【摘要】：天然氣水合物是由水分子和碳?xì)浠衔餁怏w(甲烷、乙炔、丙烷等)組成的類冰狀的結(jié)晶物質(zhì),其在低溫(大約0°C)、高壓條件下形成,普遍存在于海洋大陸坡淺部沉積層、深海和凍土地區(qū)。天然氣水合物儲(chǔ)量中蘊(yùn)含的甲烷儲(chǔ)量大約有1015到1017 m3,這也使得天然氣水合物被視為未來石油天然氣的替代能源,因此其被認(rèn)為是未來能源的關(guān)鍵和深海資源中的瑰寶。巴基斯坦正面臨著日益嚴(yán)重的能源危機(jī),急需開采非常規(guī)能源來克服這種能源危機(jī),而莫克蘭近海地區(qū)是巴基斯坦開采天然氣資源的最可行海域。現(xiàn)階段,在中國(guó)南海、美國(guó)布萊克海臺(tái)、加拿大北部?jī)鐾恋鹊貐^(qū),天然氣水合物的勘探工作正在廣泛地開展,但在巴基斯坦莫克蘭近海地區(qū)的水合物勘探工作才剛剛起步。早期,德國(guó)的PAKOMIN和BGR公司曾在此地區(qū)開展過油氣潛力的評(píng)價(jià)工作,在評(píng)價(jià)過程中他們大膽預(yù)測(cè)了該地區(qū)可能蘊(yùn)含著豐富的天然氣水合物資源,同時(shí)他們針對(duì)板塊運(yùn)動(dòng)、流體運(yùn)移等方面的研究也為本論文開展天然氣水合物藏的研究工作提供了重要參考。本論文將針對(duì)該地區(qū)重點(diǎn)開展天然氣水合物藏的巖石物理模擬、AVO及其衍生屬性分析、基于正演模擬的地震衰減屬性分析等工作,全面研究該地區(qū)的天然氣水合物屬性特征。本文的主體結(jié)構(gòu)如下:首先我們介紹了莫克蘭近海地區(qū)的地質(zhì)概況,針對(duì)這一地區(qū)提出了探測(cè)水合物的技術(shù)。在第二章中我們研究了不同情況下的巖石物理建模,并跟測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行了比對(duì)。在第三章中我們研究了AVO相關(guān)理論,并將其應(yīng)用到莫克蘭近海地區(qū)的水合物探測(cè)中。在第四章中我們針對(duì)將水合物作為流體的一部分這一情況計(jì)算了其AVO屬性;之所以將水合物視為流體一部分,是因?yàn)檫@種模型與測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)高度吻合。第五章我們研究了水合物和游離氣賦存地層的地震波衰減和頻散。第六章我們給出了結(jié)論。本論文的第一部分是與巖石物理模型計(jì)算相關(guān)的,詳細(xì)研究了含天然氣水合物沉積地層的敏感性參數(shù)分析。在巖石物理模擬中,分別考慮了天然氣水合物作為流體以及巖石骨架的一部分討論其對(duì)巖石彈性性質(zhì)的影響。當(dāng)天然氣水合物作為流體一部分時(shí),隨著天然氣水合物飽和度增加,流體的體積模量增加,這是因?yàn)樘烊粴馑衔飫偠容^大,因而使得流體的等效體積模量變大,而這與氣體對(duì)流體體積模量的影響正相反。當(dāng)混有天然氣水合物的流體充填巖石孔隙時(shí),飽和巖石的體積模量也會(huì)隨之增加,而當(dāng)氣體混在孔隙流體中時(shí),飽和巖石的體積模量會(huì)減小。由于巖石的速度主要受彈性模量及密度的影響,在前面分析當(dāng)天然氣水合物作為流體一部分對(duì)飽和巖石模量影響的基礎(chǔ)上,可以模擬得到天然氣水合物對(duì)速度的影響,研究結(jié)果表明,隨著天然氣水合物的存在會(huì)使巖石速度增加,且隨著天然氣水合物飽和度的增加,速度也會(huì)隨之增加。此外,在此基礎(chǔ)上還可以進(jìn)一步分析天然氣水合物對(duì)縱橫波阻抗的影響,其中縱波阻抗隨著含水合物飽和度的增加而增加,但橫波阻抗隨著含水合物飽和度的增加而減小,縱橫波速度比以及泊松比會(huì)隨著含水合物飽和度的增加而增加。當(dāng)天然氣水合物作為巖石骨架的一部分時(shí),干巖石骨架的體積模量和剪切模量、飽和巖石的體積模量也會(huì)增加、縱橫波速度以及縱橫波阻抗等都會(huì)隨著含水合物飽和度的增加而增加。由此可見,在天然氣水合物作為流體的一部分和作為巖石骨架的一部分的兩種情況下,縱波阻抗都會(huì)隨著天然氣水合物飽和度的增加而增大,但剪切阻抗在兩種賦存模式下隨水合物飽和度變化表現(xiàn)出變化差異。當(dāng)天然氣水合物是巖石骨架的一部分時(shí),剪切波阻抗隨水合物飽和度增加而增大;當(dāng)天然氣水合物是流體的一部分時(shí),剪切波阻抗隨水合物飽和度增加而減小。由此可以看出剪切波阻抗可以作為識(shí)別巴基斯坦莫克蘭近岸海域沉積物中天然氣水合物賦存狀態(tài)的標(biāo)志。在巖石物理正演模擬計(jì)算中,第一步利用等效介質(zhì)理論計(jì)算了干燥巖石的物理響應(yīng)。在巖石中的存在不同的流體,不同的流體具有不用的壓縮比,這會(huì)對(duì)巖石的地震屬性例如縱波速度和橫波速度會(huì)產(chǎn)生很大的影響。巖石中流體的體積模量的大小取決于巖石中存在的流體的飽和度和流體自身的壓縮比�；诳紫犊臻g中含有天然氣水合物和水的地層與孔隙空間中含有氣體和水的地層的兩種模型,本文詳細(xì)研究了流體體積模量的變化規(guī)律。針對(duì)不同的流體體積模量Kf通過利用Wood(1941)or Reuss(1929),Voigt(1910)and Voigt-Reuss-Hill relations模型,來計(jì)算巖石體積模量KW,KV和KVRH,并分別繪制了三種巖石物理模量與天然氣水合物和游離氣體飽和度之間的關(guān)系曲線。KV代表了兩種流體混合下計(jì)算的巖石物理模量的上限,KW代表了兩種流體混合下計(jì)算的巖石物理模量的下限。流體體積模量與天然氣水合物的飽和度變化和氣體飽和度變化呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)變化趨勢(shì)。Kf流體體積模量的大小隨著天然氣水合物飽和度的增加而增加,但是Kf流體體積模量的大小隨著氣體飽和度的增加而減小。流體體積模量的這種變化趨勢(shì)說明了天然氣水合物飽和度的增加可能增加了含天然氣水合物沉積物的等效體積模量的剛度,而游離氣飽和度的增加可能降低了含氣沉積物的等效體積模量的剛度。正如我們所知道的,飽和沉積物或部分飽和沉積物的等效體積模量是流體體積模量存在于孔隙空間的直接體現(xiàn)。因此,在均勻和斑片狀飽和形狀下,我們將流體體積模量引入流體置換公式中。在本論文中,我們描述了飽和海底沉積物的等效體積模量與天然氣水合物飽和度和游離氣飽和度之間的變化關(guān)系。正如我們所預(yù)期的,飽和海底沉積物的等效體積模量的大小隨著沉積物中天然氣水合物飽和度的增加而增大,而飽和海底沉積物的等效體積模量的大小隨著沉積物中天然氣水合物飽和度的增加而減小,兩者的變化趨勢(shì)相反。當(dāng)沉積物中天然氣水合物的飽和度達(dá)到100%時(shí),飽和巖石的體積模量為13 GP,但當(dāng)沉積物中氣體的飽和度到達(dá)100%時(shí),飽和巖石的體積模量?jī)H僅為1.3GP.研究結(jié)果顯示對(duì)于孔隙為斑片狀時(shí)計(jì)算的Ksat的值要比孔隙為均勻狀計(jì)算的值要大。最后值得說明的是上述兩種方法得到了相吻合的結(jié)果。當(dāng)孔隙空間為均勻狀的時(shí)候計(jì)算的Ksat和孔隙空間為斑片狀的時(shí)候計(jì)算的Ksat在氣飽和度為0.1時(shí)的相對(duì)差值是2.66GP。為了能從天然氣水合物的飽和度的角度解釋地震數(shù)據(jù),因此我們需要建立沉積物中天然氣水合物飽和度與沉積物速度之間的關(guān)系,下面我們將做詳細(xì)描述�？v波速度的大小取決于飽和沉積物體積模量、剪切模量和沉積物的密度這幾個(gè)參數(shù)。含天然氣水合物沉積物的縱波速度和橫波速度的計(jì)算是基于相關(guān)的數(shù)學(xué)公式。這些速度的計(jì)算是考慮巖石骨架中含有13%的黏土和87%的石英情況。在天然氣水合物的飽和度為0%和沉積物孔隙度為39%時(shí),沉積物的速度為2000m/s。含天然氣水合物沉積物的縱波速度和橫波速度隨著天然氣水合物飽和度的增加而增大。含天然氣水合物的沉積物不僅可以通過高的縱波速度(當(dāng)天然氣水合物的飽和度達(dá)到100%時(shí),其縱波速度達(dá)到了2800m/s)還可以通過低的縱波速度(當(dāng)天然氣水合物的飽和度達(dá)到100%時(shí),其橫波速度達(dá)到了850m/s)來識(shí)別。而下浮含游離氣地層卻具有低的縱波速度(1390m/s)和相對(duì)高的橫波速度(950m/s)。然而,在天然氣水合物飽和度一定的時(shí)候,沉積物的縱波速度變化比橫波速度變化更加劇烈這種現(xiàn)象會(huì)引起(VP/VS)比值的增加,該比值參數(shù)可能是識(shí)別天然氣水合物很好的標(biāo)示。在氣-水模型下縱波速度隨氣含量變化趨勢(shì)與在天然氣水合物-水模型下縱波速度隨天然氣水合物變化趨勢(shì)完全不一樣。在孔隙空間中填充游離氣和水的情況下,沉積物的縱波速度在氣含量小于0.15時(shí)出現(xiàn)一個(gè)明顯的下降趨勢(shì)。這說明即是在BSR下方存在少量的游離氣也會(huì)導(dǎo)致地層縱波速度的明顯降低,這個(gè)同樣會(huì)影響地震阻抗和地震反射振幅。當(dāng)游離氣的飽和度大于0.2時(shí),沉積物縱波速度幾乎不改變了。但是在孔隙空間中填充天然氣水合物和水情況下,沉積物縱波速度這種變化隨天然氣水合物飽和度的變化關(guān)系不同于上述游離氣的情況了。沉積物的縱波速度隨著天然氣水合物飽和度的減小下降的比較緩慢。只得注意的是對(duì)于孔隙空間中填充水和氣的模型和孔隙空間中填充天然氣水合物和水的模型,兩者的縱波速度變化趨勢(shì)相反。所以最后本論文總結(jié)了考慮了天然氣水合物做的流體的一部分和作為巖石骨架的一部分的情況,總結(jié)得出了一些研究結(jié)論。在分析了理論模型之后,將理論計(jì)算的縱波速度與測(cè)井實(shí)際記錄的速度進(jìn)行對(duì)比分析以便研究本目標(biāo)區(qū)域。我們?cè)敿?xì)的描述了巖石物理模型的速度響應(yīng),得出結(jié)論認(rèn)為當(dāng)天然氣水合物作為流體一部分時(shí)理論計(jì)算的速度與實(shí)際測(cè)井速度響應(yīng)吻合的最好。因此,在本研究區(qū)域,天然氣水合物作為流體的一部分這一個(gè)假設(shè)得到了很好的驗(yàn)證,本文后面的AVO分析和地震衰減研究都是基于此認(rèn)識(shí)�，F(xiàn)在我們研究當(dāng)天然氣水合物是流體的一部分和巖石骨架的一部分兩種情況時(shí),不同天然氣水合物飽和度時(shí)含天然氣水合物沉積層的AVO響應(yīng)。在巴基斯坦莫克蘭近海地區(qū),當(dāng)天然氣水合物被認(rèn)為是孔隙流體的一部分時(shí),我們把利用巖石物理正演模擬技術(shù)計(jì)算的地震速度(縱波速度和橫波速度)和密度做為AVO正演模擬分析的輸入?yún)?shù)。當(dāng)天然氣水合物在地層中均勻分布的時(shí)候,相應(yīng)的反射系數(shù)就可以計(jì)算出來了。在固定BSR下面游離氣的飽和度為20%情況下,利用Zeoppritz方程計(jì)算在孔隙中天然氣水合物飽和度從0%變化到100%時(shí)的反射系數(shù)曲線。這些曲線表現(xiàn)出很強(qiáng)的負(fù)截距值和負(fù)梯度值,因此可以認(rèn)為這些曲線屬于第三類AVO變化曲線。出現(xiàn)這種大的負(fù)振幅值的原因是含天然氣水合物層與BSR下含氣層存在的強(qiáng)負(fù)波阻抗差異。入射角為0度時(shí)的反射系數(shù)在孔隙是完全飽和的水合物時(shí)出現(xiàn)最大負(fù)值,在孔隙是完全飽和水時(shí)出現(xiàn)最小負(fù)值。在這種情況下,計(jì)算的振幅值隨著偏移距呈現(xiàn)負(fù)數(shù)增長(zhǎng);梯度值隨著天然氣水合物飽和度的增加而增大。本論文的研究成果有助于理解當(dāng)天然氣水合物是流體的一部分時(shí)含天然氣水合物儲(chǔ)層的地震響應(yīng)。在接下來的一章中,我們利用不同研究者提出的關(guān)于Zeoppritz方程的近似表達(dá)式詳細(xì)研究了含天然氣水合物地層的反射系數(shù)響應(yīng)。這些由不同的研究者提出的近似公式的計(jì)算是基于不同的彈性參數(shù)假設(shè)的。在研究這些近似公式的地震響應(yīng)時(shí),我們?cè)O(shè)定天然氣水合物的飽和度是40%,并且研究了天然氣水合物-水模型和天然氣水合物-氣模型的地震響應(yīng)差異。在上述研究中我們同時(shí)考慮了天然氣水合物作為流體的一部分和作為巖石骨架的一部分這兩種情況。我們發(fā)現(xiàn),天然氣水合物-氣模型相較于天然氣水合物-水模型會(huì)產(chǎn)生更大的負(fù)值響應(yīng),在本部分研究中,我們將天然氣水合物的飽和度設(shè)定在40%是因?yàn)樵诳紤]天然氣水合物是孔隙流體一部分時(shí)的巖石物理正演模擬計(jì)算的速度曲線與實(shí)際的測(cè)井速度曲線在天然氣水合物飽和度為30-45%時(shí)吻合的較好。AVO分析方法被應(yīng)用于天然氣水合物成藏的分析也可以達(dá)到指示天然氣水合物的存在以及定量解釋的作用。本文通過利用精確的Zoeppritz方程及其各種近似方程充分模擬了BSR反射界面(含水合物地層以及飽含水地層)的AVO響應(yīng)特征,并對(duì)其各種衍生屬性進(jìn)行充分分析。在AVO的各種衍生屬性中,截距I與梯度G與含水合物飽和度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)變化趨勢(shì),而截距與梯度的乘積I*G則與含水合物飽和度呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系,可以用于區(qū)分含水合物地層以及飽含水地層。此外,(I+G)/2以及(I-G)/2兩種衍生屬性對(duì)于含水合物飽和度呈現(xiàn)不同的規(guī)律關(guān)系。泊松比反射系數(shù)屬性也可以用于區(qū)分含水合物地層以及飽含水地層,這是由于BSR上下含水合物地層與含氣地層有明顯的泊松比屬性差。為了建立AVO分析與巖石物理模擬之間的聯(lián)系,一個(gè)綜合的AVO屬性分析技術(shù)被用于研究當(dāng)天然氣水合物是流體一部分情況下的天然氣水合物儲(chǔ)層。在含天然氣水合物地層中,截距和梯度隨著天然氣水合物飽和度變化呈負(fù)增長(zhǎng)趨勢(shì)。AVO曲線梯度隨著水合物飽和度增加而增加,然而截距與梯度交匯圖也可以用來量化天然氣水合物的飽和度。流體因子、孔隙體積模量和泊松比隨著天然氣水合物飽和度變化呈現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)趨勢(shì)。對(duì)比分析不同屬性的變化趨勢(shì)發(fā)現(xiàn),一些屬性變化趨勢(shì)不能用來區(qū)分含天然氣水合物地層和含水砂巖。流體指示系數(shù)表明PR,?F,KP,I*G,(I+G/2)在含天然氣水合物地層中具有明顯增加的趨勢(shì),這些參數(shù)也可用來指示天然氣水合物的存在。在詳細(xì)的研究了地震彈性參數(shù)與天然氣水合物飽和度的關(guān)系和天然氣水合物的賦存模式之后,我們發(fā)現(xiàn)有必要在考慮地震衰減和速度頻散的情況下研究這些地震響應(yīng)。在本研究中,地震衰減和速度頻散技術(shù)被用于區(qū)分巴基斯坦莫克蘭近海沉積層中的天然氣水合物和游離氣。在低頻條件下,當(dāng)游離氣的飽和度超過一定范圍內(nèi)時(shí),含氣層的縱波速度與氣飽和度保持近乎線性變化的。在低頻域中尋找準(zhǔn)確預(yù)測(cè)儲(chǔ)層飽和度的方法是必要的。因此,我們嘗試?yán)玫卣鹚p技術(shù)來計(jì)算含氣層和含天然氣水合物層的飽和度。許多研究人員對(duì)部分飽和油藏開展了速度散射和衰減研究并取得了卓有成效的研究成果。基于宏觀尺度地震波的被動(dòng)流體流動(dòng)(WIFF)機(jī)制和等效介質(zhì)理論,本論文研究了莫克蘭近海地區(qū)含天然氣水合物沉積層的地震波速度頻散和衰減。這項(xiàng)工作的重點(diǎn)是研究莫克蘭地區(qū)含天然氣水合物沉積物的地震速度頻散和衰減及其他研究領(lǐng)域以區(qū)分游離氣層和天然氣水合物層,這將非常有助于了解天然氣水合物的分布和賦存模式。對(duì)含天然氣水合物沉積層和含氣沉積層,我們?cè)诘皖l和高頻研究了兩者的速度頻散和衰減現(xiàn)象。地震衰減和速度頻散與含天然氣水合物沉積物和含氣沉積物的彈性參數(shù)有密切關(guān)聯(lián)。當(dāng)含天然氣水合物沉積物中天然氣水合物的飽和度達(dá)到66%及含氣沉積物中氣體飽和度達(dá)到15%時(shí),速度差異、流體模量差異和縱波速度模量的相對(duì)差異到達(dá)最大值。我們發(fā)現(xiàn),在一定飽和度范圍內(nèi),當(dāng)天然氣水合物是流體的一部分,地震波衰減隨著天然氣水合物飽和的增加而增大;在超過該范圍時(shí),速度頻散和衰減隨著天然氣水合物飽和度和氣體飽和度增加而減小。地震衰減和速度頻散可以作為區(qū)分天然氣水合物沉積物和自由氣體飽和沉積物的重要地震屬性,并可以用來進(jìn)行其他相關(guān)研究,比如研究天然氣水合物的賦存模式。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：P618.13;P631.4

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2 鄔黛黛;南海天然氣水合物的早期成巖作用和地球化學(xué)特性研究[D];浙江大學(xué);2008年

3 馬立杰;利用衛(wèi)星遙感探測(cè)海域天然氣水合物[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（海洋研究所）;2005年

4 郭威;天然氣水合物孔底冷凍取樣方法的室內(nèi)試驗(yàn)及傳熱數(shù)值模擬研究[D];吉林大學(xué);2007年

5 賈瑞;天然氣水合物熱管式孔底快速冷凍機(jī)構(gòu)及蒸汽法試開采試驗(yàn)研究[D];吉林大學(xué);2013年

6 王志遠(yuǎn);含天然氣水合物相變的環(huán)空多相流流型轉(zhuǎn)化機(jī)制研究[D];中國(guó)石油大學(xué);2009年

7 張凌;天然氣水合物賦存地層鉆井液試驗(yàn)研究[D];中國(guó)地質(zhì)大學(xué);2006年

8 孫璐;天然氣水合物準(zhǔn)三維處理技術(shù)研究與應(yīng)用[D];中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）;2009年

9 劉曉蘭;深水鉆井井筒內(nèi)天然氣水合物形成機(jī)理及預(yù)防研究[D];中國(guó)石油大學(xué);2008年

10 徐寧;東海天然氣水合物地球物理特征及全波形反演方法研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（海洋研究所）;2007年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 高偉;天然氣水合物相平衡及其表面張力影響研究[D];東南大學(xué);2005年

2 張凌;天然氣水合物鉆進(jìn)時(shí)井內(nèi)溫度分布模型研究[D];中國(guó)地質(zhì)大學(xué);2003年

3 盛堰;水深通信技術(shù)在海底天然氣水合物成藏環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[D];華南理工大學(xué);2010年

4 劉健;天然氣水合物鉆探取樣保真器結(jié)構(gòu)研究[D];中國(guó)石油大學(xué);2010年

5 鄒常偉;青海南祁連木里地區(qū)天然氣水合物評(píng)價(jià)方法對(duì)比研究[D];中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京);2015年

6 陳曉慶;置換結(jié)合降壓法開采天然氣水合物的實(shí)驗(yàn)研究[D];大連理工大學(xué);2015年

7 欒奕;南海北部神狐海域天然氣水合物的地球物理識(shí)別及成因機(jī)理探討[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院(海洋研究所);2015年

8 李攀峰;基于天然氣水合物勘探的海水溶解甲烷地球化學(xué)特征和提取技術(shù)研究[D];中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京);2012年

9 張志冰;海水中甲烷濃度原位地球化學(xué)探測(cè)系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用[D];中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京);2013年

10 梁裕揚(yáng);瓊東南盆地天然氣水合物成礦地質(zhì)條件分析及識(shí)別新方法應(yīng)用[D];中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）;2011年

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本文編號(hào)：2298366