于進一步提取天然氣水合物賦存圍巖的物性信息。 近年來，三維(或準三維)多道地震技術在天然氣水合物礦體精細刻畫中得到了較好應用，該技術手段由于能夠精確描述天然氣水合物礦體的空間展布特征和內部結構信息，而成為天然氣水合物礦體鉆前井位優選* 有效的技術手段之一。特別是利用三維多道地震與 HF-OBS及地震垂直纜進行立體探測，進一步發展了天然氣水合物多波勘探技術，該技術利用縱、橫波速度所反映的物性差異為天然氣水合物礦體的檢測與識別提供了更加豐富的地球物理信息，在提高地層分辨率和突出天然氣水合物礦體的內部結構特征方面具有明顯優勢。此外，針對天然氣水合物系統成藏特點，還能夠進一步刻畫天然氣水合物礦體的含氣特征。這些技術的明顯優勢，不僅極大提升了天然氣水合物礦體精細刻畫水平，還深化了對天然氣水合物成藏的理解和認識，同時，更進一步促進了技術本身的發展和進步，特別是隨著水下定位技術的日益成熟，三維多道地震與 OBS的地震聯合勘探技術必將日益受到關注。 1.高分辨率三維多道地震探測技術及應用 多道地震技術是探測海洋天然氣水合物的首選技術，由多道地震電纜采集數據，通過地震數據處理獲得地震剖面，進行天然氣水合物地震異常的識別和礦體的精細刻畫。此外，還可以通過提取包括速度在內的物性參數，開展進一步研究。近30年來，全球范圍內大多數海洋天然氣水合物地震標志 BSR從常規二維多道地震資料上獲得。它是利用強脈沖聲源(如氣槍組陣)和多道接收器，通過地震激發和信息接收，來獲取海底及其以下地質界面，以及天然氣水合物礦體的反射信息。該方法的特點：數字記錄、分辨率高、探測埋深適中。相對其他方法技術，多道地震技術具有調查速度快、范圍廣、橫向易追蹤等優勢。但是，由于聲傳播是以球面方式向各個方向傳播，應用二維地震技術采集數據可能使偏離測線處的地質體的反射歪曲畸變，給精確解釋帶來困難。 三維多道地震能夠采集完整的地震波場數字化數據，并形成由不同角度和距離反射數據組成的數據體，依托計算機工作站，可以觀察任意切面的地質構造情況。但三維地震施工難度較大，成本較高，資料處理手段復雜。目前，有關國家在開展海洋天然氣水合物調查過程中，根據實際情況，借鑒和發揮二維、三維多道地震優勢，通過二維加密調查，發展了一種準三維地震調查技術，在我國海洋天然氣水合物調查中，發揮了積極有效的作用。 天然氣水合物準三維地震調查技術是指在海洋天然氣水合物勘探中，采用單源、單纜采集，加密采集線距以保證覆蓋次數，經過特定的處理流程實現二維采集的三維處理，* 終獲得三維數據體的地震技術。日本于1996年、1999年在西南海槽、東南海槽進行了單纜、線距100m的多條高分辨率二維地震調查，又稱“學院式”三維地震調查(宋海斌等，2001)。該系統包含拖曳的多個水聽器排列及多條氣槍組成的調諧震源，利用所獲得的高分辨率二維地震資料，采用偽三維寬角疊加技術對交點位置進行高精度速度分析，獲取的速度結構展示了高速層的橫向分布特征，有效解決了速度結構問題，與天然氣水合物地震標志 BSR進行對比分析，可以得到高分辨率的天然氣水合物礦體分布特征，此外，利用波阻抗數據，還可以分析天然氣水合物賦存的圍巖物性。1999年11月，“野貓”井的鉆探證實日本的 Nankai海槽東部存在天然氣水合物，選定的鉆探井位即為準三維地震調查資料所提供。 天然氣水合物準三維地震調查技術在海上地震資料采集階段，通過“網絡三節點法”定位網絡配置、纜源沉放深度綜合效應分析、調諧組合及采集參數優化，以及對“點震源”結構的改進等一系列技術創新，定位精度由原來的十幾米到幾十米提高到6～10m，數據保真度進一步提高，為準三維處理奠定了良好的基礎。 天然氣水合物準三維地震調查技術在處理過程中，通過特殊觀測系統的定義，針對天然氣水合物地質目標體進行面元劃分，選用天然氣水合物目的層(即海底淺層)的去噪、反褶積、偏移成像等一系列技術，實現天然氣水合物二維采集數據的三維處理，從而獲得三維成像數據體，用于精確刻畫天然氣水合物礦體的三維空間分布特征，定量描述礦體分布范圍、空間形態和厚度等。 目前，準三維地震調查技術在天然氣水合物勘探中發揮了重要的作用，甚至在天然氣水合物目標勘探階段，也是一種比較普遍的數據采集方式。 2.高頻海底地震探測技術 自然界天然氣水合物的發現與石油天然氣資源調查鉆探息息相關。*初，陸地及海洋天然氣水合物伴隨著油氣資源鉆探等工作獲取的地質巖心樣品而被發現，為了進一步研究天然氣水合物在陸地及海洋海底地下分布情況，獲取天然氣水合物物性參數，常規油氣勘探的聲波地球物理方法—二維多道地震技術被科學家充分利用，特別是在大量前期海洋多道地震剖面上，發現多處 BSR。隨著勘探及研究的深入和社會的廣泛關注，需要有高精度的速度和高分辨率地震波形資料，要求精確掌握的數據越來越多，如縱、橫波速度、地震地層及速度結構、波阻抗等的變化，用于估算天然氣水合物的飽和度和資源量，評估這種新型能源資源的開發利用價值和前景。高頻海底地震調查可獲取多種資料，能滿足波形反演、走時反演、非線性全波形走時聯合反演等的各種研究需要，高頻海底地震儀技術為解決上述問題提供了重要的技術支撐。 通常天然氣水合物的縱波速度比海洋正常沉積物的要高，致使含天然氣水合物的沉積物的體積模量增加，同時沉積物孔隙內的天然氣水合物膠結物也改變了沉積物剪切模量，沉積物內聲波阻抗亦呈“譜白化”現象，采用 HF-OBS可精確測量 P波、S波速度等，能更準確地估算天然氣水合物厚度。此項技術通常在不同偏移距內記錄得到一條 HF-OBS剖面和多條單道、多道地震剖面，從而利用綜合信息，開展地層及速度結構聯合研究。 P波速度異常與天然氣水合物賦存及下伏氣體富集密切相關( Andreassen et al.，1995)。為了在現場準確測量海底400m以淺的沉積物的 P波速度在垂向、側向上的變化，常采用高頻海底地震儀或海底地震檢波器(ocean bottom hydrophone，OBH)。德國亥姆霍茲基爾海洋研究中心( GEOMAR)在挪威陸緣研究滑塌與天然氣水合物相關性時曾采用這種調查技術，不同之處是在同一位置使用了單頻脈沖線性淺地層剖面測量(3.5kHz)、深拖(0.2～3.5kHz)和氣槍(50～200Hz)3種不同頻率的震源，頻率覆蓋較寬，提高了地震結構分辨率寬度，從而獲得了不同深度的聲波穿透記錄(100m、250m、500m)，能識辨幾米厚的沉積層及 P波速度。實踐證明，高頻(＜300Hz)或震源子波頻率在80～200Hz時，可獲得詳細的速度資料，低頻(＜60Hz)分辨率低、波長太長，以至于很難探測 BSR之下的游離氣底界(base of gas reflector，BGR)或天然氣水合物頂界。 由于 HF-OBS觀測具有震源與檢波器間的距離大、利用曳航方式可獲得低角度反射波、可較直觀地考察 BSR反射波波形等優點， Katzman等(1994)和 Korenaga等(1997)利用該方法得到的單道及近道寬角海底地震反射剖面資料，對布萊克( Blake)洋脊及挪威西部陸緣地區天然氣水合物 BSR及其
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