一种天然气水合物资源评价方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种天然气水合物资源评价方法及系统，该方法包括以下步骤：根据天然气水合物的碳循环过程构建成矿作用模型，成矿作用模型的关键变量包括有机质含量、硫酸盐浓度、溶解甲烷浓度、水合物饱和度、游离甲烷含量、二氧化碳含量以及孔隙流体中盐度，其中，溶解甲烷浓度包括生物成因甲烷浓度和热解成因甲烷浓度；根据目标区域的盆地演化过程构建关联古温度场、压力场和流体场的模拟模型；将模拟模型中输出的成果输入到成矿作用模型，最终得到水合物热成因气与生物成因气参与形成天然气水合物的资源量。本发明专利技术的有益效果是：能够更客观、更准确地得到海域天然气水合物资源量，对天然气水合物的资源潜力与能源前景研究具有很大的指导意义。有很大的指导意义。有很大的指导意义。

【技术实现步骤摘要】
一种天然气水合物资源评价方法及系统


[0001]本专利技术涉及天然气水合物勘查
，尤其涉及一种天然气水合物资源评价方法及系统。

技术介绍

[0002]目前对海域天然气水合物资源量的评价比较简单，主要根据传统的容积法，将天然气水合物分布的面积乘以厚度乘以沉积物孔隙度乘以饱和度乘以产气因子。各系数主要根据人的主观进行赋值。
[0003]因此，简单利用容积法算出来的资源量，受人为的主观性较强，不确定性较大。如在20世纪70年代至80年代早期，大部分学者仅仅是根据采集的少量样品对水合物的资源量进行初步测算。在研究中，一般认为水合物的分布范围很广，在沉积物中的填充率也很高。例如，Trofimuk等(1973)在预测海底水合物资源量时，假设水合物在93％的海洋存在，且占沉积物孔隙体积的100％。因此，预测值都非常高，一般在10
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～10
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m3数量级之间。80年代中晚期到90年代早期，人们逐步认识到水合物不可能在整个大洋中存在，一些研究甚至认为水合物仅分布在大陆边缘的小部分区域，例如，Ginsburg和Soloviev（1995）指出水合物聚集区仅占大陆边缘的1％。因此，通常根据有机碳的临界值（大于0.5％或大于1％）来评估水合物的资源潜力，在研究中一般假设沉积物中天然气的浓度范围从0~50％（Gornitz和Fung，1994）到100％（Kvenvolden，1988）。这个阶段计算得到的水合物的资源量一般为10
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m3数量级。90年代中晚期以来，对水合物资源量的预测大都是根据DSDP和ODP钻井获得的直接和间接数据来进行的。在这个阶段，一般认为水合物的生成和聚集是不连续的，水合物的聚集是岩石孔隙中被水合物不同程度充填的结果，水合物不可能是大面积连续分布的（Soloviev，2002）。Milkov等（2003）根据DSDP/ODP航次全球硫酸盐－甲烷界面研究成果（Borowski等，1999），假设水合物在大约30％的大陆边缘地区聚集。很多学者根据间接或直接的测量和钻井数据，预测了水合物气体资源量（Ginsburg和Soloviev，1995；Soloviev，2002）。由于在预测中认为含水合物面积和水合物的饱和度估算值较低，最近大多数估算值在10
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~10
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m3之间。
[0004]综上所述，利用容积法对全球水合物资源量预测时，估算的参数都带有推测性和极大的不确定性。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术提出一种天然气水合物资源评价方法及系统，主要解决容积法估算水合物资源量不准确的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术第一方面提出一种天然气水合物资源评价方法，包括以下步骤：根据天然气水合物的碳循环过程构建成矿作用模型，所述成矿作用模型的关键变量包括有机质含量、硫酸盐浓度、溶解甲烷浓度、水合物饱和度、游离甲烷含量、二氧化碳含
量以及孔隙流体中盐度，其中，所述溶解甲烷浓度包括生物成因甲烷浓度和热解成因甲烷浓度；根据目标区域的盆地演化过程构建关联古温度场、压力场和流体场的模拟模型；将所述模拟模型中输出的成果作为输入参数输入到所述成矿作用模型，最终得到水合物热成因气与生物成因气参与形成天然气水合物的资源量。
[0007]在一些实施方式中，所述有机质含量的计算方法包括：假设沉积单元最初的有机质含量为，则所述沉积单元中有机质与时间t的关系为；式中，G为有机质含量，k
G
为有机质分解的速率常数。
[0008]在一些实施方式中，所述硫酸盐浓度的计算方法包括：；式中，Φ为沉积层的孔隙度，H为水合物饱和度，S为硫酸盐浓度，D
S
是原地温度和盐度条件下硫酸盐在沉积物中的扩散系数，对流速度v
f
是下降沉积物的速率与上升地下水流动速度的和，k
M
是甲烷被硫酸盐氧化的速率，M
diss
是溶解甲烷的浓度，f2为条件函数。
[0009]在一些实施方式中，所述溶解甲烷浓度的计算方法包括：；式中，D
M
是甲烷在沉积物中的扩散系数，k
CO2
是二氧化碳还原转化为甲烷的速率常数，MCO2是二氧化碳的浓度，k
D
是甲烷气体的溶解速率常数，k
H
是甲烷水合物形成与分解的速率常数，M
eqH
为水合物溶解平衡时的甲烷浓度，M
eqB
为沉积物中游离气溶解平衡时甲烷的浓度，f1、f3、f4、f
56
、f
78
为条件函数。
[0010]在一些实施方式中，所述游离甲烷含量的计算方法包括：；式中，D
B
是原地温度和盐度条件下气泡在沉积物中的有效扩散系数，k
HB
是游离气泡与水合物之间转化的速率常数，f9和f
10
为条件函数。
[0011]在一些实施方式中，所述水合物饱和度的计算方法包括：假定水合物与沉积单元不流动，dt时间内沉积单元中水合物的变化为。
[0012]在一些实施方式中，所述二氧化碳含量的计算方法包括：；式中，D
CO2
是原地温度和盐度条件下二氧化碳在沉积物中的有效扩散系数。
[0013]在一些实施方式中，所述孔隙流体中盐度的计算方法包括：假定流体中Cl
‑
不参与任何化学反应，Cl
‑
浓度M
Cl
‑
满足下列守恒式：；式中，D
Cl
‑
是原地温度和盐度条件下氯离子在沉积物中的有效扩散系数。
[0014]在一些实施方式中，所述模拟模型包括介质连续性模拟、流体流动模拟和热流模拟，其中，所述介质连续性模拟用于计算得到有效孔隙度，所述流体流动模拟用于计算得到流体势和流量流动参数，热流模拟用于计算得到热分布参数，将所述有效孔隙度、流体势、流量流动参数和所述热分布参数输入到所述成矿作用模型。
[0015]本专利技术第二方面提出一种天然气水合物资源评价系统，包括：成矿作用模型生成模块，用于根据天然气水合物的碳循环过程构建成矿作用模型，所述成矿作用模型的关键变量包括有机质含量、硫酸盐浓度、溶解甲烷浓度、水合物饱和度、游离甲烷含量、二氧化碳含量以及孔隙流体中盐度，其中，所述溶解甲烷浓度包括生物成因甲烷浓度和热解成因甲烷浓度；模拟模型生成模块，用于根据目标区域的盆地演化过程构建关联古温度场、压力场和流体场的模拟模型；天然气水合物评价模块，用于将所述模拟模型中输出的成果作为输入参数输入到所述成矿作用模型，最终得到水合物热成因气与生物成因气参与形成天然气水合物的资源量。
[0016]本专利技术的有益效果为：通过追溯溶解甲烷的来源得出不同勘查程度目标区相对合理科学的资源量估值，有效解决了海域天然气水合物资源量不确定的评价问题，解决了以往因勘探程度低、勘探技术低、勘探数据缺乏而导致的天然气水合物资源量评本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种天然气水合物资源评价方法，其特征在于，包括以下步骤：根据天然气水合物的碳循环过程构建成矿作用模型，所述成矿作用模型的关键变量包括有机质含量G、硫酸盐浓度S、溶解甲烷浓度M
diss
、水合物饱和度H、游离甲烷含量B、二氧化碳含量M
CO2
以及孔隙流体中盐度M
Cl
‑
，其中，所述溶解甲烷浓度M
diss
包括生物成因甲烷浓度和热解成因甲烷浓度；根据目标区域的盆地演化过程构建关联古温度场、压力场和流体场的模拟模型；将所述模拟模型中输出的成果作为输入参数输入到所述成矿作用模型，最终得到水合物热成因气与生物成因气参与形成天然气水合物的资源量。2.如权利要求1所述的天然气水合物资源评价方法，其特征在于，所述有机质含量G的计算方法包括：假设沉积单元最初的有机质含量为，则所述沉积单元中有机质与时间t的关系为；式中，G为有机质含量，k
G
为有机质分解的速率常数。3.如权利要求1所述的天然气水合物资源评价方法，其特征在于，所述硫酸盐浓度S的计算方法包括：；式中，Φ为沉积层的孔隙度，H为水合物饱和度，S为硫酸盐浓度，D
S
是原地温度和盐度条件下硫酸盐在沉积物中的扩散系数，对流速度v
f
是下降沉积物的速率与上升地下水流动速度的和，k
M
是甲烷被硫酸盐氧化的速率，M
diss
是溶解甲烷的浓度，f2为条件函数，k
G
为有机质分解的速率常数。4.如权利要求1所述的天然气水合物资源评价方法，其特征在于，所述溶解甲烷浓度M
diss
的计算方法包括：；式中，D
M
是甲烷在沉积物中的扩散系数，k
CO2
是二氧化碳还原转化为甲烷的速率常数，M
CO2
是二氧化碳的浓度，k
D
是甲烷气体的溶解速率常数，k
...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏丕波，吕瑶瑶，姬战怀，程怀，
申请(专利权)人：广州海洋地质调查局西安石文软件有限公司，
类型：发明
国别省市：