天然气水合物的属性特征的确定方法、装置和服务器

专利检索2022-05-11  5



1.本说明书油气勘探开发技术领域,尤其涉及天然气水合物的属性特征的确定方法、装置和服务器。


背景技术:

2.由于极地冷海油气储量丰富、开采潜力大、战略价值高,常常需要对极地冷海等条件较恶劣的环境区域进行具体的勘探开发作业。
3.通常,极地冷海的常年温度低于0℃,海底存在永久冻土,厚度可达200多米,是天然气水合物形成聚集的天然盖层。同时,天然气水合物在极地冷海的浅部地层状态往往不够稳定,容易受到扰动分解产生大量气体。进而导致在勘探开发的过程中,容易在钻遇时出现大量气体聚集喷发、冲刷井眼等问题。严重时,甚至还会出现诸如海底塌陷、平台失稳倾斜,造成井喷、爆炸等浅层地质灾害事故。因此,在极地冷海进行油气勘探开发的过程中需要对区域中的天然气水合物进行识别确定。
4.基于现有方法,大多是利用三维地震数据对天然气水合物进行定性判别,无法定量地识别确定出诸如天然气水合物的饱和度、孔隙度等具体的属性特征。
5.针对上述问题,目前尚未提出有效的解决方案。


技术实现要素:

6.本说明书实施例提供了一种天然气水合物的属性特征的确定方法、装置和服务器,能够以量化的方式精准地确定出目标区域中的天然气水合物的多种属性特征。
7.本说明书实施例提供了一种天然气水合物的属性特征的确定方法,包括:
8.向目标区域发射声波信号,并采集得到的目标区域的声波响应特征;
9.根据预设的水合物地层声波响应特征识别模型,和所述目标区域的声波响应特征,确定出目标区域中天然气水合物的属性特征。
10.在一些实施例中,所述天然气水合物的属性特征包括以下至少之一:天然气水合物的岩性类型、天然气水合物的压力、天然气水合物的孔隙度和天然气水合物的饱和度。
11.在一些实施例中,所述声波响应特征包括纵波波速。
12.在一些实施例中,所述预设的水合物地层声波响应特征识别模型按照以下方式构建:
13.根据样本区域的环境参数,配置多组样本模拟地层;其中,多组样本模拟地层中的各组样本模拟地层对应一种天然气水合物的岩性类型、压力、孔隙度和饱和度的组合;
14.根据预设的测试规则,对所述多组样本模拟地层进行声波速度测试,得到多组测试数据;
15.根据所述多组测试数据,构建得到纵波波速随多种天然气水合物的属性特征变化的多个拟合关系式;
16.根据所述多个拟合关系式,构建得到预设的水合物地层声波响应特征识别模型。
17.在一些实施例中,根据样本区域的环境参数,配置多组样本模拟地层,包括:
18.根据样本区域的环境参数,利用天然气水合物声波响应特征模拟系统,配置多组样本模拟地层;
19.相应的,
20.根据预设的测试规则,利用天然气水合物声波响应特征模拟系统,对所述多组样本模拟地层进行声波速度测试,得到多组测试数据。
21.在一些实施例中,所述天然气水合物声波响应特征模拟系统包括反应釜主体,以及与反应釜主体相连的声波响应特征测试系统、钻井模拟系统、低温恒温水浴系统、注气供液系统、测量及数据采集系统。
22.在一些实施例中,根据所述多个拟合关系式,构建得到预设的水合物地层声波响应特征识别模型,包括:
23.基于bgtl规则,组合使用多个拟合关系式,以构建得到预设的水合物地层声波响应特征识别模型。
24.本说明书实施例还提供了一种水合物地层声波响应特征识别模型的构建方法,包括:
25.根据样本区域的环境参数,配置多组样本模拟地层;其中,多组样本模拟地层中的各组样本模拟地层对应一种天然气水合物的岩性类型、压力、孔隙度和饱和度的组合;
26.根据预设的测试规则,对所述多组样本模拟地层进行声波速度测试,得到多组测试数据;
27.根据所述多组测试数据,构建得到纵波波速随多种天然气水合物的属性特征变化的多个拟合关系式;
28.根据所述多个拟合关系式,构建得到预设的水合物地层声波响应特征识别模型。
29.本说明书实施例还提供了一种天然气水合物的属性特征的确定装置,包括:
30.采集模块,用于向目标区域发射声波信号,并采集得到的目标区域的声波响应特征;
31.确定模块,用于根据预设的水合物地层声波响应特征识别模型,和所述目标区域的声波响应特征,确定出目标区域中天然气水合物的属性特征。
32.本说明书实施例还提供了一种服务器,包括处理器以及用于存储处理器可执行指令的存储器,所述处理器执行所述指令时实现所述天然气水合物的属性特征的确定方法和所述水合物地层声波响应特征识别模型的构建方法的相关步骤。
33.本说明书提供的天然气水合物的属性特征的确定方法、装置和服务器。基于该方法,具体实施前,可以先利用利用天然气水合物声波响应特征模拟系统,配置多组样本模拟地层,并通过进行声波速度测试,得到多组测试数据;再根据多组测试数据,构建得到纵波波速随多种天然气水合物的属性特征变化的多个拟合关系式,以构建得到预设的水合物声波响应特征识别模型;具体实施时,可以通过向目标区域发射声波信号,采集得到的目标区域的声波响应特征;再根据预设的水合物地层声波响应特征识别模型,和所述目标区域的声波响应特征,确定出目标区域中天然气水合物的属性特征。从而能够以量化的方式精准地确定出目标区域中的天然气水合物的多种属性特征,有效地解决了现有方法中存在的无法以量化的方式精准地确定出目标区域中的天然气水合物的属性特征的技术问题。
附图说明
34.为了更清楚地说明本说明书实施例,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
35.图1是本说明书的一个实施例提供的天然气水合物的属性特征的确定方法的流程示意图;
36.图2是在一个场景示例中,应用本说明书实施例提供的天然气水合物的属性特征的确定方法的一种实施例的示意图;
37.图3是在一个场景示例中,应用本说明书实施例提供的天然气水合物的属性特征的确定方法的一种实施例的示意图;
38.图4是本说明书的一个实施例提供的服务器的结构组成示意图;
39.图5是本说明书的一个实施例提供的天然气水合物的属性特征的确定装置的结构组成示意图;
40.图6是在一个场景示例中,应用本说明书实施例提供的天然气水合物的属性特征的确定方法的一种实施例的示意图;
41.图7是在一个场景示例中,应用本说明书实施例提供的天然气水合物的属性特征的确定方法的一种实施例的示意图;
42.图8是在一个场景示例中,应用本说明书实施例提供的天然气水合物的属性特征的确定方法的一种实施例的示意图;
43.图9是在一个场景示例中,应用本说明书实施例提供的天然气水合物的属性特征的确定方法的一种实施例的示意图;
44.图10是在一个场景示例中,应用本说明书实施例提供的天然气水合物的属性特征的确定方法的一种实施例的示意图;
45.图11是在一个场景示例中,应用本说明书实施例提供的天然气水合物的属性特征的确定方法的一种实施例的示意图;
46.图12是在一个场景示例中,应用本说明书实施例提供的天然气水合物的属性特征的确定方法的一种实施例的示意图;
47.图13是在一个场景示例中,应用本说明书实施例提供的天然气水合物的属性特征的确定方法的一种实施例的示意图;
48.图14是在一个场景示例中,应用本说明书实施例提供的天然气水合物的属性特征的确定方法的一种实施例的示意图;
49.图15是在一个场景示例中,应用本说明书实施例提供的天然气水合物的属性特征的确定方法的一种实施例的示意图;
50.图16是在一个场景示例中,应用本说明书实施例提供的天然气水合物的属性特征的确定方法的一种实施例的示意图;
51.图17是在一个场景示例中,应用本说明书实施例提供的天然气水合物的属性特征的确定方法的一种实施例的示意图;
52.图18是在一个场景示例中,应用本说明书实施例提供的天然气水合物的属性特征的确定方法的一种实施例的示意图;
53.图19是在一个场景示例中,应用本说明书实施例提供的天然气水合物的属性特征的确定方法的一种实施例的示意图。
具体实施方式
54.为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案,下面将结合本说明书实施例中的附图,对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本说明书一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本说明书保护的范围。
55.参阅图1所示,本说明书实施例提供了一种天然气水合物的属性特征的确定方法,其中,该方法具体实施时,可以包括以下内容。
56.s101:向目标区域发射声波信号,并采集得到的目标区域的声波响应特征。
57.s102:根据预设的水合物地层声波响应特征识别模型,和所述目标区域的声波响应特征,确定出目标区域中天然气水合物的属性特征。
58.通过上述实施例,可以不需要获取并依赖三维地震数据,而是通过采集并根据目标区域的声波响应特征来确定目标区域中是否存在天然气水合物;在确定目标区域中存在天然气水合物的情况下,进一步还可以根据该目标区域的声波响应特征,精细地量化确定出该天然气水合物的诸如压力、岩性类型、孔隙度、饱和度、土质等具体的属性特征。
59.在一些实施例中,上述目标区域具体可以理解为待确定是否存在有天然气水合物的区域,或已确定存在有天然气水合物待确定天然气水合物的具体属性特征的区域。
60.其中,上述目标区域具体可以是极地环境区域。例如,极地冷海区域。
61.在一些实施例中,上述声波响应特征具体可以包括纵波波速。
62.在一些实施例中,具体实施时,可以利用声波信号作为一种激励信号发射到目标区域中,以获取相应的声波响应特征,进而可以根据声波响应特征,而不是地震数据来精细地识别并确定出目标区域中天然气水合物的属性特征。
63.在一些实施例中,所述天然气水合物的属性特征具体可以包括以下至少之一:天然气水合物的岩性类型(例如,是粘土水合物还是砂土水合物)、天然气水合物的压力、天然气水合物的孔隙度和天然气水合物的饱和度等等。此外,上述天然气水合物的属性特征还可以包括诸如土质等其他相关的属性特征。
64.在一些实施例中,上述预设的水合物地层声波响应特征识别模型具体可以理解为预先根据针对多组测试数据所建立得到的,能够表征出声波响应特征与天然气水合物的各种属性特征之间的关联关系的数据模型。
65.在一些实施例中,具体实施前,可以按照以下方式构建预设的水合物地层声波响应特征识别模型:
66.s1:根据样本区域的环境参数,配置多组样本模拟地层;其中,多组样本模拟地层中的各组样本模拟地层对应一种天然气水合物的岩性类型、压力、孔隙度和饱和度的组合;
67.s2:根据预设的测试规则,对所述多组样本模拟地层进行声波速度测试,得到多组测试数据;
68.s3:根据所述多组测试数据,构建得到纵波波速随多种天然气水合物的属性特征
变化的多个拟合关系式;
69.s4:根据所述多个拟合关系式,构建得到预设的水合物地层声波响应特征识别模型。
70.在一些实施例中,多个拟合关系式具体可以包括:纵波波速随天然气水合物的压力变化的拟合关系式、纵波波速随天然气水合物的孔隙度变化的拟合关系式、纵波波速随天然气水合物的饱和度变化的拟合关系式、纵波波速随天然气水合物的岩性类型变化的拟合关系式。
71.在一些实施例中,上述拟合关系式具体可以是能够反映出纵波波速随天然气水合物的各种属性特征变化规律的最小二乘拟合关系式。
72.在一些实施例中,考虑到在进行声波速度测试,确定纵波波速随天然气水合物的饱和度变化的拟合关系式的过程中,往往很难精准地得到天然气水合物的饱和度数据。因此,具体实施时,可以在整个测试过程中,采集全过程各个时间点的温度数据,以建立温度场变化云图;再根据温度场变化云图,基于相应的关系式,计算出对应的天然气水合物的饱和度。
73.在一些实施例中,针对诸如极地冷海等环境恶劣的目标区域的天然气水合物的属性特征的确定,本说明书实施例还针对性地构建并引入了天然气水合物声波响应特征模拟系统,以便得到与目标区域更加匹配、模型精度相对更高的预设的水合物地层声波响应特征识别模型。
74.在一些实施例中,参阅图2所示。所述天然气水合物声波响应特征模拟系统具体可以包括反应釜主体,以及与反应釜主体相连的声波响应特征测试系统、钻井模拟系统、低温恒温水浴系统、注气供液系统、测量及数据采集系统等结构。
75.其中,上述反应釜主体用于盛放并配置相应孔隙度的地层,并提供相应的压力环境;上述钻井模拟系统用于为反应釜主体中的地层提供与钻井等施工作业相匹配的施工作业环境;上述低温恒温水浴系统用于为反应釜主体中的地层提供与目标区域相匹配的温度环境;上述注气供液系统用于调整反应釜主体中的地层的饱和度。
76.上述钻井模拟系统、低温恒温水浴系统、注气供液系统,可以与反应釜主体配合,以在反应釜主体中配置并构建多组样本模拟地层。其中,上述多组样本模拟地层中的各组样本模拟地层分别对应一种天然气水合物的属性特征(包括:天然气水合物的岩性类型、压力、孔隙度和饱和度)的组合。
77.上述声波响应特征测试系统可以参阅图3所示,包括插入式声波探头阵列、声波采集系器。上述声波响应特征测试系统用于在地层中进行声波速度测试。上述测量及数据采集系统与上述声波响应特征测试系统相连,用于采集得到相应的测试数据。
78.具体测试时,可以通过反应釜主体的顶部通孔将声波探头阵列预先插入反应釜主体中的地层的砂体内,之后可以在反应釜主体内通过加压降温生成水合物;并通过声波探头阵列发射声波信号,使用声波采集系统采集纵波波速、横波波速等声波响应特征。
79.其中,上述声波探头可以发出16道声波测试信号,并进行接收;测试仪的数据采集系统不仅可以检出实验所需的波形,并且可支持将所采集到的声波信号转化为数据并进行迭代处理,得到对应声波速度剖面,以更加有效、主观地展示并处理所获得的测试数据。
80.在一些实施例中,上述根据样本区域的环境参数,配置多组样本模拟地层,具体实
施时,可以包括以下内容:根据样本区域的环境参数,利用天然气水合物声波响应特征模拟系统,配置多组样本模拟地层;相应的,根据预设的测试规则,利用天然气水合物声波响应特征模拟系统,对所述多组样本模拟地层进行声波速度测试,得到多组测试数据。
81.在一些实施例中,具体实施时,可以根据多组测试数据,通过拟合,得到对应的多个拟合关系式。
82.在一些实施例中,上述根据所述多个拟合关系式,构建得到预设的水合物地层声波响应特征识别模型,具体实施时,可以包括以下内容:基于bgtl规则,组合使用多个拟合关系式,以构建得到预设的水合物地层声波响应特征识别模型。
83.其中,上述bgtl规则(也可以称为bgtl理论,biot-gassmann theory by lee)具体可以是指一种能够预测含水合物固结沉积物的纵横波速度的理论。基于该理论,可以获取得到关于水合物纵波波速随饱和度等变化的识别模型的初始模型参数。
84.在一些实施例中,具体实施时,可以基于bgtl规则,组合使用多个拟合关系式,以构建得到第一水合物地层声波响应特征识别模型;同时,基于等效介质理论,组合使用多个拟合关系式,以构建得到第二水合物地层声波响应特征识别模型。再利用第二水合物地层声波响应特征识别模型对第一水合物地层声波响应特征识别模型进行修正,从而得到误差更小、精度更高的预设的水合物地层声波响应特征识别模型。
85.在一些实施例中,具体实施时,可以将所采集到的目标区域的声波响应特征作为模型输入,输入至预设的水合物地层声波响应特征识别模型中;再基于该预设的水合物地层声波响应特征识别模型进行计算,以输出得到所需要的目标区域中天然气水合物的属性特征的具体值,从而能够以量化的方式精准地识别并确定出天然气水合物的属性特征的具体值。
86.在一些实施例中,在根据预设的水合物地层声波响应特征识别模型,和所述目标区域的声波响应特征,确定出目标区域中天然气水合物的属性特征之后,所述方法具体实施时,还可以包括以下内容:
87.s1:根据目标区域中天然气水合物的属性特征精细地对天然气水合物所引起的地质灾害事故进行精准的评估,以确定出对应的风险等级;
88.s2:根据所述风险等级,采用相匹配的事故处理措施,来有针对性地降低油气勘探开发过程中出现浅层地质灾害事故的事故概率,以保证在目标区域的施工作业安全。
89.在一些实施例中,具体实施前,可以获取并综合历史上的浅层地质灾害事故记录,以及相应的处理记录,确定出多个预设的事故处理措施;并建立各个预设的事故处理措施与风险等级的对应关系。相应的,具体实施时,可以先根据风险等级,从多个预设的事故处理措施中找到与风险等级对应的预设的事故处理措施,作为相匹配的事故处理措施。进而可以利用该相匹配的事故处理措施来对目标区域进行相应处理。从而可以使得对目标区域的浅层地质灾害事故的处理更加的针对性,获得相对更好的处理效果。
90.由上可见,基于本说明书实施例提供的天然气水合物的属性特征的确定方法,具体实施前,可以先利用利用天然气水合物声波响应特征模拟系统,配置多组样本模拟地层,并通过进行声波速度测试,得到多组测试数据;再根据多组测试数据,构建得到纵波波速随多种天然气水合物的属性特征变化的多个拟合关系式,以构建得到预设的水合物声波响应特征识别模型;具体实施时,可以通过向目标区域发射声波信号,采集得到的目标区域的声
波响应特征;再根据预设的水合物地层声波响应特征识别模型,和所述目标区域的声波响应特征,确定出目标区域中天然气水合物的属性特征。从而能够以量化的方式精准地确定出目标区域中的天然气水合物的属性特征,有效地解决了现有方法所存在的无法以量化的方式精准地确定出目标区域中的天然气水合物的属性特征的技术问题。
91.本说明书实施例还提供了一种水合物地层声波响应特征识别模型的构建方法,具体实施时,可以包括以下内容:
92.s1:根据样本区域的环境参数,配置多组样本模拟地层;其中,多组样本模拟地层中的各组样本模拟地层对应一种天然气水合物的岩性类型、压力、孔隙度和饱和度的组合;
93.s2:根据预设的测试规则,对所述多组样本模拟地层进行声波速度测试,得到多组测试数据;
94.s3:根据所述多组测试数据,构建得到纵波波速随多种天然气水合物的属性特征变化的多个拟合关系式;
95.s4:根据所述多个拟合关系式,构建得到预设的水合物地层声波响应特征识别模型。
96.由上可见,基于本说明书实施例提供的水合物地层声波响应特征识别模型的构建方法,可以构建得到精度较高、效果较好的预设的水合物声波响应特征识别模型。
97.本说明书实施例还提供一种服务器,包括处理器以及用于存储处理器可执行指令的存储器,所述处理器具体实施时可以根据指令执行以下步骤:向目标区域发射声波信号,并采集得到的目标区域的声波响应特征;根据预设的水合物地层声波响应特征识别模型,和所述目标区域的声波响应特征,确定出目标区域中天然气水合物的属性特征。
98.为了能够更加准确地完成上述指令,参阅图4所示,本说明书实施例还提供了另一种具体的服务器,其中,所述服务器包括网络通信端口401、处理器402以及存储器403,上述结构通过内部线缆相连,以便各个结构可以进行具体的数据交互。
99.其中,所述网络通信端口401,具体可以用于获取向目标区域发射声波信号所采集得到的目标区域的声波响应特征。
100.所述处理器402,具体可以用于根据预设的水合物地层声波响应特征识别模型,和所述目标区域的声波响应特征,确定出目标区域中天然气水合物的属性特征。
101.所述存储器403,具体可以用于存储相应的指令程序。
102.在本实施例中,所述网络通信端口401可以是与不同的通信协议进行绑定,从而可以发送或接收不同数据的虚拟端口。例如,所述网络通信端口可以是负责进行web数据通信的端口,也可以是负责进行ftp数据通信的端口,还可以是负责进行邮件数据通信的端口。此外,所述网络通信端口还可以是实体的通信接口或者通信芯片。例如,其可以为无线移动网络通信芯片,如gsm、cdma等;其还可以为wifi芯片;其还可以为蓝牙芯片。
103.在本实施例中,所述处理器402可以按任何适当的方式实现。例如,处理器可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该(微)处理器执行的计算机可读程序代码(例如软件或固件)的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路(application specific integrated circuit,asic)、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器的形式等等。本说明书并不作限定。
104.在本实施例中,所述存储器403可以包括多个层次,在数字系统中,只要能保存二
进制数据的都可以是存储器;在集成电路中,一个没有实物形式的具有存储功能的电路也叫存储器,如ram、fifo等;在系统中,具有实物形式的存储设备也叫存储器,如内存条、tf卡等。
105.本说明书实施例还提供一种服务器,包括处理器以及用于存储处理器可执行指令的存储器,所述处理器具体实施时可以根据指令执行以下步骤:根据样本区域的环境参数,配置多组样本模拟地层;其中,多组样本模拟地层中的各组样本模拟地层对应一种天然气水合物的岩性类型、压力、孔隙度和饱和度的组合;根据预设的测试规则,对所述多组样本模拟地层进行声波速度测试,得到多组测试数据;根据所述多组测试数据,构建得到纵波波速随多种天然气水合物的属性特征变化的多个拟合关系式;根据所述多个拟合关系式,构建得到预设的水合物地层声波响应特征识别模型。
106.本说明书实施例还提供了一种基于上述天然气水合物的属性特征的确定方法的计算机存储介质,所述计算机存储介质存储有计算机程序指令,在所述计算机程序指令被执行时实现:向目标区域发射声波信号,并采集得到的目标区域的声波响应特征;根据预设的水合物地层声波响应特征识别模型,和所述目标区域的声波响应特征,确定出目标区域中天然气水合物的属性特征。
107.本说明书实施例还提供了一种基于上述水合物地层声波响应特征识别模型的构建方法的计算机存储介质,所述计算机存储介质存储有计算机程序指令,在所述计算机程序指令被执行时实现:根据样本区域的环境参数,配置多组样本模拟地层;其中,多组样本模拟地层中的各组样本模拟地层对应一种天然气水合物的岩性类型、压力、孔隙度和饱和度的组合;根据预设的测试规则,对所述多组样本模拟地层进行声波速度测试,得到多组测试数据;根据所述多组测试数据,构建得到纵波波速随多种天然气水合物的属性特征变化的多个拟合关系式;根据所述多个拟合关系式,构建得到预设的水合物地层声波响应特征识别模型。
108.在本实施例中,上述存储介质包括但不限于随机存取存储器(random access memory,ram)、只读存储器(read-only memory,rom)、缓存(cache)、硬盘(hard disk drive,hdd)或者存储卡(memory card)。所述存储器可以用于存储计算机程序指令。网络通信单元可以是依照通信协议规定的标准设置的,用于进行网络连接通信的接口。
109.在本实施例中,该计算机存储介质存储的程序指令具体实现的功能和效果,可以与其它实施方式对照解释,在此不再赘述。
110.参阅图5所示,在软件层面上,本说明书实施例还提供了一种天然气水合物的属性特征的确定装置,该装置具体可以包括以下的结构模块:
111.采集模块501,具体可以用于向目标区域发射声波信号,并采集得到的目标区域的声波响应特征;
112.确定模块502,具体可以用于根据预设的水合物地层声波响应特征识别模型,和所述目标区域的声波响应特征,确定出目标区域中天然气水合物的属性特征。
113.本说明书实施例还提供了一种水合物地层声波响应特征识别模型的构建装置,具体的,可以包括以下结构模块:
114.配置模块,具体可以用于根据样本区域的环境参数,配置多组样本模拟地层;其中,多组样本模拟地层中的各组样本模拟地层对应一种天然气水合物的岩性类型、压力、孔
隙度和饱和度的组合;
115.测试模块,具体可以用于根据预设的测试规则,对所述多组样本模拟地层进行声波速度测试,得到多组测试数据;
116.第一构建模块,具体可以用于根据所述多组测试数据,构建得到纵波波速随多种天然气水合物的属性特征变化的多个拟合关系式;
117.第二构建模块,具体可以用于根据所述多个拟合关系式,构建得到预设的水合物地层声波响应特征识别模型。
118.需要说明的是,上述实施例阐明的单元、装置或模块等,具体可以由计算机芯片或实体实现,或者由具有某种功能的产品来实现。为了描述的方便,描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然,在实施本说明书时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现,也可以将实现同一功能的模块由多个子模块或子单元的组合实现等。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。
119.由上可见,基于本说明书实施例提供的天然气水合物的属性特征的确定装置,能够以量化的方式精准地确定出目标区域中的天然气水合物的属性特征,解决现有方法所存在的无法以量化的方式精准地确定出目标区域中的天然气水合物的属性特征的技术问题。
120.在一个具体的场景示例中,可以应用本说明书实施例所提供的方法,先配合使用天然气水合物声波响应特征模拟系统构建出预设的水合物地层声波响应特征识别模型;再利用该预设的水合物地层声波响应特征识别模型,结合所采集到的声波响应特征,而不是三维地震数据,来高效、精准地确定出天然气水合物的饱和度、压力等具体的属性特征。具体实施时,可以参阅以下内容执行。
121.在本场景示例中,预先可以通过对极地冷海等环境区域中的海底浅层天然气水合物在地震勘探资料及测井资料上所反映出的特征进行长期的研究分析,发现:地层声波速度特征(或称声波响应特征)可以作为一种用于指示极地冷海浅层地质情况异常的重要参数。可以参阅表1,给出了不同沉积物的声波速度的数值范围。但基于现有方法无法确定出声波速度特征与水合物饱和度、孔隙度及压力环境之间的具体关系,也不能给出固定深度海域的浅层地质灾害预测模板。为了确定沉积物中天然气水合物的声波速度,建立得到较为精准的海底天然气水合物预测模型,设计并实施了下述天然气水合物声波特征测量实验(以进行声波速度测试,得到多组测试数据),研究声波在不同天然气水合物沉积层中的传播速度(以构建预设的水合物地层声波响应特征识别模型)。
122.表1水合物沉积物声波速度表
[0123] 块状水合物含水合物沉积物饱和水沉积物含气沉积物v
p
(km/s)3.2~3.61.7~3.51.5~2.01.1~1.4vs(km/s)1.6~1.70.4~1.60.75~1.00.4~0.7r(ω-m)150~2001.5~1.751.0~3.01.5~3.5ρ(g/cm3)1.04~1.061.7~2.01.7~2.01.1~1.5
φ(%)20~5035~7035~7050~90γ(api)10~3030~7050~8030~80
[0124]
为了能够更加准确、有效地进行天然气水合物声波特征测量实验,组合并构建了针对性较强、效果较好的天然气水合物声波响应特征模拟系统。
[0125]
在本场景示例中,考虑天然气水合物的生成和稳定需要高压和低温的密闭环境,因此不同于浅层气、浅水流模拟试验,本次模拟试验在自行研发的天然气水合物声波响应特征模拟系统上进行。可以参阅图2。该天然气水合物声波响应特征模拟系统由高压反应釜(或称反应釜主体)、声波响应特征测试系统、钻井模拟系统、低温恒温水浴系统(或者称低温水浴系统)、注气供液系统、测量及数据采集系统组成。该系统进一步还可以包括:高低温循环系统。系统的连接流程图可以参阅图6所示。
[0126]
其中,高压反应釜具体可以是一个内径0.5m,高度1.5m,有效容积295l的桶状容器,静态最大承压30mpa,用于制备天然气水合物并在其中进行声波响应特征测试试验。高压反应釜的温度由低温恒温水浴系统控制,温度控制范围为-10~30℃,控制精度0.5℃。高压反应釜内部可以布置有125个温度测点,并使用pt100铂电阻温度传感器,用于测量反应釜内部的温度场分布,量程为-20℃~100℃,精度为0.25%fs。此外,高压反应釜内部还可以布置有3个压力测点,用于测量反应釜内压力,压力传感器量程为0~30mpa,精度为0.1%fs。高压气体流量控制计和平流泵为试验装置注气供液。
[0127]
声波响应特征测试系统主要由插入式声波探头阵列、声波采集器组成,通过高压反应釜顶部通孔将声波探头阵列预先插入反应釜内砂体中,之后在反应釜内加压降温生成水合物,声波探头阵列发射声波信号,使用声波采集系统采集纵横波速等声波响应特征。该声波探头可发出16道测试信号,并进行接收,测试仪的数据采集系统不仅可以检出实验所需的波形,并且可把采集到的声波信号转化为数据并进行迭代处理,得到声波速度剖面,直观地反应实验结果。具体可以参阅图3。
[0128]
具体实验时,可以先在高压反应釜内配置出多组样本模拟地层。
[0129]
具体的,可以利用上述天然气水合物声波响应特征模拟系统依次进行试压、填砂、注气、降温、水合物生成等操作,以在高压反应釜内配置出相应的样本模拟地层。
[0130]
其中,上述试压操作具体可以包括:将高压反应釜密封后注入n2(氮气)进行试压,以检测装置的密封性,其中,测试压力可以设置为20mpa;并在导管与釜盖接口处洒少量肥皂水,以观测是否有气泡泄漏,在确定测试密封效果良好后进行卸压。
[0131]
上述填砂操作具体可以包括:根据水合物孔隙度要求(可以基于样本区域的环境参数确定)选取合适的石英砂粒径。其中,粒径越大,孔隙度越大。总使用的石英砂质量可以为73.5kg,再加水31.5kg,以使得含水率为30%。为了保证含水率的分布均匀,可以将砂水混合均匀后分11层压实填入反应釜内。其中,填砂高度为400mm。参阅图7所示,例如,填砂高度为反应釜高度的1/2,液面高度至反应釜视窗的1/2。
[0132]
上述注气操作具体可以包括:在填砂完毕后,关闭釜盖上法兰密封,使用气体增加泵注入2瓶甲烷气体增压,注入气体为99.99%纯度的ch4(甲烷)气体,甲烷气瓶压力为12mpa,容积为40l,注入完毕后反应釜内压力为9.1mpa,反应釜内容积129.5l。
[0133]
上述降温操作具体可以包括:在注气结束后,使用恒温低温水浴系统降低反应釜内温度,设置水浴温度为1.6℃,约30min后水浴温度从室温降低至2℃(水浴温度范围为-10
℃-80℃),水浴循环约12h后反应釜内的温度可降低至6~7℃。
[0134]
上述水合物生成操作具体可以包括:水浴循环开始后反应釜内的温度降低,水合物开始逐渐生成,获取釜内的温度和压力变化情况,并构建相应的反应釜内温度、压力变化情况表。例如表2。
[0135]
表2反应釜内温度、压力变化情况表
[0136][0137]
按照上述方式,可以配置六组不同组合的样本模拟地层,以进行后续的实验测试。其中,每一样本模拟地层对应一种岩性、压力、饱和度、孔隙度的组合。具体可以参阅表3,孔隙度范围为:15%~40%),饱和度范围为:10%~40%,岩性类型包括:砂土水合物和粘土水合物,以及砂土水合物及粘土水合物所在压力环境下的压力范围为:8~30mpa。
[0138]
表3样本模拟地层参数表
[0139][0140]
具体实施时,还可以根据反应釜内布置的72个温度传感器所采集的数据绘制的温度场变化云图。可以参阅图8所示。并根据温度场变化云图,按照以下算式计算出反应釜内生成的水合物饱和度:
[0141][0142][0143]
其中,s为高压釜中气体水合物的饱和度;v
gh
为转化为水合物的气体体积;v为多孔介质的孔隙体积;v
w0
为气体水合物生成前的水体积;ρh为气体水合物密度;ρg为标准条件下的气体密度;ze为气体压缩系数;te为气体水合物生成时高压釜内的温度;pe为气体水合物生成时高压釜内的压力;v
gh0
为气体水合物生成前标准条件下的气体体积。
[0144]
对上述样本模拟地层进行声波测试。
[0145]
具体实施时,可以在模拟测试之前分别测定声波在水及土层中的传播,验证声波仪器及软件的可靠性。例如,可以在水合物生成过程中,每隔1min进行一次纵波波速测定,纵波波速随水合物生成逐渐增加,表明水合物在反应釜内不断生成;当水合物生成稳定后,纵波波速逐渐平稳,保存并提取数据,作为相应的测试数据。可以参阅图9、图10、图11。其中,图9为水声波数据图形,图10为天然气水合物声波数据图形,图11为水合物生成过程中纵波速度变化曲线。
[0146]
综合处理多组样本模拟地层的多组测试数据,得到不同压力条件下的水合物波形曲线。可以参阅图12。
[0147]
进一步,可以综合处理多组样本模拟地层的多组测试数据,通过分析各种天然气水合物的属性特征对纵波波速的影响规律,确定出纵波波速随各种天然气水合物的属性特征变化的多个拟合关系式。
[0148]
关于孔隙度、饱和度对水合物层纵波速度的影响,通过综合处理多组样本模拟地层的多组测试数据后,可以确定:相同条件下,纵波波速随着水合物孔隙度及饱和度的增大而加快,超过40%以后增涨减缓。
[0149]
进一步,可以分析得到:水合物作为固相填充在孔隙中,初始为附着孔隙骨架上,随着饱和度增大逐步以块状形式存在,纵波速度逐渐变大,当增大到一定程度后,固相含量不再增加,因此纵波速度增加减缓。
[0150]
最后,可以基于测试数据,结合上述分结果,获取纵波波速随饱和度、孔隙度变化的最小二乘拟合算式。可以参阅图13(不同孔隙度纵波波速随孔隙度变化曲线)和图14(不同饱和度纵波波速随饱和度变化曲线)。
[0151]
关于压力对水合物层纵波速度的影响,通过综合处理多组样本模拟地层的多组测试数据后,可以确定:一定饱和度下,水合物的纵波波速与压力正相关,且砂土的增涨幅度更快。
[0152]
进一步,可以分析得到:水合物地层随着压力的增大逐渐被压实,砂土的压实程度更大,因此砂土波速增涨更快。
[0153]
最后,可以基于测试数据,结合上述分结果,获取纵波波速随饱和度、孔隙度变化的最小二乘拟合算式。可以参阅图15(粘土水合物地层纵波波速随压力变化曲线)和图16(砂土水合物地层纵波波速随压力变化曲线)。
[0154]
关于土质参数对水合物纵波波速的影响,通过综合处理多组样本模拟地层的多组测试数据后,可以确定:砂土水合物纵波波速比粘土水合物纵波波速大,粘土含量越高,纵波速度越低。
[0155]
进一步,可以分析得到:砂土的颗粒更大,拥有更大的孔隙度,水合物固相含量越高,波速也越大。
[0156]
最后,可以基于测试数据,结合上述分结果,获取纵波波速随粘土含量变化的最小二乘拟合算式。可以参阅图17(纵波在砂土水合物和粘土水合物中的传播速度)和图18(不同土质对纵波速度影响规律)。
[0157]
然后,可以组合使用上述多种拟合算式构建得到所需要的水合物地层声波响应特征识别模型(即预设的水合物地层声波响应特征识别模型)。
[0158]
具体的,可以分别建立基于等效介质理论和bgtl理论(例如,bgtl规则)的水合物纵波波速随饱和度识别模型,并根据试验结果对计算参数进行修正,并将上述两种计算模型同其他类似的预测模型和实测纵波速度进行对比。参阅图19所示。发现基于bgtl理论的水合物饱和度预测模型同测试结果具有更好的吻合度,因此可以选用基于bgtl理论的水合物识别模型,并根据测试结果选取相应的经验参数。
[0159]
具体的,通过组合使用上述多种拟合算式,对比找到了相对应的拟合曲线(bgtl理论的水合物识别模型),并用该拟合曲线的特征参数,来建立对应的水合物饱和度模型。所建立的模型具体可以包括:纵波波速随水合物饱和度的变化拟合模型、纵波波速随水合物孔隙度的变化拟合模型、粘土水合物地层纵波波速随压力变化拟合模型、砂土水合物地层纵波波速随压力拟合模型,以及不同土质对纵波速度规律拟合模型。
[0160]
通过上述场景示例,应用本说明书实施例所提供的方法,可以通过进行声波速度测试,构建得到误差较小、精度较高的预设的水合物声波响应特征识别模型。
[0161]
虽然本说明书提供了如实施例或流程图所述的方法操作步骤,但基于常规或者无创造性的手段可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式,不代表唯一的执行顺序。在实际中的装置或客户端产品执行时,可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境,甚至为分布式数据处理环境)。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、产品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、产品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,并不排除在包括所述要素的过程、方法、产品或者设备中还存在另外的相同或等同要素。第一,第二等词语用来表示名称,而并不表示任何特定的顺序。
[0162]
本领域技术人员也知道,除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外,完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件,而对其内部包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至,可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
[0163]
本说明书可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述,例如程序模块。一般地,程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构、类等等。也可以在分布式计算环境中实践本说明书,在这些分布式计算环境中,由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中,程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
[0164]
通过以上的实施例的描述可知,本领域的技术人员可以清楚地了解到本说明书可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解,本说明书的技术方案本质上可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品可以存储在存储介质中,如rom/ram、磁碟、光盘等,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,移动终端,服务器,或者网络设备等)执行本说明书各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0165]
本说明书中的各个实施例采用递进的方式描述,各个实施例之间相同或相似的部
分互相参见即可,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本说明书可用于众多通用或专用的计算机系统环境或配置中。例如:个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、置顶盒、可编程的电子设备、网络pc、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。
[0166]
虽然通过实施例描绘了本说明书,本领域普通技术人员知道,本说明书有许多变形和变化而不脱离本说明书的精神,希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本说明书的精神。
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