海域天然氣水合物開采的井中可控源電磁監(jiān)測三維正演模擬

劉瀅 何濤,? 張毅

1.造山帶與地殼演化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院, 北京 100871; 2.北京天然氣水合物國際研究中心, 北京 100871; 3.中國地質(zhì)科學(xué)院, 北京 100037; ? 通信作者, E-mail: taohe@pku.edu.cn

天然氣水合物(natural gas hydrate, NGH)是在低溫高壓條件下, 由天然氣分子和水分子形成的具有籠狀結(jié)構(gòu)的冰樣固態(tài)化合物[1]。天然氣水合物廣泛賦存于大陸邊緣的陸坡深海淺層沉積物和陸地永久凍土帶中, 資源量豐富[2]。一個單位體積的天然氣水合物分解后, 可以釋放約 164個單位體積的甲烷氣體。因甲烷燃燒釋放的 CO2最少, 天然氣水合物被視為一種清潔、高效的非常規(guī)能源, 受到世界各國的廣泛關(guān)注[3-5]。然而, 在天然氣水合物開采過程中, 沉積層穩(wěn)定性的破壞可能引發(fā)海底滑坡和海嘯等地質(zhì)災(zāi)害[6-7]以及大量甲烷氣體泄露至大氣中可能導(dǎo)致的嚴(yán)重生態(tài)環(huán)境問題[8-9]。因此, 開展天然氣水合物開采過程的儲層監(jiān)測工作, 對掌握天然氣水合物的分解范圍、動態(tài)調(diào)整開采方案以及評估環(huán)境風(fēng)險等方面具有重要意義。

海洋可控源電磁(controlled-source electromagnetic, CSEM)方法可以探測儲層與圍巖的電性差異,結(jié)合地震構(gòu)造解譯, 能夠較準(zhǔn)確地確定高阻(或低阻)儲層的分布范圍, 從而提高儲層評價和鉆井開采的成功率[10]。1997年, Edwards[5]首次將海洋CSEM 方法應(yīng)用在天然氣水合物探測中, 提出采用瞬變電偶極子-偶極子時域系統(tǒng), 通過測量行程時間來探測和評價天然氣水合物資源(天然氣水合物飽和度越高, 電阻率越高, 電磁波行程時間越短)。近年……