海洋天然氣水合物開采潛力地質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)研究：理論與方法

吳能友 黃 麗，4 蘇 正 楊勝雄 王宏斌 梁金強(qiáng) LU Hailong

1．中國(guó)科學(xué)院廣州天然氣水合物研究中心 2．中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所 3．廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局 4．中國(guó)科學(xué)院大學(xué) 5．Division of Emerging Technologies，National Research Council Canada（Ottawa，Ontario K1A0R6，Canada）

近年來的調(diào)查研究成果表明，中國(guó)南海北部陸坡是天然氣水合物（以下簡(jiǎn)稱水合物）發(fā)育的理想場(chǎng)所［1－3］，已圈定了32 750km2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185×108t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15km2，賦存天然氣儲(chǔ)量為160×108m3［4－8］。然而，水合物能否在中國(guó)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(guó)、日本等國(guó)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(guó)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(zhǎng)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(chǔ)層的孔隙度為35%，固有滲透率達(dá)1 000mD，水合物飽和度為65%［18］。

相對(duì)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(duì)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(duì)水合物藏產(chǎn)氣潛力進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)，對(duì)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(píng)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(guó)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(guó)布萊克海臺(tái)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(huì)影響氣體產(chǎn)能。另外，成本高昂的海洋水合物現(xiàn)場(chǎng)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(duì)南海北部神狐海域水合物的實(shí)際儲(chǔ)層特征，有學(xué)者曾以產(chǎn)氣量為絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)、以氣水比為相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)值模擬評(píng)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(chǔ)層特征的復(fù)雜性和差異性都會(huì)對(duì)產(chǎn)氣潛力造成影響，因而只能對(duì)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(píng)價(jià)，其研究成本較高，且目前尚沒有針對(duì)海洋水合物藏產(chǎn)氣潛力的地質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)，無法根據(jù)水合物藏產(chǎn)出特征和儲(chǔ)層類型進(jìn)行簡(jiǎn)單高效的產(chǎn)氣潛力評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)。

水合物藏產(chǎn)氣潛力的快速高效評(píng)價(jià)須利用科學(xué)的產(chǎn)氣潛力評(píng)價(jià)指標(biāo)，而該指標(biāo)的建立必須基于對(duì)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(píng)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(jiǎn)單類比到其他海域。

筆者根據(jù)多種不同儲(chǔ)層地質(zhì)參數(shù)對(duì)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(píng)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(píng)價(jià)、提高研究效率提供理論和方法支撐。

1 海洋水合物儲(chǔ)層特征對(duì)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(chǔ)層特征密切相關(guān)，儲(chǔ)層各項(xiàng)地質(zhì)參數(shù)的變化都會(huì)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(chǔ)層滲透率，儲(chǔ)層導(dǎo)熱系數(shù)，儲(chǔ)層上、下蓋層的滲透性以及儲(chǔ)層的初始溫度和初始?jí)毫Α?/p>

全書最長(zhǎng)的當(dāng)數(shù)第五回賈寶玉夢(mèng)游太虛幻境，這個(gè)夢(mèng)可以說是《紅樓夢(mèng)》里紅粉女人悲苦命運(yùn)的集大成，其次是第八十二回林黛玉的一場(chǎng)惡夢(mèng)和一百一十六回賈寶玉再游真如福地；而最短的夢(mèng)則是第十回賈寶玉在夢(mèng)中聽見秦氏死了和第八十九回林黛玉睡夢(mèng)中聽見有

1．1 孔隙度對(duì)產(chǎn)氣潛力的影響

水合物儲(chǔ)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(duì)較高，孔隙容納水合物及其他流體的能力較低，也意味著儲(chǔ)層的流體疏導(dǎo)能力較差，壓力在這種水合物儲(chǔ)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(duì)水合物分解產(chǎn)氣速率（Qp）的影響關(guān)系［27］。從圖1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(zhǎng)時(shí)間來看，水合物儲(chǔ)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(zhǎng)。

1．2 飽和度對(duì)產(chǎn)氣潛力的影響

水合物的飽和度（SHO）指儲(chǔ)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(chǔ)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(huì)產(chǎn)生更多的氣體，但固相水合物的存在降低了儲(chǔ)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(huì)提高。因此，從長(zhǎng)時(shí)間來說，高飽和度有利于提高產(chǎn)氣潛力。

圖2 水合物飽和度對(duì)累積產(chǎn)氣量的影響圖

1．3 滲透率對(duì)產(chǎn)氣潛力的影響

滲透率表征水合物儲(chǔ)層中的流體流動(dòng)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(chǔ)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(duì)滲透率對(duì)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(duì)滲透率越大，水合物藏的累積產(chǎn)氣量越大。

圖3 水合物儲(chǔ)層滲透率對(duì)累積產(chǎn)氣量的影響圖

1．4 導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)產(chǎn)氣潛力的影響

導(dǎo)熱系數(shù)是指水合物儲(chǔ)層傳播熱量的能力。水合物分解是一個(gè)吸熱過程，對(duì)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(duì)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)（λR）分別為1．5W／（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(duì)水合物藏產(chǎn)氣速率的總體影響很小。

圖4 水合物儲(chǔ)層導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)產(chǎn)氣速率的影響圖

1．5 上、下蓋層滲透性對(duì)產(chǎn)氣潛力的影響

水合物儲(chǔ)層上、下蓋層的不同滲透性對(duì)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）水合物藏的氣體產(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(duì)穩(wěn)定。因此，蓋層存在有利于水合物藏的高效開發(fā)。

圖5 上、下蓋層不同滲透性對(duì)產(chǎn)氣速率的影響圖

1．6 初始地層溫度對(duì)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(duì)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(duì)較大。

圖6 初始地層溫度對(duì)產(chǎn)氣速率的影響圖

1．7 初始地層壓力對(duì)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(duì)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(zhǎng)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?jí)毫?duì)降壓開發(fā)效率的影響［31］，其中選取的溫度條件均為12℃，而壓力分別為10MPa、20 MPa。在相同的水合物藏初始溫度和井孔壓力條件下，儲(chǔ)層的初始?jí)毫υ降蜁r(shí)，水合物分解越快，且平穩(wěn)產(chǎn)氣期也越長(zhǎng)，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(dòng)壓力差越大，必然促使水合物更快地分解。

圖7 初始地層壓力對(duì)累積產(chǎn)氣量的影響圖

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(píng)價(jià)指標(biāo)，用于對(duì)不同的水合物藏產(chǎn)氣潛力進(jìn)行科學(xué)有效的評(píng)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(píng)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(píng)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(chǔ)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(píng)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(chǔ)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(píng)價(jià)指標(biāo)；然后將地質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)用于國(guó)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)。

2．1．1 海洋水合物藏產(chǎn)氣潛力地質(zhì)評(píng)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(chǔ)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(chǔ)層厚度、孔隙水鹽度等；研究各地質(zhì)參數(shù)對(duì)水合物開采中產(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(píng)價(jià)參數(shù)。

2．1．2 海洋水合物藏產(chǎn)氣潛力地質(zhì)評(píng)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(duì)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(duì)產(chǎn)氣開發(fā)潛力影響的權(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(píng)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(píng)價(jià)研究

利用海洋水合物藏產(chǎn)氣潛力的地質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)，評(píng)估國(guó)際典型水合物或特定海域水合物藏的產(chǎn)氣潛力，對(duì)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(píng)價(jià)結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，建立地質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

2．2 技術(shù)路線和方法

2．2．1 評(píng)價(jià)方法

海洋水合物開采潛力地質(zhì)評(píng)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(cè)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(chǔ)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(duì)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(duì)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(píng)價(jià)參數(shù)對(duì)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(píng)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(píng)價(jià)研究結(jié)果進(jìn)行對(duì)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(chǔ)層類型；然后，設(shè)計(jì)海洋水合物藏產(chǎn)氣開發(fā)潛力的地質(zhì)評(píng)價(jià)參數(shù)，并確定評(píng)價(jià)參數(shù)對(duì)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(píng)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(guó)外典型水合物的產(chǎn)能狀況進(jìn)行對(duì)比分析；最后，對(duì)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(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行對(duì)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

圖8 海洋水合物開采潛力地質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)研究技術(shù)路線圖

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(píng)價(jià)參數(shù)，構(gòu)建各評(píng)價(jià)參數(shù)與氣體產(chǎn)能的函數(shù)關(guān)系，確立評(píng)價(jià)參數(shù)對(duì)氣體產(chǎn)能影響的權(quán)重；②利用評(píng)價(jià)參數(shù)對(duì)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(píng)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(píng)價(jià)參數(shù)

水合物藏產(chǎn)氣潛力的地質(zhì)評(píng)價(jià)參數(shù)是指對(duì)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(píng)價(jià)參數(shù)的正確選擇是產(chǎn)氣潛力評(píng)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)出特征和儲(chǔ)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(chǔ)層厚度、孔隙水鹽度等；然后，數(shù)值分析地質(zhì)參數(shù)對(duì)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(duì)地質(zhì)參數(shù)的影響強(qiáng)度進(jìn)行排序，如表1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(duì)地質(zhì)參數(shù)的優(yōu)化和排序；選擇對(duì)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)。

表1 神狐海域水合物產(chǎn)出特征和賦存狀態(tài)參數(shù)表

表2 神狐海域水合物產(chǎn)氣潛力影響強(qiáng)度分析的正交優(yōu)化試驗(yàn)因素水平表

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

地質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)是由地質(zhì)評(píng)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(píng)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(píng)價(jià)參數(shù)與產(chǎn)氣潛力的響應(yīng)函數(shù)，＝fβ（β）或＝fβ（β）。產(chǎn)氣速率Qp是衡量產(chǎn)氣潛力的絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)氣產(chǎn)水比RGW是衡量產(chǎn)氣潛力的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)，f表示函數(shù)關(guān)系式，β表示地質(zhì)參數(shù)。再計(jì)算各參數(shù)變化對(duì)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(píng)價(jià)指標(biāo)函數(shù)，I＝γ（K，φ，SH0，…）。利用該地質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)I，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)水合物藏產(chǎn)氣潛能的快速評(píng)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(chǔ)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)氣開發(fā)效益較高；水合物儲(chǔ)層絕對(duì)滲透率越大，水合物分解和產(chǎn)氣效率越高；水合物儲(chǔ)層導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)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(zhǎng)期穩(wěn)定生產(chǎn)；水合物儲(chǔ)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(jí)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(chǔ)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(píng)價(jià)指標(biāo)，并可以將地質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)用于不同海洋水合物藏，以快速有效地評(píng)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(píng)價(jià)指標(biāo)是基于水合物藏的儲(chǔ)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(píng)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(píng)價(jià)指標(biāo)的建立尚處于理論階段，對(duì)于全面的儲(chǔ)層地質(zhì)參數(shù)對(duì)產(chǎn)氣的影響研究、海洋水合物產(chǎn)氣潛力地質(zhì)評(píng)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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