一种海洋水合物区麻坑深度估算和游离气层评价方法与流程

1.本发明涉及海洋地质与天然气水合物领域，具体涉及一种海洋天然气水合物区海底麻坑深度以及水合物层下伏游离气层甲烷浓度的估算方法。


背景技术：

2.天然气水合物是一种外形类似于冰的固体化合物，它是由低分子量气体(主要是烃类分子，如甲烷、乙烷等，还有二氧化碳、硫化氢等小分子气体)和水分子在低温高压的条件下所构成的笼状结构的化合物。自然界中主要是由甲烷气体形成的天然气水合物为主，而且因为其外形类似于冰，一般又被成为可燃冰。甲烷水合物主要储藏在海底深水陆坡环境以及陆地永久冻土区。天然气水合物在标准状态下可释放出164～180m3的甲烷气体和0.87m3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。
3.在海洋环境水合物稳定带内孔隙水溶解甲烷浓度超过甲烷水合物形成的溶解度时，溶解甲烷会结晶形成水合物，随着水合物含量的增加，形成水合物层圈闭，并在其之下发育游离气层。在特定的条件水合物层之下的游离气沿通道向上渗漏进入海底，并在海底形成麻坑、自生碳酸盐岩、生物群落、气泡羽状体，如俄勒岗外水合物脊、布莱克海台等、北刚果陆坡、挪威外海以及中国南海。
4.水合物层下伏游离气受到水合物层毛细管力封闭，随气体聚集和气层厚度增长，水合物与游离气界面的气体压力将增加，当气体超压克服毛细管封闭后激发气体渗漏，超压气体推动孔隙水向上排出，在海底形成麻坑，麻坑深度反映了流体的破坏强度和游离气层的超压幅度。


技术实现要素：

5.本发明目的在于提供一种海洋水合物区麻坑深度估算和游离气层评价方法，一方面有利于预测海底甲烷渗漏和灾害预测，另一方面有利于评估海底烃类资源量。
6.为实现上述目的，本发明的技术方案是：
7.一种海洋水合物区麻坑深度估算和游离气层评价方法，包括：
8.获取气体渗漏过程参数，并将该参数输入至孔隙介质内流体渗漏模型中，孔隙介质内流体渗漏模型输出渗漏流体速度；
9.将渗漏流体速度输入至麻坑深度模型中，以得到麻坑深度；
10.通过麻坑深度来反演水合物下覆游离气层中的甲烷浓度。
11.进一步地，所述孔隙介质内流体渗漏模型为：
[0012][0013]
上述方程中δp为流体运移总推动力，是施加在气流柱和水流柱上的压降之和(δp
g
δp
w
)，等于气藏的超压；ρ为流体密度，d为游离气层的厚度，μ为流体粘度，v为流体速度，
k为沉积体的渗透率，k
rg
和k
rw
分别为沉积体孔隙气和水的相对渗透率，h
g
和h
w
分别为气流柱和水流柱的高度。
[0014]
进一步地，所述渗漏流体速度为：
[0015][0016]
在式(2)中以近似关系知流体运移速度随气流柱高度(h
g
＝h
‑
h
w
)的增长而增加。
[0017]
进一步地，所述将将渗漏流体速度输入至麻坑深度模型中，以得到麻坑深度包括：
[0018]
渗漏流体速度满足流沙沉积被海流移除后在海底形成麻坑，流沙沉积体的底界确定了麻坑深度；在式(2)中用替换流体速度，并用麻坑深度h
pm
替换水流柱高度h
w
，即得到麻坑深度模型：
[0019][0020]
式(3)中简化为：
[0021][0022]
在符合温压条件下流体密度和粘度为常数。
[0023]
进一步地，所述通过麻坑深度来反演水合物下覆游离气层中的甲烷浓度包括：
[0024]
通过甲烷渗漏和麻坑深度模型，知麻坑形成于气体超压、水合物层底界深度和沉积物密度相关：
[0025][0026]
通过方程变形，得到水合物封闭下伏游离气气藏的厚度方程，气层厚度依赖于海底麻坑深度和气藏中的流体密度：
[0027][0028]
气藏中的平均流体密度与流体饱和度和上覆压力相关；通过式(6)的变形得到预测气藏中流体密度的计算方程：
[0029][0030]
在符合条件环境下，水的密度被认定为常数，气体的密度近似为静水压力的函数，因此，气体饱和度计算方程表示为：
[0031][0032]
式(8)用来估算气体饱和度，其中海底麻坑深度和封闭层下伏气层厚度可通海洋声波调查获知。
[0033]
本发明与现有技术相比，其有益效果在于：
[0034]
本方法首先通过孔隙介质内流体渗漏模型来预测海底甲烷渗漏情况，然后根据渗漏情况来估算得到渗漏情况，最后通过麻坑深度来反演水合物下覆游离气层中的甲烷浓度。本方法一方面有利于预测海底甲烷渗漏和灾害预测，另一方面有利于评估海底烃类资源量。
附图说明
[0035]
图1为本发明实施例提供的海洋水合物区麻坑深度估算和游离气层评价方法的流程图；
[0036]
图2为为海底流体渗漏和海底麻坑形成过程的原理图。
具体实施方式
[0037]
实施例：
[0038]
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
[0039]
参阅图1所示，本实施例提供的一种海洋水合物区麻坑深度估算和游离气层评价方法，主要包括如下步骤：
[0040]
101、获取气体渗漏过程参数，并将该参数输入至孔隙介质内流体渗漏模型中，孔隙介质内流体渗漏模型输出渗漏流体速度；
[0041]
102、将渗漏流体速度输入至麻坑深度模型中，以得到麻坑深度；
[0042]
103、通过麻坑深度来反演水合物下覆游离气层中的甲烷浓度。
[0043]
由此可见，本方法首先通过孔隙介质内流体渗漏模型来预测海底甲烷渗漏情况，然后根据渗漏情况来估算得到渗漏情况，最后通过麻坑深度来反演水合物下覆游离气层中的甲烷浓度。本方法一方面有利于预测海底甲烷渗漏和灾害预测，另一方面有利于评估海底烃类资源量。
[0044]
气体渗漏过程中气柱和水柱都是在水合物封闭的游离气超压驱动下流动，流体运移的总驱动力等于气体超压(ρ
w
‑
ρ
g
)gd。气流柱不断增大，并且以同一速度推动渗漏通道内的上覆孔隙水向上流动。假定水合物稳定带为一种均质体，渗漏通道内流体渗漏速率相同，因此，孔隙介质内流体渗漏模型为：
[0045][0046]
上述方程中δp为流体运移总推动力，是施加在气流柱和水流柱上的压降之和(δp
g
δp
w
)，等于气藏的超压。ρ为流体密度，d为游离气层的厚度，μ为流体粘度，μ
g
和μ
w
分别为气体和水的粘度，v为流体速度，k为沉积体的渗透率，k
rg
和k
rw
分别为沉积体孔隙气和水的相对渗透率，h
g
和h
w
分别为气流柱和水流柱的高度。由于假定气流柱中气的饱和度和水流柱中水的饱和度均为1，气和水的相对渗透率为1。流体渗漏运移速度：
[0047][0048]
在方程(2)中以近似关系可知流体运移速度随气流柱高度(h
g
＝h
‑
h
w
)的增长而增加。
[0049]
孔隙介质中单位长度流体所受阻抗随气流柱高度的增加而增加，也就是说沉积物格架所受的孔隙流体压力逐渐增加，当流体阻抗超过相应沉积体的静岩压力时，相应沉积层将被流体化而成为流沙，也即渗漏流体速度必须满足流沙沉积被海流移除后在海底形成麻坑，流沙沉积体的底界确定了麻坑深度。在方程(2)中用替换流体速度，并用麻坑深度h
pm
替换水流柱高度h
w
，即可得到麻坑深度模型：
[0050][0051]
方程(3)中方程可简化为：
[0052][0053]
在一定的温压条件下流体密度和粘度为常数。
[0054]
通过上述的甲烷渗漏和麻坑深度模型，可知麻坑形成于气体超压、水合物层底界深度和沉积物密度相关。
[0055][0056]
通过方程变形，可以得到水合物封闭下伏游离气气藏的厚度方程。气层厚度依赖于海底麻坑深度和气藏中的流体密度。
[0057][0058]
气藏中的平均流体密度与流体饱和度和上覆压力相关。通过方程(6)的变形可以得到预测气藏中流体密度的计算方程。
[0059][0060]
在特定环境下，水的密度被认定为常数，气体的密度可以近似为静水压力的函数，因此，气体饱和度计算方程可以表示为：
[0061][0062]
方程(8)可以用来估算气体饱和度，其中海底麻坑深度和封闭层下伏气层厚度可通海洋声波调查获知，而且相关数据比较常见。
[0063]
图2所示是一种水合物下伏游离气渗漏和海底麻坑形成原理示意图，z为海底以下深度，h为水合物稳定带厚度(或水合物封闭层深度)。其过程如下。
[0064]
t0时游离气体被封闭在水合物层之下。
[0065]
t1时气体刺穿封闭层开始泄漏。
[0066]
t2时气柱高度增加，推动水流向外排出，水流柱高度相应缩短，流体运移速度不断增加。
[0067]
t3时刻含水流沉积中孔隙压力超过静岩压力，在海底出现麻坑，形成单一的气流通道。
[0068]
t4时游离气藏中的天然气被逐渐排空，孔隙超压消失，流体通道中的气流柱逐渐退化。
[0069]
t5时刻气流柱完全消失，在海底留下气烟囱，水合物封闭作用恢复,并开始新的气体聚集。
[0070]
利用方程(4)可以计算海底麻坑深度。未知变量为游离气层厚度和甲烷封闭层深度。
[0071][0072]
利用方程(8)可以计算水合物下伏游离气藏中的甲烷饱和度。未知变量为游离气层厚度、麻坑深度和封闭层深度。
[0073][0074]
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。