[发明专利]一种基于介电性质准确估算海洋沉积物中水合物饱和度的方法

说明书

本发明涉及一种基于介电性质准确估算海洋沉积物中水合物饱和度的方法，其包括以下步骤：步骤S1、将三维有限差分(3D‑FDM)模型与数据约束建模(DCM)软件相结合，获取不同水合物饱和度、水合物微观分布模式和沉积物孔隙度下的介电常数；步骤S2、在1GHz频率条件下，建立使用介电常数估算水合物饱和度的可靠关系；步骤S3、根据海洋沉积物的孔隙度及其介电常数，利用得到的介电常数与含水合物沉积物孔隙度和水合物饱和度之间的可靠关系，对海洋沉积物中水合物的饱和度进行准确估算。它能够在不同水合物微观分布模式和沉积物孔隙度条件下，利用含水合物沉积物的介电常数对其水合物饱和度进行快速准确地估算，并能够有效避免海水电导率对估算结果的影响。

技术领域

本发明涉及一种基于介电性质准确估算海洋沉积物中水合物饱和度的方法。

背景技术

天然气水合物，是一种由水和天然气(主要为甲烷)在低温、高压条件下组成的类冰状物质，广泛分布于海域大陆架边缘沉积物和永久冻土中(Kvenvolden和Lorenson,2001)。天然气水合物因其巨大的能源资源而被视为极具潜力的替代能源(Kvenvolden,1988；Collett,2002)，另一方面，海底温度和压力的改变能够导致天然气水合物发生分解，从而诱发海底滑坡、威胁海洋工程安全、加剧全球温室效应(Dickens,2004；Brown等，2006；Pecher等，2008)。沉积物中水合物的饱和度的定量估算，是一种准确评估水合物资源储量及其稳定状态的有效方法。因此，开发一种能够准确估算水合物储层中水合物饱和度的方法至关重要。

截至目前，地球物理方法仍然是现场调查方法中识别和评估水合物资源的主要方法。其中，地震勘探技术是使用最为广泛的调查方法之一。Wang等(2017)利用地震数据研究了新西兰希库朗伊俯冲边缘中水合物的生成过程，并指出渗透率的各向异性对水合物的分布发挥着重要作用。Hillman等(2016)通过不同震源频率和采集系统的地震数据精确绘制了三维似海底反射层，能够有效判别天然气水合物是否存在。此外，地球物理测井技术是原位储层中识别和估算水合物的最为直接有效的方法。肖昆等(2017)利用声波测井估算了裂缝水合物储层中的水合物饱和度，并有效估算了水合物饱和度在钻孔地层中的变化特征。刘洁等(2017)基于电阻率和声波测井定量计算了中国南海神狐海域SH2号井的水合物饱和度，表明一种被修正的电阻率方法能够更加精确地估算水合物饱和度。尽管上述方法在水合物资源的识别上发挥着重要作用，但是在水合物资源量的准确估算上仍然存在不足，而水合物资源量的准确估算主要依赖于各种地球物理性质与水合物饱和度之间的关系。

为了建立各种地球物理性质与水合物饱和度之间的关系，学者们开展了大量的实验室研究。目前主要有两种方法被用于实验样品水合物饱和度的确定，包括时域反射技术(TDR)(Wright等，2002)和压力-体积-温度方法(P-V-T)(Zhang等，2011；陈玉凤等，2013)。上述方法已经作为一种工具被广泛地应用于地球物理性质(如电阻率和声速)与水合物饱和度关系的研究中(Spangenberg和Kulenkampff，2006；Hu等，2010；陈玉凤等，2013)。然而，P-V-T方法需要精确地测量沉积物的孔隙度、气体体积和密度等参数，进而以确保计算水合物饱和度的准确性，这大大增加了实验的难度。相对而言，TDR技术更加直接可靠，其主要基于测量含水合物样品的介电常数，从而得到样品孔隙中的剩余水含量来确定水合物饱和度。因此，TDR技术成为了实验室中估算水合物饱和度的主要方法。