CN108613699A - 一种天然气水合物岩芯非保真样品的船载检测方法 - Google Patents

Abstract

一种天然气水合物岩芯非保真样品的船载检测方法，属于海洋油气藏资源勘探技术领域。技术要点是，判断水合物岩芯样品是否失真，若取样器压力小于10Mpa,则水合物岩芯样品保压失利；对水合物岩芯样品进行气、水、泥的分离收集，并对水合物岩芯样品进行测温；对分离收集后的气、水、泥进行检测。有益效果是:本发明所述根据非保真样品情况进行检测，对天然气水合物非保真岩芯利用电阻率法，孔隙氯离子浓度法以及气体量EOS方程计算水合物饱和度；以及分解过程中的红外测温，和分解的气、水、泥的检测获得天然气水合物非保真岩心的相关物性参数；有效地解决了只能在保证样品的情况下进行水合物饱和度计算与测量的问题，对水合物岩芯样品进行了充分的利用。

Description

一种天然气水合物岩芯非保真样品的船载检测方法

技术领域

本发明属于海洋油气藏资源勘探技术领域，尤其涉及一种天然气水合物岩芯非保真样品的船载检测方法。

背景技术

天然气水合物因其储量巨大以及燃烧时清洁无污染而被许多研究者认为能够替代煤、石油等传统化石燃料成为新一代的能源，缓解全球能源危机；我国天然气储量巨大，具有极大的开采潜力。为了进一步对天然气水合物试开采工作提供更多可靠的数据，需要通过船载取芯勘探的方式，对其岩芯的基础物性进行检测分析。因此根据取出的不同的岩芯情况，建立一套完整的，安全可靠的天然气水合物岩芯样品检测方法显得尤为重要。目前，现存的各个保压取样器的平均压力维持率为70％，对于保压失利的岩芯样品，虽然其一些物性参数和海底天然气水合物矿藏有较大的区别，但仍具有一定的研究价值；如将失真样品废弃将会造成一定的浪费，因此一种天然气水合物岩芯非保真船载检测方法对勘探过程显得不可或缺；其可有效地解决取出样品的浪费问题，使失真样品也可发挥一定的作用。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提出一种天然气水合物岩芯非保真样品的船载检测方法，该方法通过对天然气水合物非保真岩芯利用电阻率法，孔隙氯离子浓度法以及气体量EOS方程计算水合物饱和度；以及分解过程中的红外测温，和分解的气、水、泥的检测获得天然气水合物非保真岩心的相关物性参数。

技术方案如下：

一种天然气水合物岩芯非保真样品的船载检测方法，步骤如下：

S1、判断水合物岩芯样品是否失真，若取样器压力小于10Mpa,则水合物岩芯样品保压失利；

S2、对水合物岩芯样品进行气、水、泥的分离收集，并对水合物岩芯样品进行测温；

S3、对分离收集后的气、水、泥进行检测。

进一步的，步骤S1中，将取样器上提至甲板，用低温布包裹，若取样器压力小于10Mpa，认为样品保压失利，，直接将该取样器置于船载冷库中进行泄压。

进一步的，步骤S2具体步骤如下：

S2.1、将保压存储桶在低温集装箱内进行低温条件下的泄压，在泄压过程中连接气、水、泥分离装置，压力不高于2MPa，并收集气体至取样袋；

S2.2、当压力降至常压后继续分解2-3min，然后打开取样器，取出岩芯衬管进行纵切后放入低温槽，拍照及影像采集，如样品保存完整则用液氮直接封存；另取平剖后的水合物岩芯样品用红外成像仪对其表面进行红外测温；

S2.3、取一部分水合物岩芯样品离心进行液、泥的分离；

进一步的，步骤S3具体步骤如下：

S3.1、将气体引入到点火装置进行点火测试，并用注射器抽取集气袋中气体注入到气相色谱仪中进行气相色谱分析，分析气体组成，判断水合物是否为甲烷水合物；

S3.2、将离心后获得的孔隙水分成若干份，使用SG78、梅特勒-托列多参数便携式测量仪并配以不同的测量电极对孔隙水进行电导率、氯离子浓度进行检测。

进一步的，利用氯离子浓度计算天然气水合物饱和度，步骤如下：

水合物饱和度S_h可通过氯离子异常求得：

其中，ρ_h为纯天然气水合物密度，取0.9g/cm³；Cl_pw、Cl_sw分别是孔隙水中实测的氯离子浓度和原地孔隙水中氯离子的浓度，原地孔隙水中氯离子的浓度通过拟合物稳定带顶底的氯离子含量趋势而求得。

进一步的，利用电阻率计算天然气水合物饱和度，步骤如下：

用Archie方程算出水合物的饱和度S_h：

式中：S_w为岩芯样品含水饱和度；R₀、R_t分别是孔隙流体的理论电阻率和实测电阻率；n是一个经验参数，对含天然气水合物的碎屑沉积物，取n＝1.9386；对含游离气的碎屑沉积物，取n＝1.62。

进一步的，利用气体量EOS方程法获取水合物饱和度，步骤如下：

通过水合物完全分解产生的气体摩尔量n，来计算水合物的体积V_h，最后通过提供的沉积物孔隙度φ等数据计算水合物饱和度S_h。

由EOS方程得：

PV＝nZRT

V_h＝n·M_h/ρ_h

S_h＝V_h/(φ·V₀)

其中压缩因子Z用PR方程计算，

其中，P为集气装置的压力；T为集气装置内温度；V为集气装置的容积；n为甲烷气体的摩尔量；R为气体常数8.314J/mol·K；V₀为岩芯样品总体积；p_c、T_c为甲烷气体的临界参数。

本发明的有益效果是：

本发明所述的天然气水合物岩芯非保真样品的船载检测方法根据非保真样品情况进行检测，对天然气水合物非保真岩芯利用电阻率法，孔隙氯离子浓度法以及气体量EOS方程计算水合物饱和度；以及分解过程中的红外测温，和分解的气、水、泥的检测获得天然气水合物非保真岩心的相关物性参数；有效地解决了只能在保证样品的情况下进行水合物饱和度计算与测量的问题，对水合物岩芯样品进行了充分的利用。

附图说明

图1是本发明天然气水合物岩芯非保真样品的船载检测方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图1对天然气水合物岩芯非保真样品的船载检测方法做进一步说明。

实施例1

第一步：判断样品是否失真

将取样器上提至甲板，用低温布包裹，若取样器压力小于10Mpa，认为样品保压失利，不进行声波分析，直接将该取样器置于船载冷库中进行泄压。

第二步：进行气、水、泥的分离收集，并对岩芯样品进行测温

将保压存储桶在低温集装箱内进行低温(0-3℃)条件下的泄压，在泄压过程中连接气、水、泥分离装置，压力不能高于2MPa，并收集气体至取样袋，用于后期分析及现场分析；

当压力降至常压后继续分解2-3min，然后打开取样器，取出岩芯衬管进行纵切后放入低温槽，拍照及影像采集，如样品保存较好则用液氮直接封存。另取平剖后的样品用红外成像仪对样品表面进行红外测温。

取少量岩芯离心进行液、泥的分离，离心转速3000转/min，离心5min；

第三步：气、水、泥的样品检测

将气体引入到点火装置的气体进行点火测试，并用注射器抽取集气袋中气体注入到气相色谱仪中进行气相色谱分析，分析气体组成，判断水合物是否为甲烷水合物。

将离心后获得的孔隙水分成若干份，根据不同的要求使用SG78，梅特勒-托列多参数便携式测量仪并配以不同的测量电极对孔隙水进行电导率、氯离子浓度等物性参数进行检测。其中电导率、氯离子浓度的测量是为了获取水合物的饱和度。

1.孔隙水氯离子浓度法：

天然气水合物像冰一样在其形成过程中排斥溶解于孔隙水中的盐离子，使其盐离子向外扩散，而当水合物分解时，孔隙水就会被稀释，使得钻孔获得的水合物样品比不含水合物的样品具有更低的盐度，因此，利用孔隙水氯离子浓度异常不仅可以确定稳定带顶部位置，而且也能用于天然气水合物饱和度的预测。

水合物饱和度S_h可通过氯离子异常求得：

其中，ρ_h为纯天然气水合物密度(取0.9g/cm³)；Cl_pw，Cl_sw分别是孔隙水中实测的氯离子浓度和原地孔隙水中氯离子的浓度，后者可以通过拟合物稳定带顶底的氯离子含量趋势而求得。

2、电阻率法：

如果BSR之上的高电阻率是由水合物的存在引起的，由于部分孔隙被水合物充填，部分被水充填，那么天然气水合物的饱和度S_h可用Archie方程算出：

式中：S_w为岩芯样品含水饱和度；R₀，R_t分别是孔隙流体的理论电阻率和实测电阻率；n是一个经验参数。因此孔隙中天然气水合物或游离气的饱和度可以通过上述公式求出，对含天然气水合物的碎屑沉积物，取n＝1.9386，对含游离气的碎屑沉积物，取n＝1.62。

3、气体量EOS方程法：

利用气体量EOS方程法获取水合物饱和度，步骤如下：

通过水合物完全分解产生的气体摩尔量n，来计算水合物的体积V_h，最后通过提供的沉积物孔隙度φ等数据计算水合物饱和度S_h。

由EOS方程得：

PV＝nZRT

V_h＝n·M_h/ρ_h

S_h＝V_h/(φ·V₀)

其中压缩因子Z用PR方程计算，

其中，P为集气装置的压力；T为集气装置内温度；V为集气装置的容积；n为甲烷气体的摩尔量；R为气体常数8.314J/mol·K；V₀为岩芯样品总体积；p_c、T_c为甲烷气体的临界参数。

实施例2

第一步：从海底取出若干取样器，检查取样器内压力若小于10Mpa则确定为保压失利。

第二步：将将该取样器置于船载冷库中进行泄压。

第三步：在泄压过程中连接气、水、泥分离装置并收集气体至取样袋，用于后期分析及现场分析；

当压力降至常压后打开保压筒，取出岩芯衬管进行平切后放入低温槽，拍照及影像采集。如样品保存较好则用液氮直接封存。另取平剖后的样品用红外成像仪对样品表面进行红外测温；

取少量岩芯置于离心机中进行液、泥的分离，离心转速3000转/min，离心5min；

将引入到点火装置的气体进行点火测试，并用注射器抽取集气袋中气体引入到气相色谱仪中进行气相色谱分析；

将离心后获得的孔隙水分成若干份，根据不同的要求使用SG78，梅特勒-托列多参数便携式测量仪并配以不同的测量电极对孔隙水进行电导率、氯离子浓度等物性参数进行检测。记录数据用于后期计算。

第五步：将获得的孔隙水氯离子浓度、孔隙水电导率结合上述公式进行计算获得岩芯水合物饱和度。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种天然气水合物岩芯非保真样品的船载检测方法，其特征在于，步骤如下：

S1、判断水合物岩芯样品是否失真，若取样器压力小于10Mpa,则水合物岩芯样品保压失利；

S2、对水合物岩芯样品进行气、水、泥的分离收集，并对水合物岩芯样品进行测温；

S3、对分离收集后的气、水、泥进行检测。

2.如权利要求1所述的天然气水合物岩芯非保真样品的船载检测方法，其特征在于，步骤S1中，将取样器上提至甲板，用低温布包裹，若取样器压力小于10Mpa，认为样品保压失利，直接将该取样器置于船载冷库中进行泄压。

3.如权利要求1所述的天然气水合物岩芯非保真样品的船载检测方法，其特征在于，步骤S2具体步骤如下：

S2.1、将保压存储桶在低温集装箱内进行低温条件下的泄压，在泄压过程中连接气、水、泥分离装置，压力不高于2MPa，并收集气体至取样袋；

S2.2、当压力降至常压后继续分解2-3min，然后打开取样器，取出岩芯衬管进行纵切后放入低温槽，拍照及影像采集，如样品保存完整则用液氮直接封存；另取平剖后的水合物岩芯样品用红外成像仪对其表面进行红外测温；

S2.3、取一部分水合物岩芯样品离心进行液、泥的分离。

4.如权利要求1所述的天然气水合物岩芯非保真样品的船载检测方法，其特征在于，步骤S3具体步骤如下：

S3.1、将气体引入到点火装置进行点火测试，并用注射器抽取集气袋中气体注入到气相色谱仪中进行气相色谱分析，分析气体组成，判断水合物是否为甲烷水合物；

S3.2、将离心后获得的孔隙水分成若干份，使用SG78、梅特勒-托列多参数便携式测量仪并配以不同的测量电极对孔隙水进行电导率、氯离子浓度进行检测。

5.如权利要求4所述的天然气水合物岩芯非保真样品的船载检测方法，其特征在于，利用氯离子浓度计算天然气水合物饱和度，步骤如下：

水合物饱和度S_h可通过氯离子异常求得：

其中，ρ_h为纯天然气水合物密度，取0.9g/cm³；Cl_pw、Cl_sw分别是孔隙水中实测的氯离子浓度和原地孔隙水中氯离子的浓度，原地孔隙水中氯离子的浓度通过拟合物稳定带顶底的氯离子含量趋势而求得。

6.如权利要求4所述的天然气水合物岩芯非保真样品的船载检测方法，其特征在于，利用电阻率计算天然气水合物饱和度，步骤如下：

用Archie方程算出水合物的饱和度S_h：

式中：S_w为岩芯样品含水饱和度；R₀、R_t分别是孔隙流体的理论电阻率和实测电阻率；n是一个经验参数，对含天然气水合物的碎屑沉积物，取n＝1.9386；对含游离气的碎屑沉积物，取n＝1.62。

7.如权利要求4所述的天然气水合物岩芯非保真样品的船载检测方法，其特征在于，利用气体量EOS方程法获取水合物饱和度，步骤如下：

通过水合物完全分解产生的气体摩尔量n，来计算水合物的体积V_h，最后通过提供的沉积物孔隙度φ等数据计算水合物饱和度S_h。

由EOS方程得：

PV＝nZRT

V_h＝n·M_h/ρ_h

S_h＝V_h/(φ·V₀)

其中压缩因子Z用PR方程计算，

其中，P为集气装置的压力；T为集气装置内温度；V为集气装置的容积；n为甲烷气体的摩尔量；R为气体常数8.314J/mol·K；V₀为岩芯样品总体积；p_c、T_c为甲烷气体的临界参数。