水合物賦存形式對石英砂電性特征影響的數(shù)值模擬研究

田海濤， 劉樂樂， 夏宇軒， 徐賽， 韋偉， 蔡建超,4*

1 中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地球物理與空間信息學(xué)院， 武漢 430074 2 自然資源部天然氣水合物重點實驗室， 中國地質(zhì)調(diào)查局青島海洋地質(zhì)研究所， 青島 266237 3 中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)資源學(xué)院， 武漢 430074 4 中國石油大學(xué)(北京)油氣資源與探測國家重點實驗室， 北京 102249

0 引言

天然氣水合物在全球范圍內(nèi)儲量豐富(Boswell, 2009; Waite et al., 2009; Boswell and Collett, 2011; 蔡建超等, 2020).含水合物沉積物微觀結(jié)構(gòu)表征與物性評價是儲層勘探與開發(fā)的基礎(chǔ).水合物合成過程中“排鹽效應(yīng)”的存在使水合物和孔隙剩余流體之間電阻率差異逐漸增大，同時隨著孔隙內(nèi)水合物飽和度的增加降低了儲層的有效孔隙度，使沉積物整體電阻率不斷增大.從地球物理性質(zhì)出發(fā)，水合物儲層具有高電阻率的明顯響應(yīng)特征，儲層評價中通常采用電阻率測井方法進行儲層識別與評價(Hyndman et al., 1999; Best et al., 2013; Sun et al., 2018; Li et al., 2021).儲層電學(xué)性質(zhì)成為識別水合物儲層及預(yù)測水合物飽和度的重要巖石物理性質(zhì)(孫建孟等，2018；裴發(fā)根等，2020).然而，孔隙空間內(nèi)水合物不同賦存形式導(dǎo)致沉積物所呈現(xiàn)的電性規(guī)律也有所不同(Cook and Waite, 2018).

為表征含水合物沉積物孔隙空間內(nèi)水合物賦存模式，國內(nèi)外學(xué)者提出水合物不同賦存模式理論模型以解釋賦存狀態(tài)對于儲層物性的影響規(guī)律.Dvorkin等(2000)在含水合物沉積物聲波速度模擬研究中，假設(shè)水合物生長形式為懸浮型、支撐型、膠結(jié)型三類.Waite等(2009)系統(tǒng)總結(jié)了天然氣水合物合成及沉積物物性研究進展，將水合物賦存形式分為孔隙填充型、支撐型、膠結(jié)型三類.Dai等(2012)基于實驗數(shù)據(jù)及物理分析表明，水合物砂樣中存在非均質(zhì)團簇狀水合物分布.Spangenberg等(2001,2006)基于理論模型研究了不同類型水合物賦存形式對沉積物電性的影響，將孔隙空間內(nèi)水合物生長模式分為膠結(jié)、非膠結(jié)和考慮毛細效應(yīng)的非膠結(jié)型三類.實驗方面，胡高偉等(2014)利用X-ray CT技術(shù)對沉積物孔隙空間內(nèi)水合物微觀分布演化進行研究，發(fā)現(xiàn)水合物不同飽和階段，分布模式呈現(xiàn)混合分布，合成初期主要以接觸或膠結(jié)模式為主，中期傾向于懸浮模式生長，后期懸浮狀聚攏生長重新膠結(jié).水合物合成過程中引起的孔隙結(jié)構(gòu)變化會進一步改變沉積物電學(xué)性質(zhì)，精確表征孔隙空間內(nèi)不同水合物賦存狀態(tài)有助于探究合成過程中電性參數(shù)與結(jié)構(gòu)間的規(guī)律.

水合物合成分解過程中微觀孔隙結(jié)構(gòu)表征方法主要包括室內(nèi)實驗樣品成像及數(shù)值模擬手段.針對沉積物中水合物孔隙空間內(nèi)的生長賦存狀態(tài)，實驗室成像技術(shù)可以對含水合物沉積物進行直接觀察，由于原位儲層含水合物沉積物樣品獲取成本高，實驗室內(nèi)多采用天然海砂進行水合物合成，主要實驗測試手段包括X-ray CT、低溫掃描電子顯微鏡等(Stern et al., 2004; Jin et al., 2006; Li et al., 2019).然而真實巖心中水合物分布模式復(fù)雜，不同含水合物飽和度下多種水合物分布模式共存，為深入理解水合物賦存模式對沉積物物理性質(zhì)的影響，通過構(gòu)造單一水合物分布模式樣品，可以從機理上厘清各分布模式下水合物分布與物性變化間的關(guān)系.數(shù)值模擬方法可以模擬水合物合成過程，對不同賦存形式進行生長模擬，獲取不同水合物飽和度下沉積物微觀結(jié)構(gòu).Liu等(2020)基于水合物生長隨機模擬及分形理論研究了水合物賦存模式和孔隙分形特征對含水合物沉積物物性的影響.Dong等(2020)利用三類水合物分布模式構(gòu)建含水合物數(shù)字巖心，分析電阻率隨水合物飽和度的變化規(guī)律，建立了理想化水合物飽和度的計算模型.由此，水合物數(shù)值模擬方法可以用于探究不同賦存結(jié)構(gòu)下的電性參數(shù)變化過程，從而確定電性參數(shù)與微觀結(jié)構(gòu)間的規(guī)律關(guān)系.

本文基于石英砂沉積物CT掃描圖像，從水合物賦存機理出發(fā)采用隨機生長模擬方法對樣品進行顆粒包裹型、孔隙填充型以及團簇狀分布三種隨機生長模擬，得到不同水合物飽和度下的微觀結(jié)構(gòu)，利用孔隙網(wǎng)絡(luò)提取方法(PNM)提取并分析不同水合物飽和度下孔徑分布變化規(guī)律，并利用分形參數(shù)對孔隙微觀結(jié)構(gòu)進行定量分析.結(jié)合有限元方法對樣品進行電性數(shù)值模擬，獲取三類生長模式下水合物飽和度與電阻率指數(shù)之間的關(guān)系，同時通過對阿爾奇公式進行參數(shù)擬合，得到適用于實驗室內(nèi)含水合物石英砂介質(zhì)的經(jīng)驗參數(shù)取值規(guī)律，為水合物儲層預(yù)測提供理論基礎(chǔ).

1 水合物數(shù)字巖心構(gòu)建

1.1 水合物分布隨機模擬

多孔介質(zhì)電傳導(dǎo)過程受孔隙微觀結(jié)構(gòu)的影響，水合物合成過程，孔隙結(jié)構(gòu)改變引起巖心整體電性變化.考慮水合物沉積物孔隙空間內(nèi)三類微觀賦存模式：顆粒包裹型(Grain-Coating)、孔隙填充型(Pore-Filling)和團簇狀分布(Patchy).基于孔隙空間對不同水合物賦存形式采取隨機模擬方法，二值化后的圖像包含傳導(dǎo)的孔隙相與非傳導(dǎo)的固體相.通過算法實現(xiàn)三類水合物賦存模式.首先在隨機模擬之前，對初始結(jié)構(gòu)進行孔隙度計算：

(1)

其中，φi為初始孔隙度，Np為孔隙空間總像素數(shù)，Nt為圖像總像素數(shù).

(1)顆粒包裹型

為模擬顆粒包裹型水合物的生長，需要對二值化圖像中顆粒與孔隙流體的接觸邊界進行提取作為后續(xù)過程中水合物生長位置.水合物生長過程中飽和度通過控制生長概率及生長次數(shù)進行調(diào)節(jié).為消除圖像邊緣對于邊界拾取時的影響，需要在生長過程中消除邊界生長點.水合物生長過程中水合物飽和度利用統(tǒng)計像素數(shù)進行計算：

(2)

其中，Sh代表水合物飽和度，Nh代表水合物所占像素總數(shù).水合物生長過程中剩余孔隙占比與初始孔隙度和水合物飽和度之間存在如下轉(zhuǎn)換關(guān)系：

φt=φi(1-Sh),

(3)

其中，φt代表水合物生長過程中的剩余孔隙占比.

(2)孔隙填充型

孔隙填充型生長模擬對于原始掃描圖像的前期處理與顆粒包裹型相同，包括閾值分割獲取二值化圖像，對原始兩相像素數(shù)進行統(tǒng)計利用公式(1)進行計算初始孔隙度.利用MATLAB中二值圖像的距離變換函數(shù)計算孔隙每像素與顆粒間的距離，通過設(shè)置不同距離范圍內(nèi)孔隙空間進行水合物生長，實現(xiàn)不同水合物飽和度下孔隙填充類型水合物生長過程.生長過程中，水合物飽和度計算利用公式(2)實現(xiàn).

(3)團簇狀分布

團簇狀分布水合物生長模式為顆粒包裹與孔隙填充兩種模式共存的情況.初期水合物生長位置主要占據(jù)大孔徑孔隙，通過孔隙網(wǎng)絡(luò)提取獲得最大孔隙尺寸，通過距離函數(shù)設(shè)置生長點.這些生長點是局部生長模擬的基礎(chǔ).最后拾取水合物生長后的邊界進行膠結(jié)生長.

1.2 水合物數(shù)字巖心構(gòu)建

本文選取來源于Dong 和Blunt(2009)的砂顆粒堆積樣品，CT原始圖像分辨率為10.002 μm，模擬過程選用原始圖像內(nèi)尺寸2003的正方體區(qū)域原始CT灰度圖像進行閾值分割處理得到二值化圖像，初始孔隙度為36.47%.利用隨機模擬算法構(gòu)建不同水合物飽和度下三類水合物分布模式的數(shù)字巖心如圖1所示.

圖1 (a)—(c) 顆粒包裹型水合物數(shù)字巖心； (d)—(f) 孔隙填充型水合物數(shù)字巖心； (g)—(i) 團簇狀水合物數(shù)字巖心

2 方法原理

2.1 有限元電性模擬

電性模擬采用有限元方法.有限元方法是偏微分方程的數(shù)值解法之一.數(shù)值解的求解過程分為離散化和代數(shù)方程求解兩過程.有限元方法利用形狀函數(shù)根據(jù)節(jié)點變量估計原始控制方程中的連續(xù)變量，實現(xiàn)了偏微分方程的離散化.通過加權(quán)平均使殘差最小來確定未知節(jié)點變量.由有限元方法生成的方程組可以用多種方法求解，對于非常大的系統(tǒng)，則采用迭代法，如雅可比法、高斯-塞德爾法、共軛梯度法等(Simpson, 2017).

為確定不同水合物生長形式下孔隙空間中的電流場，模擬過程使用了美國國家標準與技術(shù)研究院(NIST)開發(fā)的有限元代碼ELECFEM3d.f進行計算.該代碼對給定的結(jié)構(gòu)施加穩(wěn)定的電場，并通過每個元上的電壓分布確定整個結(jié)構(gòu)的能量.通過變分原理求解每個元上的電壓分布，即能量極值來確定樣品的電流場.三維結(jié)構(gòu)中每個體素通過8個節(jié)點與相鄰單元連接，每個體素能量表示為：

(4)

其中，ur和us分別為體素n在r和s節(jié)點處的電壓，Drs為體素的剛度矩陣，表示單元的能量與電壓之間的關(guān)系.將所有體素的能量相加，可以得到整個三維結(jié)構(gòu)的總能量.根據(jù)能量最小原理，當能量相對于電壓的梯度為零時，可以確定最終在每個體素上的電壓分布：

(5)

此處的能量梯度是包含所有能量對所有節(jié)點電壓的偏導(dǎo)數(shù)的向量，其中Am n和bm視為全局變量，與um相關(guān)的所有的量必須被包括.全局矩陣Am n是基于與m有關(guān)的8個像素點的剛度矩陣Drs建立的廣義稀疏矩陣.

2.2 孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)提取

采用Dong和Blunt(2009)提出的孔隙網(wǎng)絡(luò)提取方法，對不同水合物分布模式下的巖心微觀結(jié)構(gòu)進行孔徑分布提取.傳統(tǒng)的孔隙提取方法基于最大內(nèi)切球法，最大內(nèi)切球法是指從孔隙空間內(nèi)每個像素開始，尋找孔隙像素到顆粒邊界的最大內(nèi)切球.局部上最大的球為孔，孔間最小的球為喉道.為了定義孔隙空間的拓撲關(guān)系，將最大球合并到團簇中.算法中定義了兩種類型的團簇：單團簇和多團簇.在單團簇中，主最大球吸收其鄰區(qū)內(nèi)所有較小的球.對于半徑為R的最大球，定義兩倍于球體半徑的球面搜索范圍尋找鄰區(qū).選擇每個與主體最大球重疊或接觸的最大球.如果它的半徑小于主體最大球，則將其添加到團簇中：

dist(C1,C2)

(6)

任何主體球的附屬球可以吸收鄰區(qū)范圍內(nèi)半徑小于它的球.此時，第二代附屬球被吸收，規(guī)則與單團簇相同.算法中將孔隙空間中的球按照半徑大小排序為相互連通的簇.每個簇的共同主體球定義為孔，連接兩個團簇的球定義為喉道.

3 結(jié)果與討論

3.1 不同水合物分布模式下的孔隙結(jié)構(gòu)特征

顆粒包裹型水合物優(yōu)先在顆粒表面賦存，隨著生長次數(shù)逐漸增加，孔隙度逐漸減小，水合物飽和度逐漸增大.因此，顆粒間較窄喉道位置在孔隙度較大、水合物飽和度較小的情況下也會發(fā)生堵塞，造成整體孔隙連通性下降(圖2a—c).

原始樣品孔徑分布在19～90 μm之間，峰值在50～60 μm之間，總孔隙數(shù)量417.樣品孔徑分布呈現(xiàn)高斯分布(圖3).

電傳導(dǎo)過程取決于微觀孔隙結(jié)構(gòu)的變化，不同水合物分布導(dǎo)致孔隙空間的變化規(guī)律不同，為厘清生長方式對電傳導(dǎo)的影響規(guī)律，各組樣品進行了不同生長方式下的孔徑分布參數(shù)提取(表1).從孔徑分布圖上看，顆粒包裹型生長(圖4a)在不同水合物飽和度下粒徑分布呈現(xiàn)規(guī)律變化.

表1 顆粒包裹型生長孔徑分布參數(shù)變化表

隨著水合物飽和度增加，孔徑分布范圍逐漸減小，小孔徑孔隙數(shù)量逐漸增加，總孔隙數(shù)量呈現(xiàn)先增長后下降的趨勢.孔徑分布峰值逐漸向小孔徑移動，且峰值的孔隙數(shù)量逐漸增大.當水合物飽和度大于60%時，孔隙數(shù)量減少.分析原因是由于顆粒包裹型生長模式下，顆粒邊緣逐漸向孔隙擴張，使得顆粒周圍孔隙孔徑逐漸縮小，且對狹窄喉道造成孔隙的截斷，使得小孔數(shù)量逐漸增加.

從電流場分布變化趨勢上來看，隨著水合物飽和度逐漸增加，巖心內(nèi)電流場分布強度逐漸減弱.從原始巖心內(nèi)部電流場分布看，電流場強度最高的位置出現(xiàn)在大孔徑孔隙與喉道內(nèi)，隨著顆粒包裹型水合物不斷生長，孔隙與喉道尺寸逐漸縮小，小孔及喉道出現(xiàn)堵塞情況，因此在水合物飽和度較高階段，電傳導(dǎo)路徑被堵塞，因此巖心整體電流強度逐漸減弱(圖5).

圖5 顆粒包裹型生長模式下巖心電流場分布圖

孔隙填充型占據(jù)孔隙中心，在高水合物飽和度下對介質(zhì)整體連通性影響小于顆粒包裹型.孔隙填充型生長對孔隙尺寸的影響主要在于大孔，而顆粒包裹型生長對狹窄喉道及小孔影響較大.與顆粒包裹型不同的是，孔隙填充型生長優(yōu)先占據(jù)孔隙中心，因此，在較高水合物飽和度下仍能保證傳輸通道中的電傳導(dǎo)(圖2d—f).

圖2 (a)—(c) 顆粒包裹型生長模式示意圖; (d)—(f) 孔隙填充型生長模式示意圖; (g)—(i) 團簇狀生長模式示意圖

與顆粒包裹型生長不同，孔隙填充型模擬水合物在孔隙中心向顆粒邊緣生長的過程，直至到達顆粒邊緣形成狹窄的孔隙.對于孔隙填充型，由于水合物優(yōu)先生長于孔隙中心，從孔徑分布參數(shù)上看(表2)，隨水合物飽和度增加，較大孔隙逐漸分割成小孔隙，使得總體孔隙數(shù)量增加，且孔徑分布峰值向小孔徑移動(圖4b).

表2 孔隙填充型生長孔徑分布參數(shù)變化表

孔隙填充型生長模式下的電流場分布隨水合物飽和度增加，整體電流場分布強度逐漸減弱，與顆粒包裹型生長模式下巖心電流場分布相比，在水合物較高的情況下，顆粒包裹型電流強度高的位置出現(xiàn)在局部，而孔隙填充模式下電流強度高的位置分布較為均勻，這是由于孔隙填充模式下水合物生長對于整體的孔隙與喉道影響相同，且對傳導(dǎo)路徑的連通性影響更小(圖6).

圖6 孔隙填充型生長模式下巖心電流場分布圖

團簇狀生長優(yōu)先選取大孔徑作為水合物生長起點逐漸膠結(jié)聚集.團簇狀生長對大孔徑及其周圍的局部孔隙影響較大(圖2g—i).

團簇狀生長模式下孔徑分布如圖4c，從孔徑變化來看(表3)，隨水合物飽和度增大，孔徑分布范圍逐漸縮小，峰值向小孔徑方向移動，孔隙數(shù)量呈現(xiàn)先增長后下降的趨勢.

圖4 三類分布模式下孔徑分布圖

表3 團簇狀生長孔徑分布參數(shù)變化表

由于團簇狀生長模式對局部孔隙與喉道傳導(dǎo)路徑的影響較為顯著，因此該類生長模式下局部傳導(dǎo)路徑受水合物生長影響較為顯著，局部電流場強度受水合物飽和度影響較高(圖7).

圖7 團簇狀生長模式下巖心電流場分布圖

3.2 不同水合物分布模式下的分形特征

多孔介質(zhì)的輸運特性取決于孔隙幾何形狀和連通性等微觀結(jié)構(gòu).傳統(tǒng)的歐式幾何方法不能準確地描述微觀結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性.分形作為一種準確定量表征多孔介質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的有效手段，在水合物沉積物微觀結(jié)構(gòu)表征中得到了廣泛的應(yīng)用(Liu et al., 2019; Zhang et al., 2021).分形維數(shù)是定量表征的基本參數(shù)之一，計算分形維數(shù)的主要方法是計盒法，使用不同尺度的盒子覆蓋對象，記錄被覆蓋的盒數(shù).盒數(shù)N與測量尺度r的關(guān)系為：

N=r-Df.

(7)

在自相似區(qū)間內(nèi)，盒子數(shù)與測量尺度之間的對數(shù)擬合斜率Df即為分形維數(shù).利用計盒法計算三類水合物分布模式下的分形維數(shù)，得到水合物飽和度與水合物分布分形維數(shù)間關(guān)系(圖8).隨水合物飽和度增加，分形維數(shù)逐漸增大，其中顆粒包裹性整體分形維數(shù)高于另外兩類分布.表明在相同水合物飽和度下，顆粒包裹性水合物在孔隙空間內(nèi)的分布更加復(fù)雜.孔隙填充型與團簇狀分布水合物分形維數(shù)相近.

圖8 三類分布模式下水合物飽和度與水合物分形維數(shù)間關(guān)系

為探究不同水合物分布模式下孔隙空間的分布情況，計算了不同水合物飽和度下的孔隙分形維數(shù).水合物飽和度與孔隙分形維數(shù)的關(guān)系如圖9所示.隨著水合物逐漸占據(jù)孔隙空間，孔隙分形維數(shù)逐漸減小.從三類生長曲線關(guān)系上看，孔隙填充與顆粒包裹兩類生長模式下微觀結(jié)構(gòu)孔隙分形維數(shù)相近，且高于膠結(jié)型生長，但在高水合物飽和度下孔隙填充型孔隙分布比顆粒包裹型更加復(fù)雜.

圖9 水合物飽和度與孔隙分形維數(shù)關(guān)系

3.3 不同水合物分布模式下的電性特征

利用有限元方法對含水合物數(shù)字巖心進行電性模擬，模擬過程中孔隙水電阻率設(shè)置為0.1 Ωm，原始巖心飽和電阻率為0.52 Ωm，三類分布模式下電阻率與水合物飽和度間呈現(xiàn)正相關(guān)趨勢(圖10)，水合物合成初期(0～20%)三類分布模式電阻率數(shù)值相近，此時水合物分布模式對孔隙空間內(nèi)電傳導(dǎo)影響最小.水合物合成中期(20%～40%)孔隙填充模式下電阻率最低，此階段水合物飽和度逐漸增加，顆粒包裹型與團簇狀生長模式對狹窄喉道的影響逐漸顯著.水合物合成后期，顆粒包裹型與團簇狀分布模式區(qū)別增大，與顆粒包裹型生長相比，團簇狀生長主要影響局部孔隙空間內(nèi)的傳導(dǎo)過程，而顆粒包裹型對整個孔隙空間內(nèi)的狹窄傳導(dǎo)通路均有影響，因此相同水合物飽和度下，顆粒包裹型電阻率模擬結(jié)果最高.

圖10 三類分布模式下水合物飽和度與電阻率之間關(guān)系

水合物儲層的電阻率測井常用阿爾奇公式計算天然氣水合物飽和度.本文模擬過程所用石英砂介質(zhì)不含黏土成分，因此不考慮其附加導(dǎo)電性的影響.因此阿爾奇公式可用于該類介質(zhì)的導(dǎo)電性規(guī)律解釋(Spangenberg, 2001; Cook and Waite, 2018).為進一步探究含水合物數(shù)字巖心電性傳導(dǎo)過程中阿爾奇經(jīng)驗參數(shù)取值規(guī)律，對電阻率指數(shù)與含水飽和度間關(guān)系進行阿爾奇公式擬合獲取經(jīng)驗參數(shù)取值(圖11)，圖中三類生長模式下電阻率指數(shù)與含水飽和度呈負相關(guān)關(guān)系.

圖11 樣品含水飽和度與電阻率指數(shù)關(guān)系

根據(jù)Archie公式計算電阻率指數(shù)(Archie, 1942)：

(8)

其中，I代表電阻率指數(shù)，R0代表飽和巖石電阻率，Rt代表巖石電阻率，n代表飽和度指數(shù).三種水合物分布模式擬合參數(shù)如表4所示.

表4 三類水合物分布模式下阿爾奇參數(shù)取值

三類水合物分布模式飽和度指數(shù)在1.19～2.34之間，顆粒包裹型生長飽和度指數(shù)最高，電阻率對水合物飽和度變化更加敏感，孔隙填充型生長飽和度指數(shù)最低，水合物飽和度變化對電傳導(dǎo)過程影響最小.

為進一步驗證上述經(jīng)驗參數(shù)取值的有效性，驗證過程采用實驗室內(nèi)水合物合成實驗電阻率測量數(shù)據(jù)與實際儲層電阻率測井數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)對比.由于數(shù)值模擬過程為飽和情況，因此對應(yīng)的實驗室內(nèi)水合物合成方式應(yīng)為沉積物孔隙內(nèi)飽和溶解氣的流體進行合成，該類合成方式模擬了實際儲層中天然氣水合物的形成過程.Li等(2020)采用一維可視化水合物模擬器(ODVHS)研究了水合物合成與聚集特征.結(jié)合電性參數(shù)表征沉積物中天然氣水合物的合成情況.儲層原位電阻率測量數(shù)據(jù)選取墨西哥灣原位電阻率測井數(shù)據(jù)(Cook and Waite, 2018)與三類水合物分布模式進行對比.

實驗室內(nèi)采用溶解氣方法進行合成.初始階段沉積物中逐漸出現(xiàn)薄膜狀水合物，隨后水合物快速合成，較大的水合物顆粒逐漸占據(jù)孔隙空間，部分向上遷移的小顆粒水合物聚集在喉道孔隙中，合成的水合物聚集在管的頂部.隨合成過程的進行，形成大量的白色固體水合物，填充孔隙空間堵塞流動通道，電阻率增大到峰值.從實驗結(jié)果與三類分布模式下電阻率指數(shù)與含水飽和度關(guān)系的擬合情況看(圖12)，實驗數(shù)據(jù)與團簇狀水合物分布(Patchy)曲線擬合效果較為符合.結(jié)合實驗過程觀察到的水合物形態(tài)說明孔隙空間內(nèi)水合物分布在較高水合物飽和度條件下呈現(xiàn)團簇狀分布.

圖12 三類分布模式下含水飽和度與電阻率指數(shù)關(guān)系及實測數(shù)據(jù)擬合

原位電阻率測井數(shù)據(jù)與三類分布模式區(qū)別較為明顯，造成差異的原因主要為石英砂微觀結(jié)構(gòu)與原位水合物儲層微觀結(jié)構(gòu)具有明顯差異，原位儲層沉積物所處地層條件，且沉積物中含有黏土礦物成分，導(dǎo)致原位沉積物從孔隙度、膠結(jié)壓實程度等方面與實驗室樣品具有明顯差異.因此從圖12中可以看出，原位電測井數(shù)據(jù)所對應(yīng)飽和指數(shù)n高于三類理想分布模式.

4 結(jié)論

通過對水合物沉積物孔隙空間內(nèi)不同生長賦存模式進行模擬，本文發(fā)現(xiàn)含水合物石英砂介質(zhì)中不同水合物賦存模式下沉積物的電性響應(yīng)規(guī)律不同.在相同水合物飽和度下，顆粒包裹型分布對電傳導(dǎo)過程的影響最為顯著，孔隙填充型生長對電傳導(dǎo)過程影響最??；通過提取不同水合物飽和度階段的孔徑分布，從微觀角度解釋了三類賦存形式引起的電性差異.顆粒包裹型在高水合物飽和度條件下堵塞傳導(dǎo)路徑中的小尺寸孔隙與喉道，孔隙填充型在高水合物飽和度條件下孔隙空間逐漸形成圍繞顆粒邊界的狹窄的傳導(dǎo)通道，團簇狀分布對局部微觀結(jié)構(gòu)影響顯著.最后，利用阿爾奇公式得到了含水合物石英砂介質(zhì)在三類分布模式下的經(jīng)驗參數(shù)取值，并結(jié)合實驗室內(nèi)水合物合成過程CT掃描及電阻率測量實驗結(jié)果驗證了取值的有效性.后續(xù)研究中應(yīng)進一步針對真實水合物合成分解過程孔隙空間內(nèi)多種賦存模式共存的情況，在現(xiàn)場原位水合物巖心測試數(shù)據(jù)指導(dǎo)下，定量表征真實水合物巖心在成藏條件下不同賦存模式對于微觀結(jié)構(gòu)及電性規(guī)律的影響.