海域天然气水合物试采目标优选定量评价方法初探

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2021.173

现代地质 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (01): 202-211.DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2021.173

海域天然气水合物试采目标优选定量评价方法初探

胡高伟¹^,²(), 吴能友¹^,²(), 李琦¹^,², 白辰阳¹^,², 万义钊¹, 黄丽¹, 王代刚³, 李彦龙¹, 陈强¹

1. 青岛海洋地质研究所自然资源部天然气水合物重点实验室,山东青岛 266071
2. 中国地质大学(北京) 海洋学院,北京 100083
3. 中国石油大学(北京) 非常规油气科学技术研究院,北京 102249

收稿日期:2021-10-01 修回日期:2021-12-09 出版日期:2022-02-10 发布日期:2022-03-08
通讯作者: 吴能友
作者简介:吴能友,男,研究员,博士生导师,1965 年出生,海洋地质学专业,主要从事天然气水合物方面的研究工作。Email: wuny@ms.giec.ac.cn。
胡高伟,男,研究员,博士生导师,1982 年出生,海洋地质学专业,主要从事天然气水合物方面的研究工作。Email: hgw-623@163.com。
基金资助:
国家重点研发计划项目“水合物试采、环境监测及综合评价应用示范”(2017YFC0307600);国家自然科学基金项目(91858208);国家自然科学基金项目(41706064);国家自然科学基金项目(41906189);国家自然科学基金项目(41976205)

Quantitative Method for Selecting Marine Natural Gas Hydrate Production Test Targets

HU Gaowei¹^,²(), WU Nengyou¹^,²(), LI Qi¹^,², BAI Chenyang¹^,², WAN Yizhao¹, HUANG Li¹, WANG Daigang³, LI Yanlong¹, CHEN Qiang¹

1. Key Laboratory of Gas Hydrate, Ministry of Natural Resources, Qingdao Institute of Marine Geology, Qingdao, Shandong 266071, China
2. School of Ocean Sciences, China University of Geosciences, Beijing 100083, China
3. The Unconventional Oil and Gas Institute, China University of Petroleum, Beijing 102249, China

Received:2021-10-01 Revised:2021-12-09 Online:2022-02-10 Published:2022-03-08
Contact: WU Nengyou

摘要/Abstract

摘要：

水合物试采的先决条件是目标是否符合地质与工程的可采条件。然而,由于前期无经验可循,尚无可定量化评价目标的方法。为克服水合物试采目标优选难题,从地质与工程两个角度建立了试采目标综合评价指标体系,在以储层孔隙度、水合物层厚度、水合物饱和度、储层固有渗透率、储层原位温度与压力作为6个地质因素,以储层水深、海底坡度、强度与上覆层厚度作为4大工程因素,提出基于模糊综合评判的水合物试采目标评价方法,初步实现对试采目标的综合定量化评价。以南海北部神狐海域4个典型水合物站位XX01、XX02、XX03与XX04为例进行了案例分析,获取了工程因素与地质因素的权重,并进一步确定了四个站位的生产潜力,且以4个站位得到的评判结果矩阵的相对值对比,得到优先推荐XX02站位作为水合物试采的目标站位,该研究结果取得了良好效果。本套方法可为将来智能定量化开展水合物开采目标优选、促进水合物产业化提供支撑作用。

关键词: 海域天然气水合物, 试采目标, 定量评价, 神狐海域

Abstract:

Prerequisites for hydrate production field test are whether the target meets the geological and engineering conditions for recoverability. However, since previous work is limited, there is no method to quantitatively evaluate the targets. To overcome the optimization problem of hydrate production test target wells, the comprehensive evaluation objective system is established from both geological and engineering perspectives. The six geological factors include porosity, hydrate thickness, hydrate saturation, intrinsic permeability, in-situ temperature and pressure; whilst the four engineering factors are water depth, underwater gradient, intensity and overlying layer thickness. The evaluation method (based on fuzzy comprehensive evaluation) is put forward to preliminary determine the comprehensive quantitative evaluation of production test target. Based on four typical hydrate coring sites (XX01, XX02, XX03 and XX04) in the Shenhu area of the northern South China Sea, the weights of the geological and engineering factors were estimated. The results show that the gas production potential at these four sites is unattractive. Nonetheless, site XX02 has the highest weight and was chosen as the target. The method of this study yielded good outcomes, and can provide support to optimize hydrate mining targets in intelligent quantification and promote hydrate industrialization in the future.

Key words: marine natural gas hydrate, production target well, quantitative evaluation, Shenhu area

中图分类号:

P745

胡高伟, 吴能友, 李琦, 白辰阳, 万义钊, 黄丽, 王代刚, 李彦龙, 陈强. 海域天然气水合物试采目标优选定量评价方法初探[J]. 现代地质, 2022, 36(01): 202-211.

HU Gaowei, WU Nengyou, LI Qi, BAI Chenyang, WAN Yizhao, HUANG Li, WANG Daigang, LI Yanlong, CHEN Qiang. Quantitative Method for Selecting Marine Natural Gas Hydrate Production Test Targets[J]. Geoscience, 2022, 36(01): 202-211.

图/表 12

参考文献 25

[1]	胡高伟, 卜庆涛, 吕万军, 等. 主动、被动大陆边缘天然气水合物成藏模式对比[J]. 天然气工业, 2020, 40(8): 45-58.
[2]	冯景春, 李小森, 王屹, 等. 三维实验模拟双水平井联合法开采天然气水合物[J]. 现代地质, 2016, 30(4): 929-936.
[3]	毛佩筱, 吴能友, 宁伏龙, 等. 不同井型下的天然气水合物降压开采产气产水规律[J]. 天然气工业, 2020, 40(11): 168-176.
[4]	吴能友, 黄丽, 胡高伟, 等. 海域天然气水合物开采的地质控制因素和科学挑战[J]. 海洋地质与第四纪地质, 2017, 37(5):1-10.
[5]	YAKUSHEV V S, CHUVILIN E M. Natural gas and gas hydrate accumulations with in permafrost in Russia[J]. Cold Regions Science and Technology, 2000, 31: 189-197. DOI URL
[6]	CHEN X, YANG J, GAO D, et al. Unlocking the deepwater natural gas hydrate’s commercial potential with extended reach wells from shallow water: review and an innovative method[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2020, 134: 110388. DOI URL
[7]	WU NENGYOU, LI YANLONG, WAN YIZHAO, et al. Prospect of marine natural gas hydrate stimulation theory and technology system[J]. Natural Gas Industry, 2021, 8(2): 2352-8540.
[8]	HUANG LI, YIN ZHENYUAN, WAN YIZHAO, et al. Evaluation and comparison of gas production potential of the typical four gas hydrate deposits in Shenhu area, South China Sea[J]. Energy, 2020, 204: 117955. DOI URL
[9]	BOSWELL R, COLLETT T S. The gas hydrates resource pyramid: Fire in the ice[J]. Methane Hydrate Newsletter, 2006, 6(3): 5-7.
[10]	HUANG LI, SU ZHENG, WU NENGYOU. Evaluation on the gas production potential of different lithological hydrate accumulations in marine environment[J]. Energy, 2015, 91: 782-798. DOI URL
[11]	吴能友, 黄丽, 苏正, 等. 海洋天然气水合物开采潜力地质评价指标研究:理论与方法[J]. 天然气工业, 2013, 33(7): 11-17.
[12]	LI JINFA, YE JIANLIANG, QIN XUWEN, et al. The first offshore natural gas hydrate production test in South China Sea[J]. China Geology, 2018, 1: 5-16. DOI URL
[13]	叶建良, 秦绪文, 谢文卫, 等. 中国南海天然气水合物第二次试采主要进展[J]. 中国地质, 2020, 47(3): 557-568.
[14]	辛欣, 王海彬, 罗建男, 等. 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[J]. 天然气工业, 2020, 40(8): 149-158.
[15]	李淑霞, 刘亚平, 陈月明, 等. 天然气水合物藏品质评价的多级模糊综合评判[J]. 现代地质, 2010, 24(3): 463-466.
[16]	郭晓磊, 弓虎军. 熵权模糊综合评判在储层评价中的应用[J]. 陕西理工大学学报(自然科学版), 2018, 34(2): 21-27.
[17]	黄辉, 粟科华, 李伟. 天然气水合物生产技术评价方法[J]. 油气田地面工程, 2016, 35(11): 1-5.
[18]	SAATY T L. The Analytic Hierarchy Process[M]. New York: McGrrow-Hill, 1980.
[19]	张金华, 苏明, 魏伟, 等. 海域天然气水合物富集成藏评价方法:以墨西哥湾AC818#1区域为例[J]. 地质科技情报, 2019, 38(4): 1-7.
[20]	康玉柱. 中国南海地块天然气水合物成藏条件探讨[J]. 油气藏评价与开发, 2021, 11(5): 659-668.
[21]	HUANG LI, SU ZHENG, WU NENGYOU, et al. Analysis on geologic conditions affecting the performance of gas production from hydrate deposits[J]. Marine and Petroleum Geology, 2016, 77: 19-29. DOI URL
[22]	MORIDIS G J, KOWALSKY M B, PRUESS K. Depressurization-induced gas production from class 1 hydrate deposits[J]. SPE Reservoir Evaluation & Engineering, 2007, 10(5): 458-481.
[23]	青岛海洋地质研究所. 海洋天然气水合物试采目标综合评价系统[简称:PTES]V1.0[CP].软著登字第4349602号,登记号:2019SR0928845,2019-09-06.
[24]	青岛海洋地质研究所. 海洋天然气水合物试采目标综合评价系统[简称:PTES]V2.0[CP].软著登字第7131343号,登记号:2021SR0409116, 2021-03-17.
[25]	SLOAN E D, KOH C A. Clathrate Hydrates of Natural Gases[M]. Boca Raton: CRC Press. 2007.

年度	位置	储层	方法	生产时间	产气量/ m³
2002	加拿大麦肯齐三角洲	多年冻土区砂砾层水合物	注热	5天	463
2007			降压	12.5小时	830
2008			降压	6天	13 000
2012	美国阿拉斯加北坡	多年冻土区砂砾层水合物	置换+降压	1个月	24 000
2013	日本南海海槽	海洋沉积物中粗砂质水合物	降压	6天	119 000
2017	日本南海海槽	海洋沉积物中粗砂质水合物	降压	12天	35 000
2017	日本南海海槽	海洋沉积物中粗砂质水合物	降压	24天	200 000
2017	中国南海神狐海域	粉砂质黏土/黏土质粉砂水合物	降压	60天	309 000
2020	中国南海神狐海域	粉砂质黏土/黏土质粉砂水合物	降压+水平井	30天	861 400

年度	位置	储层	方法	生产时间	产气量/ m³
2002	加拿大麦肯齐三角洲	多年冻土区砂砾层水合物	注热	5天	463
2007			降压	12.5小时	830
2008			降压	6天	13 000
2012	美国阿拉斯加北坡	多年冻土区砂砾层水合物	置换+降压	1个月	24 000
2013	日本南海海槽	海洋沉积物中粗砂质水合物	降压	6天	119 000
2017	日本南海海槽	海洋沉积物中粗砂质水合物	降压	12天	35 000
2017	日本南海海槽	海洋沉积物中粗砂质水合物	降压	24天	200 000
2017	中国南海神狐海域	粉砂质黏土/黏土质粉砂水合物	降压	60天	309 000
2020	中国南海神狐海域	粉砂质黏土/黏土质粉砂水合物	降压+水平井	30天	861 400

水平	孔隙度/%	饱和度/%	渗透率 /10^-3μm²	储层厚度/m	压力 /MPa	温度 /K
1	50	10	128	50	31.16	284.19
2	39	68	1 000	40	8.60	283.35
3	35	67	500	11	29.29	293.45
4	60	38	10	38	10.79	284.386
5	40	30	5	25	13.38	287.30

水平	孔隙度/%	饱和度/%	渗透率 /10^-3μm²	储层厚度/m	压力 /MPa	温度 /K
1	50	10	128	50	31.16	284.19
2	39	68	1 000	40	8.60	283.35
3	35	67	500	11	29.29	293.45
4	60	38	10	38	10.79	284.386
5	40	30	5	25	13.38	287.30

组合	影响因素
组合	孔隙度/%	饱和度/%	渗透率 /10^-3μm²	层厚 /m	压力 /MPa	温度 /K
1	50	10	128	50	31.16	284.19
2	50	68	1 000	40	8.60	283.35
3	50	67	500	11	29.29	293.45
4	50	38	10	38	10.79	284.386
5	50	30	5	25	13.38	287.3
6	39	68	500	38	13.38	284.19
7	39	67	10	25	31.16	283.35
8	39	30	128	40	29.29	284.386
9	35	68	10	50	29.29	287.3
10	35	67	5	40	10.79	284.19
11	35	38	128	11	13.38	283.35
12	35	30	1 000	38	31.16	293.45
13	60	68	5	11	31.16	284.386
14	60	38	1 000	25	29.29	284.19
15	60	30	500	50	10.79	283.35
16	40	10	5	38	29.29	283.35
17	40	67	1 000	50	13.38	284.386
18	40	38	500	40	31.16	287.3

海域天然气水合物试采目标优选定量评价方法初探

Quantitative Method for Selecting Marine Natural Gas Hydrate Production Test Targets

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 12

参考文献 25

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

影响因素	孔隙度	渗透率	饱和度	储层厚度	温度	压力	权重
孔隙度	1	1/7	1/3	1/4	1/5	1/2	0.040 7
渗透率	7	1	3	4	2	6	0.396 1
饱和度	3	1/3	1	1/2	1/3	2	0.104 2
储层厚度	4	1/4	2	1	1/2	3	0.150 2
初始温度	5	1/2	3	2	1	4	0.247 5
初始压力	2	1/6	1/2	1/3	1/4	1	0.061 3

影响因素	水深	海底坡度	储层强度	上覆层厚度	权重
水深	1	1/3	1/5	1/7	0.055 0
海底坡度	3	1	1/3	1/5	0.117 8
储层强度	5	3	1	1/3	0.263 4
上覆层厚度	7	5	3	1	0.563 8

主因素	主因素权重	次因素
地质因素	0.5	孔隙度	0.040 7	0.020 35
		渗透率	0.396 1	0.198 05
		饱和度	0.104 2	0.052 10
		储层厚度	0.150 2	0.075 10
		初始温度	0.247 5	0.123 75
		初始压力	0.061 3	0.030 65
工程因素	0.5	水深	0.055 0	0.027 50
		海底坡度	0.117 8	0.058 90
		储层强度	0.263 4	0.131 70
		上覆层厚度	0.563 8	0.281 90

[1]	王重歌, 李俊磊, 张绪教, 袁晓宁, 张向格, 王一凡, 王凯雅, 刘心兰, 饶昊舒, 刘江, 侯恩刚. 拟建的青海化隆国家地质公园地质遗迹特征及评价[J]. 现代地质, 2023, 37(02): 512-528.
[2]	付超, 于兴河, 何玉林, 梁金强, 匡增桂, 董亦思, 金丽娜. 南海北部神狐海域峡谷层序结构差异与控制因素[J]. 现代地质, 2018, 32(04): 807-818.
[3]	刘杰，孙美静，杨睿，苏明，严恒. 泥底辟输导流体机制及其与天然气水合物成藏的关系[J]. 现代地质, 2016, 30(6): 1399-1407.
[4]	方希锐，付广，马世忠. 下生上储式断圈含油气性综合定量评价：以南堡凹陷2号构造以东地区东一段为例[J]. 现代地质, 2015, 29(6): 1418-1424.
[5]	胡立堂, 张可霓, 高童. 南海神狐海域天然气水合物注热降压开采数值模拟研究[J]. 现代地质, 2011, 25(4): 675-681.
[6]	苏正, 曹运诚, 杨睿, 张可霓, 吴能友. 考虑热传导开采天然气水合物藏的可行性研究：以南海神狐海域为例[J]. 现代地质, 2011, 25(3): 608-616.
[7]	王秀娟, 吴时国, 刘学伟, 郭依群, 陆敬安, 杨胜雄, 梁金强. 基于电阻率测井的天然气水合物饱和度估算及估算精度分析[J]. 现代地质, 2010, 24(5): 993-999.
[8]	孟庆国, 刘昌岭, 业渝光, 胡高伟. 不同类型天然气水合物真空分解过程实验研究[J]. 现代地质, 2010, 24(3): 607-613.
[9]	杨睿, 吴能友, 雷新华, 梁金强, 沙志彬, 苏正. 波阻抗反演在南海北部神狐海域天然气水合物勘探中的应用[J]. 现代地质, 2010, 24(3): 495-500.
[10]	王力峰, 沙志彬, 梁金强, 陆敬安. 晚期泥底辟控制作用导致神狐海域SH5钻位未获水合物的分析[J]. 现代地质, 2010, 24(3): 450-456.
[11]	龚建明, 胡学平, 王文娟, 李刚, 杨艳秋, 马立杰. 南海神狐海域X区块天然气水合物的控制因素[J]. 现代地质, 2009, 23(6): 1131-1137.
[12]	梁劲王明君王宏斌陆敬安梁金强. 南海神狐海域天然气水合物声波测井速度与饱和度关系分析[J]. 现代地质, 2009, 23(2): 217-223.
[13]	龚跃华杨胜雄王宏斌梁金强郭依群吴时国刘广虎. 南海北部神狐海域天然气水合物成藏特征[J]. 现代地质, 2009, 23(2): 210-216.
[14]	陆敬安，杨胜雄，吴能友，张光学，张明，梁金强. 南海神狐海域天然气水合物地球物理测井评价[J]. 现代地质, 2008, 22(3): 447-451.
[15]	王功文. 陈建平.. 矿床四维时空定量评价的新认识——以西藏玉龙斑岩铜矿床为例[J]. 现代地质, 2004, 18(4): 537-542.