一种评价海洋天然气水合物储层优劣的方法技术

本发明专利技术公开了一种评价海洋天然气水合物储层优劣的方法，包括：S1、获取目标区域不同位置的柱状海洋沉积层钻探岩芯，对每一个柱状海洋沉积层钻探岩芯，在含天然气水合物储层段沿轴向以一定间距制取多个样品；S2、测量出样品的表面积；S3、构建沉积样品孔隙大小计算模型；S4、构建天然气水合物在孔隙状态下的凝固温度改变量的计算模型；S5、计算天然气水合物在每个样品中的凝固温度改变量，得到海洋天然气水合物储层的凝固温度改变量的三维分布，得出海洋天然气水合物储层的优劣。本发明专利技术综合分析天然气水合物的分布与海洋沉积物影响天然气水合物稳定条件，实现了对海洋天然气水合物储层优劣的准确评价。

A method to evaluate the quality of marine gas hydrate reservoir

【技术实现步骤摘要】
一种评价海洋天然气水合物储层优劣的方法
本专利技术涉及天然气水合物成藏领域，具体涉及一种评价海洋天然气水合物储层优劣的方法。
技术介绍
天然气水合物是一种由气体(主要是甲烷)和水组成的冰状固态化合物，其存在依靠低温高压下作为客体分子的轻烃气体分子和水分子之间的范德华力维系。每立方米甲烷水合物含有约164立方米的标准状态气体和0.8立方米的水。据保守估计，自然界中天然气水合物的含量21×10m3，这几乎是地球上已知的化石能源的两倍，被认为是21世纪化石能源的理想替代能源。基于其可能的巨大资源量，近年来天然气水合物成为科学研究的焦点，海洋天然气水合物资源的能源、环境、灾害效应受到广泛的关注，一般赋存于水深大于100～250m(极地)和大于400～650m(中纬度和低纬度海域)的海底以下数百米的沉积层内。海洋天然气水合物储层即海洋某一沉积地层。海洋沉积地层的孔隙是天然气水合物主要成藏的空间。受海洋沉积层粒度的影响，天然气水合物的分布表现出高度的非均质性。天然气水合物丰度与沉积物粒径紧密相关。已发现的天然气水合物主要产出于相对粗粒的沉积层中。高饱和度的水合物通常聚集于浊流沉积、砂层等层位。这些地层沉积颗粒较粗，孔隙空间大，具有高孔隙度、高渗流特性。如布莱克海台的天然气水合物产出于粘土和粉砂的细粒层，其水合物饱和度较小。美国俄勒冈州外海凯斯凯迪亚边缘的水合物分布不连续，大洋钻探ODP204航次显示大量的水合物赋存于粗粒的地层中。综合大洋钻探IODP311航次也表明，厘米级的砂层中水合物饱和度达到60％-80％，主要是沉积物中砂含量的不同引起的。另外，阿拉斯加北部陆坡，加拿大马利克，日本南开海槽，韩国裕隆盆地以及墨西哥湾的水合物赋存形态均具有类似的特征。前人工作显示水合物通常存在于相对粗粒的沉积中，且沉积物粒度与水合物饱和度存在相关关系。但沉积物颗粒的粒度分布跨度大，应用这一方法的统计仅以砂含量与水合物饱和度的对比来研究两者的关系，直到现在研究并没有显著的相关性提高和更深入的认识。对海洋天然气水合物储层优劣的认识，到目前仍主要以海洋沉积层的物理性质，特别是其粒度组份的分布来分类为黏土质、粉砂质或砂质等来定性判断其储层的优劣，不能满足更深入的天然气水合物成藏研究，并制约着天然气水合物的勘探和资源量的准确评估。丰富和深刻认识天然气水合物成藏理论，以及指导天然气水合物资源的勘探和开发亟需对海洋天然气水合物储层评价新方法的创新。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种评价海洋天然气水合物储层优劣的方法，可应用于天然气水合物的勘探和资源量的准确评估。为了实现上述目的，本专利技术技术方案如下：一种评价海洋天然气水合物储层优劣的方法，包括如下步骤：S1、获取目标区域不同位置的柱状海洋沉积层钻探岩芯，对每一个柱状海洋沉积层钻探岩芯，在含天然气水合物储层段沿轴向以一定间距制取多个样品；S2、测量出样品的表面积；S3、构建沉积样品孔隙大小计算模型，具体包括：将沉积样品的孔隙抽象为圆柱体模型，则单位质量沉积样品的孔隙体积和空隙表面积可分别表示为：S＝πdL(2)其中，Vφ为单位质量沉积样品的孔隙体积，S为单位质量沉积样品的空隙表面积，可通过S2的样品表面积换算得到，d为孔隙平均直径，L为孔隙模型总长度；同时，单位质量沉积样品的孔隙体积与孔隙度存在以下关系：其中，φ为样品孔隙度，ρs为样品干密度；综合公式(1)至(3)，得到沉积样品孔隙大小计算模型：S4、构建天然气水合物在孔隙状态下的凝固温度改变量的计算模型，具体包括：研究对象在受限空间时，由吉布斯-托马斯定律，可得出研究对象在孔隙状态下的凝固温度改变量为：其中，T为研究对象在非孔隙状态下的凝固温度，ΔT为研究对象在孔隙状态下的凝固温度改变量，F为界面曲率系数，σ为固液界面的表面能，ρ为研究对象的密度，r为研究对象所在的受限空间半径，ΔH为研究对象的相变潜热；结合公式(4)，得到天然气水合物在孔隙状态下的凝固温度改变量的计算模型：其中，TGH为天然气水合物在非孔隙状态下的凝固温度，ΔTGH为天然气水合物在孔隙状态下的凝固温度改变量，ρGH为天然气水合物的密度，ΔHGH为天然气水合物的相变潜热；S5、计算天然气水合物在每个样品中的凝固温度改变量，得到海洋天然气水合物储层的凝固温度改变量的三维分布，凝固温度改变量越小，天然气水合物越容易形成，得出海洋天然气水合物储层的优劣。作为本专利技术的一种改进，所述S2中，在测量样品表面积的同时，还测量出样品粒度分布。粒度分布可补充/对比表面积，用以分析海洋沉积物粒度如何影响天然气水合物分布，还可结合现有技术的定性判断，验证本申请评价方法的准确度。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术依据海洋沉积层的钻探取芯样品，通过实验测量、建立模型、公式推导，实现了定量化计算海洋沉积层的孔隙大小，结合吉布斯-托马斯定律，推导出了天然气水合物在海洋沉积层孔隙中的凝固温度改变量的计算公式，进而得到海洋天然气水合物储层的天然气水合物凝固温度改变量的分布，将其作为海洋天然气水合物储层优劣的定量化指标，实现了对海洋天然气水合物储层优劣的准确高效评价。附图说明图1为本专利技术实施例提供的评价海洋天然气水合物储层优劣的方法的流程图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。如图1所示，本实施例的一种评价海洋天然气水合物储层优劣的方法，包括如下步骤：步骤一：制备样品。准备含天然气水合物储层段的海洋沉积层钻探岩芯(通常从海底到海底以下几百米，天然气水合物不是存在于整个沉积层，而只是在不确定的某个深度范围内，含有天然气水合物的某个范围即为含天然气水合物储层段)，需根据精度要求，在海洋沉积层目标区域的不同位置进行钻探采样。对每一个含天然气水合物储层段的柱状海洋沉积层钻探岩芯，在含天然气水合物储层段根据精度和目标要求以一定间距(例如每2cm、或每5cm、或每10cm……等)制取代表各目标层位的样品，构成代表海洋天然气水合物储层的三维样品点阵。步骤二：样品粒度参数测量。进行样品预处理，将其浸润于纯净水中，置于超声波浴或加入六偏磷酸钠分散剂使得所有沉积物颗粒尽可能悬浮于无离子水中。预处理好的样品经粒度测量仪给出样品颗粒大小的分布(即粒度分布)。步骤三：样品表面积参数测量。对步骤二预处理好的样品(分出一部分)进行干燥处理。根据吸附和脱附能力、BET方法应用表面积测量仪，测量获得样品的表面积参数。基于步骤二和步骤三的结果，两参数可对比分析样品粒度组份对表面积的影响，结合后面还可分析对天然气水合物分布的影响。步骤四：建立沉积层孔隙模型，由表面积参数、孔隙度等参数，推导计算出海洋天然气水合物储层的孔隙分布。首先将沉积样品的孔隙抽象为圆柱体模型。因此，单位质量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种评价海洋天然气水合物储层优劣的方法，其特征在于：包括如下步骤：/nS1、获取目标区域不同位置的柱状海洋沉积层钻探岩芯，对每一个柱状海洋沉积层钻探岩芯，在含天然气水合物储层段沿轴向以一定间距制取多个样品；/nS2、测量出样品的表面积；/nS3、构建沉积样品孔隙大小计算模型，具体包括：/n将沉积样品的孔隙抽象为圆柱体模型，则单位质量沉积样品的孔隙体积和空隙表面积可分别表示为：/n

【技术特征摘要】
1.一种评价海洋天然气水合物储层优劣的方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、获取目标区域不同位置的柱状海洋沉积层钻探岩芯，对每一个柱状海洋沉积层钻探岩芯，在含天然气水合物储层段沿轴向以一定间距制取多个样品；
S2、测量出样品的表面积；
S3、构建沉积样品孔隙大小计算模型，具体包括：
将沉积样品的孔隙抽象为圆柱体模型，则单位质量沉积样品的孔隙体积和空隙表面积可分别表示为：



S＝πdL(2)
其中，Vφ为单位质量沉积样品的孔隙体积，S为单位质量沉积样品的空隙表面积，可通过S2的样品表面积换算得到，d为孔隙平均直径，L为孔隙模型总长度；
同时，单位质量沉积样品的孔隙体积与孔隙度存在以下关系：



其中，φ为样品孔隙度，ρs为样品干密度；
综合公式(1)至(3)，得到沉积样品孔隙大小计算模型：



S4、构建天然气水合物在孔隙状态下的凝固温度改变量的计算模型，具体包括：
研究对象在受限空间时，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张辉，苏正，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44