祁连山冻土区天然气水合物储层地球物理响应特征数值模拟研究

【摘要】：天然气水合物(以下简称水合物)是一种储量巨大、洁净的新型替代能源,我国已在祁连山冻土区发现并钻获了实物样品。与国外极地冻土区发现的水合物相比,祁连山冻土区水合物成藏规律和控制因素更为复杂,使得野外地球物理勘探方法遇到了困难,而基于岩石物理的数值模拟是一种研究水合物储层地球物理响应特征的有效手段。本文依据祁连山冻土区水合物的实际赋存地质条件,基于不同的地球物理方法进行建模,并利用建立的模型开展数值模拟,对水合物储层的地球物理响应特征进行了探索。利用有限单元法(FEM)通过对水合物储层电阻率、赋存规模、埋深变化时的音频大地电磁测深(AMT)响应特征进行模拟,结果表明孔隙度小于5%、水合物饱和度大于70%、赋存规模小于50m、埋深超过500m时,AMT方法难以识别与圈定水合物储层;利用非线性共轭梯度算法(NLCG)通过对不同测线长度、测点间距、频点数对水合物储层的AMT反演结果影响规律进行模拟,结果表明在水合物可能赋存区域,最佳的采集参数为:3倍区域宽度的测线长度,11个测点数,4个高频段(100~1000Hz)的频点数。利用基于岩石物理模型的等效介质理论建立的正演模拟速度模型和射线追踪理论,对水合物储层孔隙度、层厚、水合物饱和度变化时的地震反射波振幅随偏移距变化(AVO)的响应特征进行模拟,结果表明孔隙度变化对AVO属性的分区较好,水合物饱和度变化对AVO属性的区分空间较小,层厚变化与AVO属性呈线性关系;由水合物储层水合物饱和度和岩性的变化对不同弹性参数敏感性的模拟结果可知,μ-E交会图识别水合物储层效果良好,μ和λ/μ进行交会可区分水合物储层岩性。基于等效介质理论的弹性波速度模型和两端元层状介质模型,分别对孔隙和裂缝充填型水合物储层的声波速度和水合物饱和度特征进行模拟,结果表明DKXX-13孔为典型孔隙充填型水合物储层,水合物饱和度变化范围为13.0~85.0%,平均值为61.9%,与利用标准阿尔奇公式估算的结果基本一致;DKXX-19孔为典型裂缝充填型水合物储层,水合物饱和度变化范围为14.1~89.9%,平均值为69.4%。祁连山冻土区水合物储层地球物理响应特征的获取,对于指导野外水合物地球物理勘查和实测资料的处理与解释具有重要意义,为我国冻土区水合物资源的勘探开发提供了切实可行的技术保障。 【关键词】：祁连山冻土区 天然气水合物储层 AMT AVO 声波测井
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P618.13;P631
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 前言11-21
• 1.1 选题意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-18
• 1.2.1 天然气水合物AMT数值模拟12-15
• 1.2.2 天然气水合物AVO数值模拟15-16
• 1.2.3 天然气水合物声波测井数值模拟16-18
• 1.3 主要研究内容18-19
• 1.4 主要创新点19-20
• 1.5 发表文章20-21
• 第二章 天然气水合物成藏地质条件21-27
• 2.1 区域地质及天然气水合物钻探工程概况21-23
• 2.1.1 区域构造背景21
• 2.1.2 地层概况21-22
• 2.1.3 天然气水合物钻探概况22-23
• 2.2 天然气水合物地质条件23-27
• 2.2.1 构造条件23-25
• 2.2.2 沉积条件25
• 2.2.3 气源条件25-27
• 第三章 天然气水合物AMT数值模拟研究27-58
• 3.1AMT工作方法及数值模拟理论28-36
• 3.1.1 AMT工作方法28-29
• 3.1.2 AMT数值模拟理论29-36
• 3.2 地层电性关系研究36-39
• 3.2.1 电阻率计算模型36
• 3.2.2 地电模型36-39
• 3.3 天然气水合物储层AMT响应特征研究39-49
• 3.3.1 天然气水合物层状地层模型响应特征39-41
• 3.3.2 天然气水合物高阻异常体模型响应特征41-49
• 3.4 采集参数对AMT反演结果的影响研究49-57
• 3.4.1 天然气水合物典型高阻异常体正演模拟50-52
• 3.4.2 测线长度52-54
• 3.4.3 点距54-55
• 3.4.4 频点数55-57
• 3.5 本章小结57-58
• 第四章 天然气水合物AVO数值模拟研究58-87
• 4.1 AVO数值模拟技术59-62
• 4.1.1 AVO基础理论59-60
• 4.1.2 经典近似公式60-62
• 4.2 天然气水合物地层物性参数研究62-71
• 4.2.1 天然气水合物岩石微观模型62-63
• 4.2.2 天然气水合物微观模型速度分析63-66
• 4.2.3 天然气水合物储层正演模拟速度模型66-69
• 4.2.4 天然气水合物储层基本模型69-71
• 4.3 AVO正演响应规律研究71-79
• 4.3.1 AVO属性提取71-73
• 4.3.2 斜率、截距特征73-76
• 4.3.3 反射系数特征76-79
• 4.4 弹性参数敏感性研究79-86
• 4.4.1 天然气水合物储层识别敏感参数79-83
• 4.4.2 岩性区分敏感参数83-86
• 4.5 本章小结86-87
• 第五章 天然气水合物声波测井数值模拟研究87-109
• 5.1 声波测井数值模拟技术88-95
• 5.1.1 孔隙型储层数值模拟89-92
• 5.1.2 裂缝型储层数值模拟92-95
• 5.2 孔隙型储层声波速度与天然气水合物饱和度估算研究95-102
• 5.2.1 DKXX-13孔测井资料分析95-96
• 5.2.2 声波速度特征分析96-100
• 5.2.3 天然气水合物饱和度估算100-102
• 5.3 裂缝型储层声波速度与天然气水合物饱和度估算研究102-108
• 5.3.1 DKXX-19孔测井资料分析102-103
• 5.3.2 声波速度特征分析103-106
• 5.3.3 天然气水合物饱和度估算106-108
• 5.4 本章小结108-109
• 第六章 结论及展望109-112
• 6.1 结论和认识109-110
• 6.2 下一步工作110-112
• 参考文献112-130
• 致谢130-131
• 个人简历以及攻读学位期间主要研究成果131-132

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