測(cè)量含水合物沉積介質(zhì)地震波速與電磁衰減的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于非常規(guī)油氣藏開發(fā)工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種測(cè)量含水合物沉積介質(zhì)地震波速與電磁衰減的裝置，本發(fā)明還涉及一種測(cè)量含水合物沉積介質(zhì)地震波速與電磁衰減的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]天然氣水合物是一種極具潛力的能量資源，在世界各地海洋和永凍土中都有廣泛分布，我國(guó)也在南海海底和祁連山凍土帶中發(fā)現(xiàn)了水合物。
[0003]地震技術(shù)是水合物地球物理勘探和資源評(píng)價(jià)的重要手段。雖然似海底反射面(Bottom Simulating Reflector，BSR)是水合物的重要識(shí)別標(biāo)志，但由于水合物與BSR存在與否并非具有必然關(guān)系，在識(shí)別天然氣水合物時(shí)，還必須使用AVO技術(shù)等來一起綜合分析。AVO技術(shù)是利用地層的縱橫波特性以及由此形成的地震反射振幅與偏移距的變化關(guān)系來判斷地層物性和巖性的地震勘探技術(shù)，進(jìn)行水合物識(shí)別的技術(shù)思路是:首先設(shè)計(jì)不同的水合物賦存狀況的地質(zhì)模型，在此基礎(chǔ)上根據(jù)反射層不同的彈性參數(shù)(如縱波速度、橫波速度、密度、泊松比)模型，正演計(jì)算單個(gè)反射層的AVO響應(yīng)特征，然后與實(shí)際的AVO響應(yīng)進(jìn)行對(duì)比，探討B(tài)SR成因，并分析游離氣的厚度、水合物的厚度和飽和度。因此，AVO技術(shù)是基于理論模型的一種分析技術(shù)，但所采用的理論模型是否正確，模型參數(shù)是否合適，還需要對(duì)水合物沉積層的地震波速度和飽和度參數(shù)進(jìn)行更深入的研究。
[0004]目前，各種高分辨率地震調(diào)查技術(shù)被應(yīng)用于獲取儲(chǔ)層的縱橫波速度等參數(shù)，同時(shí)，學(xué)者們建立了多種水合物飽和度與彈性波速度之間的關(guān)系模型，以期根據(jù)獲取的地震波速度能準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)沉積層中是否含有水合物，或估算沉積物中水合物的飽和度，從而對(duì)儲(chǔ)層的資源量進(jìn)行評(píng)估。然而，在應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)，不同的理論模型在同一地區(qū)得出的結(jié)果具有很大的差別，由于缺乏實(shí)測(cè)的水合物飽和度與聲波速度之間的關(guān)系數(shù)據(jù)，難以檢驗(yàn)這些理論模型的適用性。
[0005]實(shí)驗(yàn)獲取單一模型下含水合物沉積層的地震波參數(shù)是經(jīng)濟(jì)、實(shí)用又可行的辦法。聯(lián)合測(cè)量含水合物沉積介質(zhì)地震波速與電磁衰減的優(yōu)點(diǎn)在于，測(cè)試信號(hào)對(duì)樣品無干擾、實(shí)現(xiàn)無損測(cè)量，測(cè)試參數(shù)全面，可在野外地震低頻條件下測(cè)量獲取縱橫波速度、頻率，并通過電磁波衰減信號(hào)獲得含水量和水合物飽和度。
[0006]前人研究已建立了水合物的飽和度與縱橫波速度之間的關(guān)系，并獲得了相應(yīng)的理論模型和模型參數(shù)，但由于實(shí)驗(yàn)采用較高的頻率，獲取的縱橫波特性與野外地震勘探相比還是存在一定的差異。申請(qǐng)?zhí)枮?012101604156公布了“海底氣體運(yùn)移與水合物形成的聲學(xué)響應(yīng)特征模擬實(shí)驗(yàn)裝置”，申請(qǐng)?zhí)枮?010102221015公布了“水合物聲學(xué)特性測(cè)試裝置”，但是測(cè)試裝置和方法上存在以下不足:利用了高頻聲學(xué)測(cè)試技術(shù)，即測(cè)試方法所使用的頻率太高，與野外地震頻率存在不匹配性，測(cè)試結(jié)果無法直接用于野外應(yīng)用;沒有考慮樣品本身固有的共振頻率;未能考慮聲學(xué)傳感器與TDR(時(shí)域反射技術(shù))探針在測(cè)試空間的復(fù)合，導(dǎo)致聲學(xué)傳感器和TDR的測(cè)試對(duì)象(空間測(cè)試范圍)不完全一致。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種測(cè)量含水合物沉積介質(zhì)地震波速與電磁衰減的裝置，該測(cè)試技術(shù)不僅可在接近于地震頻率(20Hz?200Hz)下測(cè)試含水合物沉積物樣品的縱橫波速度，而且可同時(shí)對(duì)樣品整體的地震波速和電磁波衰減進(jìn)行測(cè)量，保證了樣品對(duì)象范圍的統(tǒng)一性。此外，采用此技術(shù)對(duì)已完成聲學(xué)模型的樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將獲取地震速度與聲學(xué)速度差異消除，對(duì)實(shí)驗(yàn)室獲取的水合物聲學(xué)參數(shù)進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用具有重要作用。
[0008]本發(fā)明的另一目的是提供一種測(cè)量含水合物沉積介質(zhì)地震波速與電磁衰減的方法，該套聯(lián)合技術(shù)主要提出了基于含天然氣水合物多孔介質(zhì)地震參數(shù)的測(cè)量方法、數(shù)據(jù)分析處理方法以及飽和度計(jì)算模型建立方法，基于時(shí)域反射技術(shù)的電磁波衰減測(cè)量方法、測(cè)量信號(hào)的分析處理方法以及飽和度計(jì)算模型計(jì)算方法，最后給出了基于地震波和電磁波聯(lián)合測(cè)量信號(hào)數(shù)據(jù)融合的水合物飽和度模型(地震-電磁特性融合模型)及其建立和應(yīng)用方法。
[0009]本發(fā)明所采用的第一技術(shù)方案是，一種測(cè)量含水合物沉積介質(zhì)地震波速與電磁衰減的裝置，包括反應(yīng)釜，反應(yīng)釜包括底座，底座上設(shè)置有外筒和內(nèi)筒，外筒和內(nèi)筒上方設(shè)置有頂蓋，反應(yīng)釜設(shè)置于恒溫箱內(nèi)，頂蓋的外側(cè)設(shè)置有磁鐵，磁鐵上纏繞有線圈，反應(yīng)釜上還連接有氣瓶，外筒的外側(cè)設(shè)置有橡膠薄膜，橡膠薄膜外側(cè)設(shè)置有圍壓，外筒和內(nèi)筒之間設(shè)置有樣品，樣品上設(shè)置有數(shù)據(jù)采集裝置。
[0010]進(jìn)一步地，數(shù)據(jù)采集裝置包括PC機(jī)，PC機(jī)通過導(dǎo)線連接有控制器，控制器上分別通過導(dǎo)線連接有共振裝置、TDR探針、溫度傳感器和壓力傳感器;共振裝置、TDR探針、溫度傳感器和壓力傳感器均設(shè)置于樣品上。
[0011]進(jìn)一步地，氣瓶與樣品相連接。
[0012]本發(fā)明所采用的第二技術(shù)方案是，一種測(cè)量含水合物沉積介質(zhì)地震波速與電磁衰減的方法，包括以下步驟:
[0013]I)打開反應(yīng)釜頂蓋，將樣品填入反應(yīng)釜的內(nèi)筒和外筒之間的環(huán)形空間內(nèi)；
[0014]2)從反應(yīng)釜頂部緩慢注入生成水合物所需的水直到多孔介質(zhì)水被飽和，然后將頂蓋蓋住反應(yīng)釜，固定并密封;從反應(yīng)釜底部緩慢注入甲烷氣體，直至到達(dá)所設(shè)定的壓力;將反應(yīng)釜靜置至少24小時(shí)，使甲烷氣體充分溶解于水中，并觀察是否出現(xiàn)泄漏；
[0015]3)水合物生成過程:將反應(yīng)釜置于恒溫箱中，開啟數(shù)據(jù)采集裝置，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和顯示，設(shè)定恒溫箱溫度為設(shè)定溫度，開始降溫的同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)保存;通過觀察溫度和壓力曲線，判斷水合物生成過程是否已經(jīng)結(jié)束，若結(jié)束則停止數(shù)據(jù)保存；
[0016]4)水合物分解過程:以一定溫度，為間隔逐步升高恒溫箱設(shè)定溫度，在每一次溫度設(shè)定之后，等待反應(yīng)釜內(nèi)溫度和壓力穩(wěn)定后，開啟數(shù)據(jù)保存，待所有的數(shù)據(jù)保存完成后，停止數(shù)據(jù)保存，將恒溫箱設(shè)定溫度升高以上溫度間隔，等待反應(yīng)釜內(nèi)溫度和壓力穩(wěn)定后，開啟數(shù)據(jù)保存，待所有的數(shù)據(jù)保存完成后，停止數(shù)據(jù)保存;重復(fù)以上過程直至水合物完全分解為止。
[0017]進(jìn)一步地，樣品為多孔介質(zhì)物質(zhì)。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:
[0019](I)通過設(shè)計(jì)新型的反應(yīng)釜以及對(duì)地震波、電磁波測(cè)量模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)復(fù)合測(cè)量方式，從而可以針對(duì)同一被測(cè)介質(zhì)狀態(tài)獲取多類相關(guān)且一致性信息，所獲得的信息量大、置信度高，測(cè)試覆蓋面更廣、可靠性更優(yōu)越。
[0020](2)通過對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行不同層次的融合、采用不同的融合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和融合算法，從而構(gòu)建不同的數(shù)據(jù)融合模型，以此為基礎(chǔ)可以更加深入地挖掘蘊(yùn)含在地震波與電磁波信號(hào)中的信息，為建立水合物飽和度解釋模型和探索水合物生成/分解過程的動(dòng)力學(xué)規(guī)律以及多孔介質(zhì)中各相物質(zhì)的空間分布狀態(tài)變化規(guī)律提供信息和模型基礎(chǔ)。
[0021](3)基于含天然氣水合物多孔介質(zhì)的地震波參數(shù)來獲取天然氣水合物飽和度信息與基于電磁波衰減來獲取天然氣水合物飽和度信息的聯(lián)合探測(cè)。能在地震低頻條件下(20-200Hz)同時(shí)測(cè)量各彈性波參數(shù)(包括縱橫波速度和衰減)，并與TDR測(cè)量電磁波衰減獲取的飽和度信息聯(lián)合，實(shí)時(shí)探測(cè)水合物儲(chǔ)層地震波參數(shù)與水合物飽和度的復(fù)雜動(dòng)態(tài)關(guān)系。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明測(cè)量含水合物沉積介質(zhì)地震波速與電磁衰減的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2是本發(fā)明數(shù)據(jù)采集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖3是本發(fā)明TDR波形示意圖。
[0025]圖中，1.反應(yīng)釜，2.底座，3.恒溫箱，4.外筒，5.內(nèi)筒，6.頂蓋，7.磁鐵，8.線圈，9.氣瓶，10.橡膠薄膜，11.圍壓，12.樣品，13.數(shù)據(jù)采集裝置，14.PC機(jī)，15.控制器，16.共振裝置，17.TDR探針，18.溫度傳感器，19.壓力傳感器。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0027]本發(fā)明提供一種測(cè)量含水合物沉積介質(zhì)地震波速與電磁衰減的裝置，如圖1所示，包括反應(yīng)釜I，反應(yīng)釜I包括底座2，底座2上設(shè)置有外筒4和內(nèi)筒5，外筒4和內(nèi)筒5上方設(shè)置有頂蓋6，反應(yīng)釜I設(shè)置于恒溫箱3內(nèi)，頂蓋6的外側(cè)設(shè)置有磁鐵7，磁鐵7上纏繞有線圈8，反應(yīng)釜I上還連接有氣瓶9，外筒4的外側(cè)設(shè)置有橡膠薄膜10，橡膠薄膜10外側(cè)設(shè)置有圍壓11，外筒4和內(nèi)筒5之間設(shè)置有樣品12，樣品12上設(shè)置有數(shù)據(jù)采集裝置13。氣瓶9與樣品12相連接。
[0028]如圖2所示，數(shù)據(jù)采集裝置13包括PC機(jī)14，PC機(jī)14通過導(dǎo)線連接有控制器15，控制器15上分別通過導(dǎo)線連接有共振裝置16(其作用是測(cè)量樣品的共振特性(如頻率等)和阻尼等參數(shù))、TD