摘 要

摘　要：中國南海北部大陸坡具有良好的天然氣水合物(以下簡稱水合物)資源前景，但目前還沒有針對海洋水合物藏開采潛力的地質(zhì)評價(jià)指標(biāo)，無法對水合物藏進(jìn)行簡單高效的開采潛力評價(jià)

摘　要：中國南海北部大陸坡具有良好的天然氣水合物(以下簡稱水合物)資源前景，但目前還沒有針對海洋水合物藏開采潛力的地質(zhì)評價(jià)指標(biāo)，無法對水合物藏進(jìn)行簡單高效的開采潛力評價(jià)預(yù)測。為此，重點(diǎn)分析了與產(chǎn)氣潛力密切相關(guān)的地質(zhì)參數(shù)(水合物層的孔隙度，水合物初始飽和度，儲層滲透率，導(dǎo)熱系數(shù)，儲層上、下蓋層的滲透性，儲層的初始溫度和初始壓力)對產(chǎn)氣潛力的影響情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在其他條件和參數(shù)不變的情況下：①水合物儲層孔隙度越大，水合物分解產(chǎn)氣速率越快；②水合物飽和度越高，初始產(chǎn)氣效率較低，但總體產(chǎn)氣開發(fā)效益較高；③水合物儲層絕對滲透率越大，水合物分解和產(chǎn)氣效率越高；④水合物儲層導(dǎo)熱系數(shù)對水合物分解產(chǎn)氣效率影響不大；⑤蓋層的存在有利于提高水合物的分解效率和氣體的長期穩(wěn)定生產(chǎn)；⑥水合物儲層初始溫度越高越有利于水合物快速分解；⑦當(dāng)?shù)貙映跏級毫υ礁咔译x水合物相平衡邊界越近時(shí)，水合物藏產(chǎn)氣開發(fā)效率也越高。在此基礎(chǔ)上，提出了水合物開采潛力地質(zhì)評價(jià)指標(biāo)研究的目標(biāo)、內(nèi)容、技術(shù)路線和方法。

關(guān)鍵詞：海洋  天然氣水合物  開采潛力  儲集層  地質(zhì)參數(shù)  地質(zhì)評價(jià)  指標(biāo)  技術(shù)路線  產(chǎn)氣開發(fā)效率

A study of geological evaluation indicators for the exploitation potentialof marine natural gas hydrates：Theory and methodology

Abstract：There are good prospects of natural gas hydrate resources on the northern slope of the South China Sea.However,whether or not the gas hydrate will play a part in our energy strategy lies in whether or not it can be effectively extracted.Such real production will mostly rely on the full assessment of gas production potential from the marine hydrate deposits．Unfortunately,the relevant research costs are surprisingly high in the field tests alone，while the experimental simulation of hydrate production under high pressures is limited to a small scale presently，and can not fully characterize the gas production potential on a substantial reservoir scale．Thus it is the only way for hydrate production engineers to establish mining plans and calculate gas production potentials through numerical simulation.Because the gas production potential，hewever，is closely related to the complexity and dissimilarities of the hydrate reservoir characteristics，the production capacities must be evaluated by using different production methods for different types of hydrate reservoirs，which will inevitably raise the research cost．Therefore，based on the response relationship between hydrate production potential and different geological parameters of hydrate reservoirs，this paper discussed the geological parameters，which are most closely related to the gas production potential.Thus，a set of the objectives，contents and methods were presented for the geological evaluation indexes of marine hydrate production potential，providing the theory and methodology for the rapid evaluation of gas production potential in the nlarine gas hydrate reservoirs.

Key words：marine，narural gas hydrate，production potential，reservoir，geological parameters，geological evaluation，index

近年來的調(diào)查研究成果表明，中國南海北部陸坡是天然氣水合物(以下簡稱水合物)發(fā)育的理想場所^[1-3]，已圈定了32750km²的水合物資源遠(yuǎn)景區(qū)，認(rèn)為其賦存天然氣資源量約為l85×10⁸t油當(dāng)量。2007年，在神狐海域?qū)嵤┝怂衔镢@探，在3個(gè)站位取得水合物實(shí)物樣品，水合物最高飽和度分別為25％、44％和48％，證實(shí)了鉆探區(qū)水合物分布面積約為l5km²，賦存天然氣儲量為l60×10⁸m^3[4-8]。然而，水合物能否在中國未來能源結(jié)構(gòu)中有所貢獻(xiàn)，關(guān)鍵在于能否被有效地開采出來。

目前，常見的水合物開采方法主要包括：降壓開采法、注熱開采法、注化學(xué)劑開采法等^[9]。至今，前蘇聯(lián)、加拿大、美國、日本等國家已在凍土層成功進(jìn)行了水合物的試驗(yàn)性開采^[10-15]。近期，日本又在其愛知縣渥美半島近海成功進(jìn)行了水合物開采試驗(yàn)，成為全球首個(gè)掌握海底水合物開采技術(shù)的國家^[16-17]。

凍土帶水合物開采試驗(yàn)的成功具有重大意義，其在不同的地質(zhì)條件下進(jìn)行更長時(shí)間和更大規(guī)模的開發(fā)試驗(yàn)，為水合物開發(fā)理論和技術(shù)提供了更多的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)。但是，上述試驗(yàn)性開發(fā)的成果經(jīng)驗(yàn)，大多是在凍土環(huán)境中取得的，其水合物往往賦存于粗砂、礫沉積物孔隙中，飽和度甚至高達(dá)85％，沉積體未固結(jié)成巖^[11]，如阿拉斯加北部陸坡水合物藏，其砂巖儲層的孔隙度為35％，固有滲透率達(dá)l000mD，水合物飽和度為65％^[18]。

相對高緯度的凍土環(huán)境，資源潛力巨大的海洋水合物開發(fā)環(huán)境更為惡劣，鉆井作業(yè)和試采工程都相對比較困難，成藏地質(zhì)條件和水合物產(chǎn)出特征較凍土環(huán)境具有很大的差異性。這使得海洋水合物開采面臨更大的挑戰(zhàn)，而目前又無成功案例的文獻(xiàn)資料可循。因此，在開采前對水合物藏產(chǎn)氣潛力進(jìn)行科學(xué)評價(jià)和預(yù)測，對指導(dǎo)水合物鉆探和開發(fā)就顯得尤其重要。

目前已能夠?qū)λ衔锊禺a(chǎn)氣潛力進(jìn)行定性評價(jià)^[19]，但尚不能達(dá)到科學(xué)計(jì)算的水平。而且海洋水合物產(chǎn)出特征差異巨大，如韓國東海Ulleung盆地水合物產(chǎn)于砂體中，飽和度超過60％^[20]，日本Nankai海槽砂體中的水合物飽和度達(dá)80％^[21-22]，而美國布萊克海臺泥砂沉積中的水合物最大飽和度僅為24％^[23]，水合物藏特征必然會影響氣體產(chǎn)能。另外，成本高昂的海洋水合物現(xiàn)場開采試驗(yàn)僅適合于已發(fā)現(xiàn)水合物樣品且具備開采潛力的地區(qū)；而高壓條件下的水合物開采實(shí)驗(yàn)?zāi)M，目前仍停留在微小尺度，不能充分表征實(shí)際水合物開采中各項(xiàng)參數(shù)的時(shí)空演化和產(chǎn)氣潛力。

針對南海北部神狐海域水合物的實(shí)際儲層特征，有學(xué)者曾以產(chǎn)氣量為絕對標(biāo)準(zhǔn)、以氣水比為相對標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)值模擬評價(jià)了水合物藏及游離氣區(qū)的產(chǎn)氣潛力，取得了一系列進(jìn)展^[24-26]。然而，水合物儲層特征的復(fù)雜性和差異性都會對產(chǎn)氣潛力造成影響，因而只能對不同水合物藏采用不同開采方法和工藝技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)能模擬評價(jià)，其研究成本較高，且目前尚沒有針對海洋水合物藏產(chǎn)氣潛力的地質(zhì)評價(jià)指標(biāo)，無法根據(jù)水合物藏產(chǎn)出特征和儲層類型進(jìn)行簡單高效的產(chǎn)氣潛力評價(jià)預(yù)測。

水合物藏產(chǎn)氣潛力的快速高效評價(jià)須利用科學(xué)的產(chǎn)氣潛力評價(jià)指標(biāo)，而該指標(biāo)的建立必須基于對水合物開采產(chǎn)氣效率的數(shù)值模擬研究。在沒有產(chǎn)氣潛力評價(jià)指標(biāo)的前提下，神狐海域水合物藏產(chǎn)氣效率不能簡單類比到其他海域。

筆者根據(jù)多種不同儲層地質(zhì)參數(shù)對水合物開采潛力影響的結(jié)果，綜合分析提出水合物開采潛力地質(zhì)評價(jià)指標(biāo)研究的目標(biāo)、內(nèi)容和技術(shù)方法，以期為海洋水合物藏產(chǎn)氣潛力的快速評價(jià)、提高研究效率提供理論和方法支撐。

1　海洋水合物儲層特征對產(chǎn)氣潛力的影響

研究發(fā)現(xiàn)，水合物產(chǎn)氣開發(fā)潛力與水合物儲層特征密切相關(guān)，儲層各項(xiàng)地質(zhì)參數(shù)的變化都會引起產(chǎn)氣效率變化。其中最受關(guān)注的地質(zhì)參數(shù)包括水合物層的孔隙度，水合物初始飽和度，儲層滲透率，儲層導(dǎo)熱系數(shù)，儲層上、下蓋層的滲透性以及儲層的初始溫度和初始壓力。

1．1　孔隙度對產(chǎn)氣潛力的影響

水合物儲層孔隙度指介質(zhì)中水、氣、水合物的體積占多孔介質(zhì)總體積的百分?jǐn)?shù)。當(dāng)孔隙度較小時(shí)，多孔介質(zhì)骨架含量就相對較高，孔隙容納水合物及其他流體的能力較低，也意味著儲層的流體疏導(dǎo)能力較差，壓力在這種水合物儲層中的傳遞能力不足，降壓分解效果較差。有學(xué)者通過水合物降壓開采數(shù)學(xué)模型，得到不同孔隙度對水合物分解產(chǎn)氣速率(Qp)的影響關(guān)系^[27]。從圖l可以看出，在開采前期含水合物地層的孔隙度越大，水合物分解產(chǎn)氣速率反而較低，但從長時(shí)間來看，水合物儲層的孔隙度越大，水合物分解產(chǎn)氣速率也越大且平穩(wěn)產(chǎn)氣期也越長。

 

1．2　飽和度對產(chǎn)氣潛力的影響

水合物的飽和度(SHO)指儲層孔隙中水合物含量占沉積物孔隙總體積的比例，是表征水合物藏中水合物聚集程度的量度。在其他儲層特征相同的條件下，當(dāng)水合物飽和度較高，即系統(tǒng)中水合物含量越高時(shí)，水合物分解會產(chǎn)生更多的氣體，但同相水合物的存在降低了儲層的流體疏導(dǎo)能力，影響壓力傳遞效果。如圖2所示^[28]，在初始階段，水合物飽和度越高時(shí)，累積產(chǎn)氣量(Vp)反而較低，但到后期，隨著壓力的傳遞，水合物分解和累積產(chǎn)氣量都會提高。因此，從長時(shí)間來說，高飽和度有利于提高產(chǎn)氣潛力。

 

1．3　滲透率對產(chǎn)氣潛力的影響

滲透率表征水合物儲層中的流體流動能力，是影響水合物分解和產(chǎn)氣的重要因素。當(dāng)水合物層的滲透率較高時(shí)，表明系統(tǒng)滲透和流體疏導(dǎo)性能較好，從而儲層中的壓力傳遞效率較好，也能使水合物分解產(chǎn)生的氣體高效地流向開采井。如圖3所示，利用降壓分解模型分析了不同地層絕對滲透率對水合物藏累積產(chǎn)氣量(Vp)的影響^[29]，發(fā)現(xiàn)在水合物藏其他條件不變的情況下，地層絕對滲透率越大，水合物藏的累積產(chǎn)氣量越大。

 

1．4　導(dǎo)熱系數(shù)對產(chǎn)氣潛力的影響

導(dǎo)熱系數(shù)是指水合物儲層傳播熱量的能力。水合物分解是一個(gè)吸熱過程，對于水合物地層，若其導(dǎo)熱系數(shù)大，則在單位時(shí)間多孔介質(zhì)中有更多的熱量傳遞到水合物分解前緣，對水合物分解有更好的促進(jìn)作用。圖4顯示了地層導(dǎo)熱系數(shù)(lR)分別為1.5 W／(m·K)和8W／(m·K)條件下水合物藏產(chǎn)氣速率隨時(shí)間變化的關(guān)系^[28]?？梢园l(fā)現(xiàn)，在其他參數(shù)相同的條件下，在開采的前期，隨著地層導(dǎo)熱系數(shù)的增加，水合物產(chǎn)氣速率增加；開采后期隨著地層導(dǎo)熱系數(shù)的增加，水合物產(chǎn)氣速率反而減小，但導(dǎo)熱系數(shù)對水合物藏產(chǎn)氣速率的總體影響很小。

 

1．5　上、下蓋層滲透性對產(chǎn)氣潛力的影響

水合物儲層上、下蓋層的不同滲透性對水合物產(chǎn)氣潛力也有影響，當(dāng)水合物層上、下蓋層均不滲透時(shí)，水合物開發(fā)中的降壓效果將大大增強(qiáng)，從而提高水合物分解速率。Li等在進(jìn)行水合物藏降壓開采的數(shù)值模擬時(shí)，通過改變水合物藏上、下蓋層的滲透特性，分析其水合物開采效果的影響^[24]，結(jié)果如圖5所示。在開采初期不同滲透性蓋層的水合物產(chǎn)氣速率相當(dāng)；但之后具有上、下蓋層(不滲透的上覆層和下伏層)的水合物藏分解產(chǎn)氣速率略高于具有上蓋層的水合物藏氣體產(chǎn)出速率，更明顯高于無蓋層(滲透的上覆層和下伏層)水合物藏婀氣體產(chǎn)出效率；在開采后期，無蓋層水合物藏的氣體產(chǎn)出速率跌幅較大，但有蓋層水合物藏的氣體產(chǎn)出維持相對穩(wěn)定。因此，蓋層存在有利于水合物藏的高效開發(fā)。

 

1．6　初始地層溫度對產(chǎn)氣潛力的影響

水合物分解是一個(gè)吸熱過程，初始溫度較高的水合物藏能極大地提供水合物分解所需要的熱量，使得水合物更容易分解。如圖6所示^[30]，水合物藏初始溫度對氣體產(chǎn)出速率(Qp)影響較大。在開采初期(180d之前)水合物藏初始溫度越高，水合物快速分解，水合物分解產(chǎn)氣效率較高；但在開采后期(180d以后)，水合物藏初始溫度越高，水合物分解產(chǎn)氣速率反而越小。這是因?yàn)殚_采后期產(chǎn)出的氣體以溶解氣為主，而低溫體系水中的氣體溶解度較高。因此，低溫水合物藏開采后期的產(chǎn)氣量相對較大。

 

1．7　初始地層壓力對產(chǎn)氣潛力的影響

在實(shí)際的水合物藏降壓開采時(shí)，生產(chǎn)井設(shè)置在水合物層或水合物層下方，通過降低生產(chǎn)井壓力而導(dǎo)致水合物失穩(wěn)分解。對于相同溫度的水合物藏，其水合物相平衡壓力也相同。當(dāng)初始地層壓力越大時(shí)，離相平衡壓力將越遠(yuǎn)，壓力降低過程需要更長的時(shí)間實(shí)現(xiàn)，壓力傳遞緩慢，水合物分解效果較差。圖7顯示了水合物地層初始壓力對降壓開發(fā)效率的影響^[31]，其中選取的溫度條件均為l2℃，而壓力分別為l0MPa、20MPa。在相同的水合物藏初始溫度和井孔壓力條件下，儲層的初始壓力越低時(shí)，水合物分解越快，且平穩(wěn)產(chǎn)氣期也越長，水合物藏的產(chǎn)氣開發(fā)效率越高。但是另外一方面，在常見的海洋水合物系統(tǒng)中，水合物地層壓力往往處在相平衡邊界附近，采用一定井孔壓力開采時(shí)，初始地層壓力越高，則地層與井孔之間的壓力差越大，壓力傳遞較快，且引起水合物分解的驅(qū)動壓力差越大，必然促使水合物更快地分解。

 

水合物藏初始溫壓條件、滲透率、飽和度等，都是與開采潛力關(guān)系密切的地質(zhì)參數(shù)，可利用這些參數(shù)構(gòu)建海洋水合物藏產(chǎn)氣潛力的地質(zhì)評價(jià)指標(biāo)，用于對不同的水合物藏產(chǎn)氣潛力進(jìn)行科學(xué)有效的評估，進(jìn)而指導(dǎo)實(shí)地水合物藏的勘探與開發(fā)。

2　地質(zhì)評價(jià)指標(biāo)研究

2．1　目標(biāo)和內(nèi)容

海洋水合物開采潛力地質(zhì)評價(jià)，首先必須以水合物藏賦存的實(shí)際地質(zhì)條件、鉆孔取樣資料、水合物產(chǎn)出特征和儲層類型入手，利用各種方法進(jìn)行水合物開采數(shù)值模擬，研究水合物分解過程中各項(xiàng)參數(shù)變化規(guī)律，定量評價(jià)水合物藏開發(fā)過程中的產(chǎn)能特征，選取影響水合物藏產(chǎn)氣潛力的地質(zhì)參數(shù)(如沉積體滲透率、孔隙度、水合物飽和度、溫壓條件、儲層厚度等)，從而構(gòu)建海洋水合物藏產(chǎn)氣潛力的地質(zhì)評價(jià)指標(biāo)；然后將地質(zhì)評價(jià)指標(biāo)應(yīng)用于國際典型水合物研究區(qū)，并利用數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)。

具體的研究內(nèi)容包括以下3個(gè)方面：

2．1．1海洋水合物藏產(chǎn)氣潛力地質(zhì)評價(jià)參數(shù)

綜合地質(zhì)、地球物理、鉆探數(shù)據(jù)等資料，研究巖性、巖相展布規(guī)律、水合物的賦存狀態(tài)和地質(zhì)條件、水合物產(chǎn)出特征和儲層類型；分析研究影響水合物分解和產(chǎn)氣開發(fā)潛力的各項(xiàng)要素，如巖性、溫壓條件、沉積體滲透率、孔隙度、水合物飽和度、儲層厚度、孔隙水鹽度等；研究各地質(zhì)參數(shù)對水合物開采巾產(chǎn)氣效率的影響強(qiáng)度，進(jìn)行排序，并設(shè)計(jì)水合物藏產(chǎn)氣潛力的地質(zhì)評價(jià)參數(shù)。

2．1．2海洋水合物藏產(chǎn)氣潛力地質(zhì)評價(jià)指標(biāo)

利用影響水合物藏產(chǎn)氣開發(fā)潛力的地質(zhì)參數(shù)，開展海洋水合物產(chǎn)氣開發(fā)的數(shù)值模擬研究，計(jì)算各地質(zhì)參數(shù)變化對水合物藏產(chǎn)能特征的影響及敏感性，研究各地質(zhì)參數(shù)與產(chǎn)氣效率的響應(yīng)關(guān)系，確立各地質(zhì)參數(shù)對產(chǎn)氣開發(fā)潛萬影響的權(quán)重，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建海洋水合物藏開采潛力地質(zhì)評價(jià)指標(biāo)的數(shù)學(xué)模型。

2．1．3海洋水合物藏產(chǎn)氣潛力綜合評價(jià)研究

利用海洋水合物藏產(chǎn)氣潛力的地質(zhì)評價(jià)指標(biāo)，評估國際典型水合物或特定海域水合物藏的產(chǎn)氣潛力，對產(chǎn)氣潛力的差異性進(jìn)行解釋說明，并將地質(zhì)指標(biāo)的評價(jià)結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對比，建立地質(zhì)評價(jià)指標(biāo)結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果的對應(yīng)關(guān)系。

2．2　技術(shù)路線和方法

2．2．1評價(jià)方法

海洋水合物開采潛力地質(zhì)評價(jià)指標(biāo)研究需要采用定性描述和定量計(jì)算相結(jié)合的方法。定性研究方面，利用地質(zhì)、地球物理和鉆探取樣及測井資料，描述南海北部陸坡神狐海域水合物區(qū)的巖性特征、水合物層位展布和賦存狀態(tài)等，確定水合物藏的產(chǎn)出特征和儲層類型，科學(xué)選取影響海洋水合物藏產(chǎn)氣潛力的地質(zhì)參數(shù)。定量研究方面，數(shù)值模擬計(jì)算水合物藏產(chǎn)氣潛力的地質(zhì)參數(shù)對氣體產(chǎn)能影響的規(guī)律、強(qiáng)度和敏感性；利用正交優(yōu)化試驗(yàn)方法研究各地質(zhì)參數(shù)對水合物藏產(chǎn)氣潛力影響的強(qiáng)度順序；構(gòu)建各地質(zhì)評價(jià)參數(shù)對水合物藏產(chǎn)氣潛力影響的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而構(gòu)建水合物藏產(chǎn)氣潛力地質(zhì)評價(jià)指標(biāo)的數(shù)學(xué)模型，并計(jì)算各研究區(qū)的產(chǎn)氣潛力指標(biāo)值；利用數(shù)值模擬方法研究水合物開采過程中的產(chǎn)氣量和各項(xiàng)參數(shù)的變化，并與地質(zhì)指標(biāo)的評價(jià)研究結(jié)果進(jìn)行對比。

2．2．2技術(shù)路線

首先收集特定海域沉積地質(zhì)特征和水合物產(chǎn)出的相關(guān)資料信息，包括地質(zhì)、地球物理、沉積序列以及鉆探取心數(shù)據(jù)，標(biāo)定各鉆孔的水合物產(chǎn)出特征和儲層類型；然后，沒計(jì)海洋水合物藏產(chǎn)氣開發(fā)潛力的地質(zhì)評價(jià)參數(shù)，并確定評價(jià)參數(shù)對水合物藏產(chǎn)氣潛力的影響強(qiáng)度和順序；再通過構(gòu)建水合物藏產(chǎn)氣潛力地質(zhì)評價(jià)指標(biāo)的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算特定海域各站位水合物藏產(chǎn)氣潛力的指標(biāo)值，并與國外典型水合物的產(chǎn)能狀況進(jìn)行對比分析；最后，對各研究區(qū)水合物藏的產(chǎn)氣開發(fā)潛力進(jìn)行數(shù)值模擬研究，并與“指標(biāo)”評價(jià)結(jié)果進(jìn)行對比驗(yàn)證?？傮w研究方案如圖8所示。

 

2．2．3關(guān)鍵問題及解決思路

在研究過程中，擬解決的關(guān)鍵問題包括：①選擇海洋水合物藏產(chǎn)氣開發(fā)潛力的地質(zhì)評價(jià)參數(shù)，構(gòu)建各評價(jià)參數(shù)與氣體產(chǎn)能的函數(shù)關(guān)系，確立評價(jià)參數(shù)對氣體產(chǎn)能影響的權(quán)重；②利用評價(jià)參數(shù)對氣體產(chǎn)能影響的函數(shù)關(guān)系和權(quán)重，構(gòu)建海洋水合物藏產(chǎn)氣潛力的地質(zhì)評價(jià)指標(biāo)，確定各研究區(qū)的指標(biāo)值。相應(yīng)的解決思路如下：

2．2．3．1水合物藏產(chǎn)氣潛力地質(zhì)評價(jià)參數(shù)

水合物藏產(chǎn)氣潛力的地質(zhì)評價(jià)參數(shù)是指對水合物產(chǎn)氣效率產(chǎn)生影響的沉積地質(zhì)要素，地質(zhì)評價(jià)參數(shù)的正確選擇是產(chǎn)氣潛力評價(jià)的關(guān)鍵。首先，通過綜合特定海域水合物區(qū)的地質(zhì)、地球物理、鉆探數(shù)據(jù)等資料，研究巖性、巖相展布規(guī)律、水合物的賦存狀態(tài)和地質(zhì)條件、水合物產(chǎn)m特征和儲層類型，定性和定量分析影響水合物分解和產(chǎn)氣潛力的各項(xiàng)要素，如巖性、溫壓條件、沉積體孔隙度、水合物飽和度、滲透率、儲層厚度、孔隙水鹽度等；然后，數(shù)值分析地質(zhì)參數(shù)對水合物產(chǎn)能的影響強(qiáng)度和敏感性，利用正交優(yōu)化試驗(yàn)方法對地質(zhì)參數(shù)的影響強(qiáng)度進(jìn)行排序，如表l中南海北部神狐海域3個(gè)站位上的水合物產(chǎn)出特征的地質(zhì)參數(shù)，可構(gòu)建如表2所示的正交優(yōu)化試驗(yàn)因素水平表，通過選用合適的正交表即可實(shí)現(xiàn)對地質(zhì)參數(shù)的優(yōu)化和排序；選擇對水合物藏產(chǎn)氣潛力影響較為顯著的地質(zhì)參數(shù)，舍棄影響較小、敏感性差的地質(zhì)參數(shù)。

 

 

2．2．3．2水合物藏產(chǎn)氣潛力地質(zhì)評價(jià)指標(biāo)

地質(zhì)評價(jià)指標(biāo)是由地質(zhì)評價(jià)參數(shù)表征的水合物藏鉆井開發(fā)中的產(chǎn)氣潛力，是地質(zhì)評價(jià)參數(shù)的函數(shù)，其值可以確定。首先，通過構(gòu)建海洋水合物開采過程的數(shù)學(xué)模型，確定地質(zhì)評價(jià)參數(shù)與產(chǎn)氣潛力的響應(yīng)函數(shù)，Qp^b=fb(b)或RGW^b=fb(b)。產(chǎn)氣速率Qp衡量產(chǎn)氣潛力的絕對標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)氣產(chǎn)水比RGW是衡量產(chǎn)氣潛力的相對標(biāo)準(zhǔn)，f表示函數(shù)關(guān)系式，b表示地質(zhì)參數(shù)。再計(jì)算各參數(shù)變化對產(chǎn)氣潛力影響的權(quán)重，結(jié)合f函數(shù)和水合物開采數(shù)學(xué)模型，構(gòu)建水合物開采中產(chǎn)氣潛力地質(zhì)評價(jià)指標(biāo)函數(shù)，I=g(K，j，SH0，…)。利用該地質(zhì)評價(jià)指標(biāo)I，即可實(shí)現(xiàn)對水合物藏產(chǎn)氣潛能的快速評價(jià)。

3　結(jié)論與建議

研究了影響水合物開采潛力的主要參數(shù)及其與開采潛力的響應(yīng)關(guān)系，發(fā)現(xiàn)在其他條件和參數(shù)不變的情況下，水合物儲層孔隙度增加，水合物分解產(chǎn)氣速率越快；水合物飽和度越高，初始產(chǎn)氣效率較低，但總體產(chǎn)氣丌友妒益較高；水合物儲層絕對滲透率越大，水合物分解和產(chǎn)氣效率越高；水合物儲層導(dǎo)熱系數(shù)對水合物分解產(chǎn)氣效率影響不大；蓋層存在有利于提高水合物的分解效率和氣體的長期穩(wěn)定生產(chǎn)；水合物儲層初始溫度越高越有利于水合物快速分解；當(dāng)?shù)貙映跏級毫υ礁?，且離水合物相平衡邊界越近時(shí)，水合物藏產(chǎn)氣開發(fā)效率越高。

基于影響水合物開采潛力的儲層地質(zhì)參數(shù)的分析研究，可以建立水合物藏開采潛力的地質(zhì)評價(jià)指標(biāo)，并可以將地質(zhì)評價(jià)指標(biāo)應(yīng)用于不同海洋水合物藏，以快速有效地評價(jià)不同海洋水合物藏的產(chǎn)氣潛力，為指導(dǎo)海洋水合物的開采提供理論參考。此外，由于產(chǎn)氣潛力的地質(zhì)評價(jià)指標(biāo)是基于水合物藏的儲層地質(zhì)參數(shù)，且獨(dú)立于開采方法和工藝技術(shù)條件。因此，地質(zhì)評價(jià)指標(biāo)反映的是水合物藏產(chǎn)氣開發(fā)的潛力強(qiáng)度，其計(jì)算結(jié)果與水合物藏產(chǎn)氣開發(fā)潛力的數(shù)值模擬結(jié)果截然不同。目前該評價(jià)指標(biāo)的建立尚處于理論階段，對于全面的儲層地質(zhì)參數(shù)對產(chǎn)氣的影響研究、海洋水合物產(chǎn)氣潛力地質(zhì)評價(jià)指標(biāo)的進(jìn)一步完善發(fā)展，還需要更廣大的水合物研究工作者作出多的努力。

 

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本文作者：吳能友  黃麗  蘇正  楊勝雄  王宏斌  梁金強(qiáng)  LU Hailong

作者單位：中國科學(xué)院廣州天然氣水合物研究中心

  中國科學(xué)院廣州能源研究所

  廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局

  中國科學(xué)院大學(xué)

  Division of Emerging Technologies，National Research Council Cahada

  (Ottawa，Ontario K1A 0R6，Canada)