海域孔隙型储层天然气水合物...征：声波和电阻率测井的约束_王圣宜.pdf

第 37 卷第 1 期2023 年 2 月现代地质GEOSCIENCEVol.37No.1Feb.，2023DOI:10.19657/j.geoscience.1000 8527.2022.066海域孔隙型储层天然气水合物赋存模式定量化表征:声波和电阻率测井的约束王圣宜1，邹长春1，彭诚1，王红才2，陆敬安3，康冬菊3，伍操为1，蓝茜茜1，谢莹峰3(1.中国地质大学(北京)地球物理与信息技术学院，北京100083;2.中国地质科学院地质力学研究所，北京100081;3.中国地质调查局广州海洋地质调查局，广东 广州510760)收稿日期:2022-04-20;改回日期:2022-07-22。基金项目:广东省重点领域研发计划“海洋高端装备制造及资源保护与利用”重点专项(2020B1111030003);自然资源部中国地质调查局地质调查项目(DD20190231)。作者简介:王圣宜，女，硕士研究生，1998 年出生，地球探测与信息技术专业，主要从事岩石物理建模与反演方面的研究。Email:。通信作者:邹长春，男，博士生导师，1969 年出生，地球探测与信息技术专业，主要从事岩石物理、测井与井中物探、油气勘察和科学钻探领域的教学和科研工作。Email:zoucc 。摘要:海域孔隙型天然气水合物储层中，水合物主要以颗粒胶结、包裹胶结、骨架支撑、孔隙悬浮 4 种赋存模式充填沉积物孔隙，水合物饱和度与赋存模式的不同导致了储层弹性和电性的差异，利用声波和电阻率测井资料联合处理可以进行水合物赋存模式的定量表征。首先利用 Simandoux 公式计算水合物饱和度，然后通过有效介质模型构建的岩石物理模板识别水合物赋存模式，最后计算储层中不同赋存模式水合物的相对占比。以全球范围内三个典型区域(中国南海神狐海域、北美 Blake 海台、新西兰 Hikurangi 边缘)为例，利用水合物储层的实际钻探资料，对水合物赋存模式进行定量分析:(1)中国南海神狐海域 SH2 站位储层中，水合物主要以骨架支撑模式产出，约占水合物总量的64%;(2)Blake海台 994C 站位储层中，水合物主要为颗粒胶结和包裹胶结模式，分别占总量的 27%和 51%;(3)Hikurangi 边缘U1518B 站位的水合物储层中，水合物主要为包裹胶结和骨架支撑模式，分别占总量的 32%和47%。前人针对水合物形成和赋存模式的实验研究显示，水合物更易以颗粒胶结、包裹胶结和骨架支撑模式赋存，从侧面验证了上述分析结果的可靠性。本研究使用的声波和电阻率测井资料联合处理方法可实现海域孔隙型储层水合物赋存模式定量化评价。关键词:天然气水合物;赋存模式;测井评价;饱和度中图分类号:P631.8文献标志码:A文章编号:1000 8527(2023)01 0127 11Quantitative Characterization of Hydrate Occurrence Modein Marine Pore-filling Gas Hydrate eservoirs:Constraints from Acoustic and esistivity Log DataWANG Shengyi1，ZOU Changchun1，PENG Cheng1，WANG Hongcai2，LU Jingan3，KANG Dongju3，WU Caowei1，LAN Xixi1，XIE Yingfeng3(1.School of Geophysics and Information Technology，China University of Geosciences，Beijing100083，China;2.Institute of Geomechanics，Chinese Academy of Geological Sciences，Beijing100081，China;3.Guangzhou Marine Geological Survey，China Geological Survey，Guangzhou，Guangdong510760，China)Abstract:In marine pore-filling natural gas hydrate reservoirs，hydrates are mainly produced in four occurrencemodes:contact-cemented，grain-coated，matrix-supported，pore-suspended Discrepancies in reservoir elastic-electrical properties are caused by different hydrate occurrence modes，and integrated acoustic and resistivity logdata processing can effectively identify the hydrate occurrence mode We used petrophysical models to simulatethe reservoir acoustic and electrical responses，based on common log data(incl resistivity and longitudinal ve-locity)，and identified hydrate occurrence modes and calculated hydrate saturation We also quantitatively char-acterized the occurrence modes，via calculating the relative proportion of the four hydrate occurrence modesActual drilling data from three typical marine hydrate reservoirs(i.e.，Shenhu area of the South China Sea，Blake idge in North America，Hikurangi margin in New Zealand)were used as examples to quantify the hy-drate reservoir occurrence mode:(1)In the hydrate reservoir at Shenhu Site SH2，hydrates are predominantlymatrix-supported，accounting for 64%of the total;(2)In the reservoir at Blake idge Site 994C，the hy-drates are mainly of contact-cemented(27%)and grain-coated(51%)modes;(3)In the hydrate reservoir atHikurangi Site U1518B，the hydrates are mainly of grain-coated(32%)and matrix-supported(47%)modesPrevious experimental studies on hydrate formation and occurrence mode show that the hydrates are more likelyto be stored as contact-cemented，grain-coated and matrix-supported mode，which supports the analytical relia-bility The integrated acoustic and electrical log data processing here enables the quantitative evaluation of hy-drate reservoir occurrence mode in marine pore-filling gas hydrate reservoirsKey words:natural gas hydrate;occurrence mode;logging evaluation;saturation0引言海域水合物储层中，天然气水合物主要以孔隙充填和裂隙充填模式产出，其中孔隙型储层中水合物替代了孔隙中的流体，分布于沉积物孔隙中;裂隙型储层中沉积物颗粒发生相对位移，水合物在张开的裂缝中产出，不占据孔隙空间1 2。水合物赋存模式影响了地震资料的解释和水合物资源的开采，研究储层地球物理响应与赋存模式的关系有重要的理论意义与实际应用价值。为确定海域孔隙型天然气水合物储层中水合物的微观形态，前人使用不同沉积物组分的松散沉积物开展了一系列水合物合成 分解实验3 6，并使用 XCT、SEM 等方法观测了水合物的微观分布。结果表明，在不同的气源和沉积物成分条件下，水合物有着不同的孔隙习性7 9。为模拟水合物形态对储层物性的影响，国内外学者提出了一系列赋存模式分类方法及岩石物理模型:Dvor-kin 将水合物分为颗粒胶结和包裹胶结 2 类10 11。Ecker 认为水合物胶结沉积物或分布在远离颗粒的孔隙空间中12 13。根据中国南海水合物储层性质，宁伏龙等14 将孔隙充填水合物储层划分为孔隙悬浮、骨架支撑、包裹胶结、颗粒胶结和有孔虫充填 5 种赋存模式。水合物的赋存模式制约了储层的岩石物理特征15，其中取代孔隙流体或阻塞孔隙喉道的水合物大幅度影响了沉积物的电学响应;胶结沉积物颗粒或分布于沉积物骨架中的水合物也明显影响了沉积物的声学响应16。目前海域水合物储层的定量评价尚处于探索阶段，主要是基于储层的地球物理响应规律，通过将测井、地震等资料与岩石物理模型结合，预测水合物储层的饱和度，进而估计水合物的资源量17 19。前人提出了多种电学、声学模型，其中Simandoux 公式克服了海域水合物储层泥质含量对Archie 公式的影响，适用于海域孔隙型水合物储层20。而储层的声学岩石物理模型主要分为理论模型与经验公式，如 Wood 方程、时间平均方程、Lee 权重模型和改进的 Biot-Gassmann 模型21 23。对于不同的水合物微观形态，基于孔隙尺度下沉积物颗粒间的相互作用，前人提出了一系列适用于不同水合物微观形态的岩石物理模型，包括胶结接触模型、有效介质模型、K T 方程、SCA 模型等10，13，24 26。但是在实际储层中，孔隙中的水合物以多种形态共存，因此单一物性模型、单一赋存模式的评价方法难以奏效。前人根据有效介质模型、均质化模型等岩石物理模型确定了储层的水合物赋存模式类型，并进行了储层水合物饱和度评价26 27，但并不能准确识别各种赋存模式水合物的相对含量。为实现海域孔隙型水合物赋存模式的定量化表征，需要基于测井资料开发更有效的多参量多模式的新方法。本文尝试使用声波和电阻率测井资料联合处理的方法对孔隙型水合物储层赋存模式进行定量化表征，结合三个典型的海域孔隙型水合物储层(中国南海神狐海域，北美 Blake 海台，新西兰821现代地质2023 年Hikurangi 边缘)实际资料的处理和分析，总结了各地区主要的水合物赋存模式和其变化特征，以期为水合物储层定量评价提供研究思路和方法。1海域孔隙型水合物赋存模式根据海域水合物储层中水合物与沉积物颗粒间的接触关系，可将储层分为孔隙型与裂隙型水合物储层。本文重点分析研究孔隙型水合物储层中，水合物的微观分布形态，进一步划分了赋存模式，这对水合物资源的准确评价和生产开发有着重要意义。结合海域孔隙型水合物储层的测井响应特征及水合物微观分布形态，本文将孔隙型水合物储层分为4 类(图1)