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海洋地质与第四纪地质 2025年第2期45卷 215-224页

作者：孙始财田万鑫孟庆国卜庆涛吴能友黄丽山东省土木工程防灾减灾重点实验室山东科技大学土木工程与建筑学院青岛266590 崂山实验室青岛266237 青岛海洋地质研究所自然资源部天然气水合物重点实验室青岛266237

沉积物中天然气水合物的生成受到多种因素的制约,其中沉积物自身的物理化学性质亦不容忽视。基于南海沉积物的矿物组成,选用橄榄石、碳酸盐、长石和石英4种矿物介质对水合物的生成过程进行了实验模拟。结果表明,在低含水率情况下,4种矿... 详细信息

沉积物中天然气水合物的生成受到多种因素的制约,其中沉积物自身的物理化学性质亦不容忽视。基于南海沉积物的矿物组成,选用橄榄石、碳酸盐、长石和石英4种矿物介质对水合物的生成过程进行了实验模拟。结果表明,在低含水率情况下,4种矿物中矿物的亲水性越强,水合物成核时间越长;而在沉积物含水率高的情况下,矿物亲水性的影响减弱,4种矿物中水合物成核时间接近。橄榄石中水合物的生长速率最快,石英中水合物的生长速率最慢。此外,4种矿物中,水合物均呈现由沉积物向上部气相空间生长的特征,这种生长方式使水合物的生长速率呈现出先快后慢再快的趋势。在4种矿物中,同一含水率条件下最终形成的水合物饱和度基本接近,约为12.52%~34.32%。实验结果对于水合物地质勘探以及开采选址具有一定的参考价值。

关键词：天然气水合物矿物亲水性初始含水率成核时间

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海域天然气水合物开采对疏松砂岩气藏开发技术的借鉴与创新

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天然气工业 2025年第4期45卷 193-202页

作者：李江涛胡高伟王任一项燚伟纪云开李润彤张永年冯大强中国石油青海油田公司青海省高原咸化湖盆油气地质重点实验室自然资源部天然气水合物重点实验室·中国地质调查局青岛海洋地质研究所青岛海洋科技中心海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室浙江海洋大学中国石油西南油气田公司

海域天然气水合物（以下简称水合物）矿藏多为弱成岩泥质粉砂储层，地质及开采特征与疏松砂岩气藏类似，两者的开采技术关联性强，借鉴疏松砂岩气藏的成熟开发技术对于实现海域水合物商业化开采具有重要的指导意义。为此，分析了水合物... 详细信息

海域天然气水合物（以下简称水合物）矿藏多为弱成岩泥质粉砂储层，地质及开采特征与疏松砂岩气藏类似，两者的开采技术关联性强，借鉴疏松砂岩气藏的成熟开发技术对于实现海域水合物商业化开采具有重要的指导意义。为此，分析了水合物藏储层开采地质条件和试采生产特征，明确了制约此类矿藏开采的技术难题，进而借鉴中国石油青海油田公司在近30年疏松砂岩气藏开发中形成的关键技术，创新性提出了解决水合物开采面临的地质工程问题的思路和方案。研究结果表明：(1)水合物藏开采方式的技术突破点在于“井网布控、稳上采下、地热焖层、间歇排采、降压换热、均衡动用”，而开采工艺技术的突破点在于“套管钻井、水下吊钻、造缝注介、转水热解、清砂助排、填料补强、井网锚固”；(2)水合物藏开采可遵循“温和注热、破立兼顾、缓慢降压、低速开采”“优化井网、循环加热、应力监测、挖潜差层”“智能支撑、钻井先行、材料为重、降本增效”3大开发技术路线。结论认为，疏松砂岩气藏高效开发技术对水合物开采技术的创新、提高、发展均具有实际的启示和借鉴作用，但目前对水合物开发机理的研究和新技术现场试验还不完备，下一步应进一步优选升级、创新完善相关研究工作。

关键词：疏松砂岩气藏天然气水合物弱成岩储层开采方式开采技术开采技术政策

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海洋含气土高应力加卸载变形特征与渗流规律

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力学学报 2025年第2期57卷 545-558页

作者：宋杰刘乐乐刘涛张永超杨磊万义钊中国海洋大学海底建设与保护山东省工程研究中心山东青岛266100 中国地质调查局青岛海洋地质研究所自然资源部天然气水合物重点实验室山东青岛266237 东海实验室浙江舟山316021 浙江省海洋地质调查大队浙江舟山316021

含气土是一种结构特殊的土,具有力学强度低、压缩性高、膨胀性强和固结过程复杂等特点,在海洋工程建设中容易诱发多种形式的灾害.海洋含气土的力学性质变化受有效固结应力和孔隙压力的影响,但是目前针对更高有效固结应力条件下的海洋含... 详细信息

含气土是一种结构特殊的土,具有力学强度低、压缩性高、膨胀性强和固结过程复杂等特点,在海洋工程建设中容易诱发多种形式的灾害.海洋含气土的力学性质变化受有效固结应力和孔隙压力的影响,但是目前针对更高有效固结应力条件下的海洋含气土力学性质试验研究还不够充分.文章首先对取自浙江舟山近海浅层气富集区的海洋沉积物进行了物理力学指标测试,然后重塑并借助沸石制备了含气土试样,最后在侧向完全受限条件下开展了循环加卸载试验,竖向载荷最高达到3200 kPa,揭示了海洋沉积物粒径级配、矿物组成、液限和塑限含水率等指标在去除盐分前后的变化机理,分析了含气量等因素对海洋含气土试样加卸载变形回弹与渗流过程的影响规律.结果表明,海洋含气土的体积压缩系数随着载荷的增加而减小,并且含气量越高则压缩指数与回弹指数均增大;孔隙水与气体主要在循环加卸载过程中的首轮排出,并且集中在首轮加载的初期;在首轮加载过程中,不含气饱和海洋土的渗透系数单调减小,而海洋含气土的渗透系数出现了明显的回升波动.

关键词：浅层气含气土固结试验压缩指数渗透系数

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海洋天然气水合物工程地质学的提出、学科内涵与展望

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地学前缘 2025年第2期32卷 216-229页

作者：吴能友李彦龙蒋宇静孙金声谢文卫胡高伟王韧于彦江王金堂陈强申凯翔孙志文陈明涛青岛海洋地质研究所自然资源部天然气水合物重点实验室山东青岛266237 广州海洋地质调查局天然气水合物勘查开发国家工程研究中心广东广州511458 崂山实验室山东青岛266237 日本长崎大学工学部日本长崎852-8521 中国石油集团工程技术研究院有限公司北京102206 中国石油大学(华东)石油工程学院山东青岛266580

能源结构调整和国家“双碳”战略的实施为海洋天然气水合物作为一种潜在能源开展研究提供了难得的发展空间。随着勘探开发研究的深入,海洋天然气水合物安全高效开发面临的多种类型工程地质风险管控矛盾日益凸显,亟待发展基于现代工程地... 详细信息

能源结构调整和国家“双碳”战略的实施为海洋天然气水合物作为一种潜在能源开展研究提供了难得的发展空间。随着勘探开发研究的深入,海洋天然气水合物安全高效开发面临的多种类型工程地质风险管控矛盾日益凸显,亟待发展基于现代工程地质学基本原理的海洋天然气水合物工程地质学。为此,本文阐述了天然气水合物工程地质学的提出过程,并结合国内外研究进展,论述了海洋天然气水合物工程地质学的基本学科构架、核心研究任务和主要研究手段。认为海洋天然气水合物工程地质学是海洋地球系统科学的有机组成部分,其核心目标是评估海洋天然气水合物系统的地质、工程安全承载力,并对海洋天然气水合物勘探开发提供决策支撑。海洋天然气水合物工程地质学不仅能为回答勘探开发活动与海洋天然气水合物系统之间的相互作用机制提供科学依据,也能有效地将海洋天然气水合物能源研究与地质灾害、全球气候变化研究关联起来,为实现海洋天然气水合物地质、环境、工程一体化可持续发展提供一定的理论与技术支撑。

关键词：天然气水合物工程地质学学科内涵研究任务技术手段

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天然气水合物钻采一体化模拟实验系统及降压法开采初步实验

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天然气工业 2019年第6期39卷 165-172页

作者：刘昌岭李彦龙刘乐乐胡高伟陈强吴能友孟庆国自然资源部天然气水合物重点实验室·青岛海洋地质研究所 266071 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室 266071

现有的天然气水合物(以下简称水合物)开采技术实验研究通常在较小尺寸的模拟实验装置中进行,由于反应釜样品尺寸较小,导致明显的边界效应且实验结果难以在现场中得到应用,因而研发大尺寸水合物综合开采实验系统刻不容缓。为此,针对我国... 详细信息

现有的天然气水合物(以下简称水合物)开采技术实验研究通常在较小尺寸的模拟实验装置中进行,由于反应釜样品尺寸较小,导致明显的边界效应且实验结果难以在现场中得到应用,因而研发大尺寸水合物综合开采实验系统刻不容缓。为此,针对我国南海神狐海域泥质粉砂型水合物储层,基于降压法开采思路和工艺流程,研发了一套水合物钻、采一体化模拟实验系统,主要包括主体高压装置、钻采一体化、气液供给、围压加载、回压控制、气液固分离及在线监测、温度控制、数据测控与后处理等模块;利用该系统进行了冰点附近CO2水合物初步开采模拟实验;基于实验结果建立了数据获取及分析的基本流程,初步获得了在降压法开采CO2水合物过程中储层的温度、压力场变化以及产气、产水规律。实验结果表明:①该实验系统可模拟实际地质条件制备接近海洋水合物储层的样品,通过电阻层析成像技术实时监测水合物成藏与分布情况;②该实验系统还可模拟钻井、降压开采工艺与过程,实时监测出砂与管道流动等过程中产气量、产水量、产砂量、温度、压力等多个物理参数的变化情况,实现试采全过程的实验模拟。结论认为:①在出口压力一定的情况下,CO2水合物的产气、产水速率具有很大的波动性;②CO2水合物分解过程中储层温度分布不均匀,最大的温度降幅为5℃,表明水合物分解呈现出非均一性与随机性。

关键词：天然气水合物模拟实验系统钻采一体化实时监测降压法开采 CO2水合物产出规律电阻层析成像

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中国东部海域表层沉积物粒度组成及影响因素

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地球科学 2020年第7期45卷 2709-2721页

作者：王中波陆凯温珍河张志珣李日辉梅西蓝先洪青岛海洋地质研究所自然资源部天然气水合物重点实验室山东青岛266071 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室山东青岛266071

基于海洋区域地质调查获取的1438个粒度数据,利用Folk分类方法将中国东部海域表层沉积物划分为砂质粉砂、粉砂质砂、粉砂、砂、砂质泥、泥质砂、泥7种沉积物类型,阐述了不同沉积物类型的粒度组成和参数特征.其中,砂质粉砂、粉砂质砂和... 详细信息

基于海洋区域地质调查获取的1438个粒度数据,利用Folk分类方法将中国东部海域表层沉积物划分为砂质粉砂、粉砂质砂、粉砂、砂、砂质泥、泥质砂、泥7种沉积物类型,阐述了不同沉积物类型的粒度组成和参数特征.其中,砂质粉砂、粉砂质砂和粉砂是3种最主要的沉积物类型,分别占样品总数的34.70%、24.20%和15.51%.粉砂质砂呈条带状分布在研究区的南部且向北延伸.粉砂主要分布在长江口-浙闽沿岸、渤海西部和南黄海中北部.砂主要分布在东海外陆架、扬子浅滩和苏北浅滩、朝鲜湾等海区,其中在东海外陆架海区分布最广.影响沉积物分布的主要因素有物源、水动力环境以及水深、地形、地貌等.晚第四纪冰期旋回中海平面变化和海洋环流控制陆源沉积物的入海通量和陆架沉积体系的发育过程.综合沉积物物源供给、海洋环流、冰后期海平面变化过程,基于Folk分类的动力学属性和表层沉积物类型分布,将中国东部海域表层沉积物分布划分为河口沉积、陆架泥质沉积、潮流沉积以及残留沉积等分区.不同沉积分区的形成机制和影响因素差异显著,反映出在中国东部陆架的特殊地形影响下,不同海平面时期陆源碎屑物质的运移过程.

关键词：中国东部海域表层沉积物粒度组成沉积物类型沉积分区影响因素海洋地质

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南海东北部地震海洋学联合调查与反演

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地球物理学报 2018年第9期61卷 3760-3769页

作者：宋海斌陈江欣赵庆献关永贤海洋地质国家重点实验室同济大学海洋与地球科学学院上海200092 自然资源部天然气水合物重点实验室青岛海洋地质研究所青岛266071 海洋国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室青岛266071 自然资源部海底矿产资源重点实验室广州海洋地质调查局广州510760

通过地震海洋学联合调查航次,获得了同时采集的高分辨率多道地震数据与水文数据(XBT)联合调查数据.通过针对性处理获得了清晰的海洋水体反射地震剖面,捕捉到南海东北部次表层涡旋,证明了该调查方法的有效性.利用背景场约束反演方法得到... 详细信息

通过地震海洋学联合调查航次,获得了同时采集的高分辨率多道地震数据与水文数据(XBT)联合调查数据.通过针对性处理获得了清晰的海洋水体反射地震剖面,捕捉到南海东北部次表层涡旋,证明了该调查方法的有效性.利用背景场约束反演方法得到海水的波阻抗、声速、密度、温度和盐度剖面,揭示了涡旋具有相对低速、高密、低温与高盐特征.处理和反演结果表明,在浅部和部分噪声较强和无约束反演区域,结果误差较大,可靠性较低.调查结果说明,获得较高信噪比的原始高分辨率地震资料采集技术方法、联合约束数据的获取、针对性的特殊处理方法和有效的反演方法是地震海洋学资料有效分析利用的重要保证.

关键词：地震海洋学反演涡旋温盐结构波阻抗

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东海东北部海域表层沉积物黏土矿物来源及输运

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地球科学 2020年第7期45卷 2722-2734页

作者：黄龙王中波耿威张勇王明健青岛海洋地质研究所自然资源部天然气水合物重点实验室山东青岛266071 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室山东青岛266071

利用X射线衍射,对东海东北部海域80个表层沉积物样品进行黏土矿物的相对含量分析.结果表明:东海东北部海域表层沉积物黏土矿物中伊利石(65.1%)含量最高,其次为绿泥石(26.6%)、高岭石(8.9%)和蒙皂石(4.3%);矿物组合中伊利石-绿泥石-高岭... 详细信息

利用X射线衍射,对东海东北部海域80个表层沉积物样品进行黏土矿物的相对含量分析.结果表明:东海东北部海域表层沉积物黏土矿物中伊利石(65.1%)含量最高,其次为绿泥石(26.6%)、高岭石(8.9%)和蒙皂石(4.3%);矿物组合中伊利石-绿泥石-高岭石-蒙皂石型占绝对优势,伊利石-绿泥石-高岭石型较少.由外陆架至冲绳海槽,伊利石含量分布呈低-高-低-高;绿泥石呈低-高-低;高岭石分布趋势明显异于伊利石和绿泥石,含量值分布出现由高到低的趋势;蒙皂石在个别区域缺失,高值区呈斑块状分布在水深小于100 m的外陆架.快速聚类分析显示,黏土矿物可分为"类长江"、"类黄河"和"类台湾"3种类型,呈4个区域相间展布."类黄河"型黏土矿物主要由黄海沿岸流将黄河、废黄河等物质再悬浮搬运而来,分布于29.5°N以北、127°E以西的外陆架区,并未越过东海外陆架进入冲绳海槽.外陆架区"类长江"型黏土矿物主要为低海平面时期古长江物质,并混有少量现代长江源悬浮物质;冲绳海槽区"类长江"型黏土矿物主要来自低海平面时期古长江物质."类台湾"型黏土矿物主要由黑潮控制,由台湾经冲绳海槽南部搬运而来,沿陆坡附近沉积.

关键词：东海东北部表层沉积物黏土矿物物源输运海洋地质

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海洋短排列高分辨率多道地震高精度成像关键技术

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地球物理学报 2019年第2期62卷 730-742页

作者：骆迪蔡峰吴志强闫桂京杜润林自然资源部天然气水合物重点实验室中国地质调查局青岛海洋地质研究所山东青岛266071 青岛海洋科学与技术国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室山东青岛266071

基于高频震源的海洋短排列、高分辨率多道地震探测方法,具有主频高、频带宽的特点,是海底浅层地质研究,特别是海洋天然气水合物调查等方面的重要手段.针对这种地震探测方法不能有效控制电缆沉放深度、虚反射干扰严重且规律性差以及速度... 详细信息

基于高频震源的海洋短排列、高分辨率多道地震探测方法,具有主频高、频带宽的特点,是海底浅层地质研究,特别是海洋天然气水合物调查等方面的重要手段.针对这种地震探测方法不能有效控制电缆沉放深度、虚反射干扰严重且规律性差以及速度分析精度低带来的成像效果差等问题,研究了基于虚反射走时识别与模拟计算的电缆沉放深度计算方法,获得了检波点的准确沉放深度,为虚反射的有效压制提供了保障;采用基于相似性原理的排列长度放大技术,有效地解决了排列长度较短引起的速度谱能量团不聚焦的问题,提高了速度分析灵敏度,确保了地震资料成像处理精度.实际资料的最终成像处理结果表明,地震波组的信噪比和分辨率高,速度结构合理,BSR特征清晰,为海洋天然气水合物的识别和研究提供了高品质资料.

关键词：地震分辨率剩余时差虚反射速度分析

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海域天然气水合物储层的多场耦合模式及研究进展

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工程地质学报 2024年第4期32卷 1355-1366页

作者：李彦龙吴能友王宏斌纪云开綦民辉刘昌岭万义钊陈明涛崂山实验室青岛266237 自然资源部天然气水合物重点实验室青岛海洋地质研究所青岛266237

海域天然气水合物是重要的清洁能源,实现其安全高效开采战略意义重大。受海域天然气水合物储层非成岩、弱固结、埋藏浅等特征的影响,水合物开采过程中储层处于强烈的多场耦合状态。复杂的多场耦合行为给开采产能和安全风险演化规律预测... 详细信息

海域天然气水合物是重要的清洁能源,实现其安全高效开采战略意义重大。受海域天然气水合物储层非成岩、弱固结、埋藏浅等特征的影响,水合物开采过程中储层处于强烈的多场耦合状态。复杂的多场耦合行为给开采产能和安全风险演化规律预测及其调控方案的制定均带来了巨大挑战。本文围绕南海天然气水合物储层特征并结合降压法开采工程需求,论证了在多场耦合行为分析中考虑固相传质过程的必要性和重要性,提出将传统热(T)-流(H)-固(M)-化(C)四场耦合升级为热(T)-流(H)-固(M)-化(C)-砂(S)五场耦合的新模式,并概述了实现多场耦合行为模拟的基本方法。在此基础上,分别综述了目前在水合物储层流体传质行为、固相传质行为、传热行为、力学变形行为等方面的主要研究进展,梳理了目前天然气水合物开采储层多场耦合基础研究领域的主要瓶颈与发展方向。可为海域天然气水合物开采工程-地质-环境一体化调控实践提供有益的参考。

关键词：天然气水合物多场耦合传热传质泥砂输运多相渗流

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