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1. 海域天然气水合物开采的井中可控源电磁监测三维正演模拟

刘滢, 何涛, 张毅

北京大学学报自然科学版 2022, 58 (6): 1055-1068. DOI: 10.13209/j.0479-8023.2022.090

摘要（277）

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PDF（pc）（10788KB）（169）

为掌握海域天然气水合物在大范围开采过程中的分解范围和分解程度, 应用有限元软件COMSOL, 对采用井中可控源电磁方法监测天然气水合物开采过程进行正演模拟。通过构建含高阻天然气水合物储层的三维地层模型, 在比较井中垂直源监测系统相对于传统拖曳式水平源优势的基础上, 分析垂直源监测系统中金属套管、垂直源深度、频率、观测误差和噪声等参数对海底电场响应的影响。模拟结果表明, 金属套管、垂直源深度和电流发射频率对井中电磁监测效果的影响较大, 在有套管时, 垂直源的布设深度应位于天然气水合物储层之下, 并采用1 Hz的低频发射电流; 在小收发距时, 监测系统的观测误差和噪声对有套管监测系统的性能影响不大。天然气水合物开采范围扩大时, 井中垂直源监测系统可以确保海底接收器探测到相应的电场信号变化, 并有效地识别开采范围的横向边界。因此, 采用井中可控源电磁方法对海域天然气水合物开采过程进行储层动态监测是可行的。

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2. 天然气水合物相关的Slipstream海底滑坡体速度结构模型反演

蓝坤, 朱贺, 何涛, 梁前勇, 吴学敏, 董一飞, 张毅

北京大学学报自然科学版 2021, 57 (3): 435-445. DOI: 10.13209/j.0479-8023.2021.005

摘要（504）

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PDF（pc）（9446KB）（172）

针对目前用于建立二维速度结构模型的RAYINVR软件对四分量海底地震仪(OBS)记录的转换横波无法自动反演, 建模效率低的问题, 采用MATLAB遗传反演算法, 对RAYINVR软件进行改进, 实现对横波速度结构模型各层和层中区块泊松比的自动同步反演, 可以为天然气水合物勘探调查提供泊松比和杨氏模量等重要弹性参数。利用采自Slipstream海底滑坡的OBS数据, 通过同步反演方法, 获得该地区较为精细的纵波和横波速度结构模型, 并可与附近U1326钻孔的测井数据进行对比, 验证了横波速度结构同步反演建模方法的有效性。模型揭示了两个泊松比差异大的结构面: 代表水合物稳定底界的似海底反射界面(BSR)(海底之下230±10 m)以及浅部异常高速体(有可能是高饱和度水合物富集的砂体)的底界(海底之下75~100 m), 后者与滑脱面大致重合, 指示水合物与Slipstream海底滑坡的形成有关。

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3. 海域天然气水合物开采的4C-OBC时移地震动态监测模拟

朱贺, 何涛, 梁前勇, 吴学敏, 董一飞

北京大学学报自然科学版 2021, 57 (1): 99-110. DOI: 10.13209/j.0479-8023.2020.091

摘要（471）

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PDF（pc）（17886KB）（119）

为了掌控海域天然气水合物开采过程中的地质和环境风险, 采用能够同时采集纵波信号和横波信号, 并且满足实时性和长期性要求的四分量海底震缆(4C-OBC)技术, 对天然气水合物储层进行时移地震动态监测。针对未来天然气水合物商业化开发时的水平井环境, 通过射线追踪方法进行正演模拟, 对地层模型进行地震照明分析, 得到合理的4C-OBC布设参数, 以期确保采集的地震数据具有良好的成像效果, 并对不同开发阶段的时移地震数据进行走时与振幅分析。结果显示, 差异走时与差异振幅均能很好地反映天然气水合物的开采程度, 其中转换横波的效果更显著。观测系统的误差分析结果表明, 震源船的定位误差不会对这套时移监测系统有明显的影响。总的来说, 采用4C-OBC时移地震对天然气水合物储层进行动态监测的方案是有效的。

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4. 含甲烷水合物松散沉积物超声波性质的实验研究

杨志强, 何涛, 朱贺, 蓝坤, 卢海龙

北京大学学报自然科学版 2020, 56 (2): 271-282. DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.119

摘要（717）

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PDF（pc）（8240KB）（145）

实验模拟海域含天然气水合物松散沉积物, 并测量其声学性质变化规律, 以期为天然气水合物地震勘探和资源评价提供科学依据。采用一套改进的水合物超声波速度测量装置, 根据反应釜内部气体压力的变化, 连续监测实验过程中甲烷水合物饱和度的变化, 获得被水完全饱和的松散沉积物中甲烷水合物饱和度与声波速度的关系。模拟南海神狐海域SH-7钻孔的HY-3样品, 进行多个轮次的甲烷水合物形成?分解实验, 实测纵、横波的速度均落在水合物非胶结曲线与胶结曲线之间, 表明甲烷水合物在沉积物孔隙中同时存在胶结和非胶结多种赋存形式, 在分解和合成过程中均以呈悬浮状或作为支撑颗粒的水合物优先, 但少量起胶结作用的水合物始终存在, 并对沉积物声学性质有明显的提升作用。

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5. 基于测斜仪的天然气水合物开采海底变形监测

张鑫, 张洪亮, 周雷, 何涛, 梁前勇, 董一飞, 何川

北京大学学报自然科学版 2019, 55 (4): 635-642. DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.054

摘要（819）

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PDF（pc）（1028KB）（246）

根据Okada线弹性理论, 提出并建立海域天然气水合物开采的海底变形场模型, 对开采产生的海底变形场进行正演模拟, 并采用模拟退火方法, 对合成观测数据进行模型参数反演。结果表明, 利用测斜仪监测能够得到水合物开采区域准确的倾角、方位角和体积等信息。不同噪声水平下的测试结果表明, 所采用的模型参数反演方法具有良好的抗噪性。另外, 结合2017年中国南海神狐海域水合物开采试验, 分析测斜仪监测在实际应用中的可行性, 表明“产能递减型”开采方案在海底稳定性方面具有一定的优势。

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6. 基于ANSYS Workbench的高精度自动化三维地质建模方法——以天然气水合物相关的Slipstream海底滑坡为例

隆松伯, 何涛, 梁前勇, 蓝坤, 林进清, 董一飞, 何健

北京大学学报自然科学版 2018, 54 (5): 994-1002. DOI: 10.13209/j.0479-8023.2018.051

摘要（981）

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在采用有限元软件ANSYS分析水合物相关的Slipstream海底滑坡体时, 针对多波束测深获得的复杂滑塌区海底地貌, 首先通过滑坡陡壁的形态恢复滑塌面被掩埋的部分, 然后通过与周围海脊的形态相似性对比, 重建滑塌发生前的海脊地貌。在此基础上, 利用ANSYS Work- bench的Jscript脚本功能, 实现三维地质模型的高精度自动构建, 极大地提高了复杂坡体结构的建模效率, 可以为后续数值分析的准确性提供关键保障。对Slipstream海底滑塌坡体进行自重条件下稳定性的初步模拟, 结果显示, 以海底之下约100 m的浅层水合物富集层为界, 其上的沉积层中最大剪应力呈现楔形分布的高值条带, 与该处滑坡后的阶梯状地貌吻合, 验证了地质模型的准确性和建模方法的有效性。

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7. 流体饱和储层砂岩超声波纵波速度频散的定量预测

刘照, 何涛, 杨志强, 邹长春, 任科英

北京大学学报自然科学版 2017, 53 (6): 1031-1041. DOI: 10.13209/j.0479-8023.2017.053

摘要（670）

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PDF（pc）（1123KB）（182）

针对岩芯的实验室超声波测试速度由于频散误差而不能直接用于涠西南凹陷声波测井速度标定的问题, 利用涠三段5块不同物性的储层砂岩, 通过比较盐水和4种不同密度油作为孔隙流体时的饱和岩样超声波纵波速度变化, 优化和完善速度频散机制分析流程, 提出和验证样品被喷射流机制统治时的非弛豫湿骨架模量与高压情况下的干骨架模量相当的假设, 并探索出一种BISQ理论特征喷射流长度（R）的估计方法。最后建立对涠三段储层砂岩的纵波速度频散进行全频带定量预测的方法, 从而能够确定速度频散的机制和大小。通过提出的全频带速度频散预测公式, 可将实验室的超声波测试速度校正到不同频率条件, 在实际应用中满足测井(中频带)和勘探地震(低频带)的岩石物理分析需求, 具有一定实践意义。

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8. 深拖曳多道地震系统阵列几何形态的高精度反演

孔繁达,何涛

北京大学学报（自然科学版）

摘要（657）

PDF（pc）（2873KB）（404）

在前人工作的基础上, 发展了一套针对高分辨率深拖曳多道地震勘探系统(deep-towed acoustics and geophysics system, DTAGS)阵列几何形态的高精度反演技术。该技术通过拾取的直达波与海面反射波走时共同对反演进行约束, 同时考虑了阵列节点深度系统误差以及海水速度波动的影响, 采用遗传算法对阵列几何形态控制参数进行同步反演, 获得了全局优化的DTAGS阵列几何形态。在北Cascadia边缘陆坡天然气水合物勘探的应用中, 采用改进算法处理后的DTAGS地震数据明显提高了成像质量, 能够提供更为详实的与天然气水合物相关的海底沉积和构造细节。

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9. 地层条件下砂岩储层的AVO响应模板

何涛,史?,邹长春,任科英,裴发根

北京大学学报（自然科学版）

摘要（631）

PDF（pc）（1448KB）（330）

在实验室对WXS凹陷的W3地层岩芯样品进行了地层压力和温度条件下的密度、孔隙度和声波速度测试, 基于岩石物理模型提出一种集成目标储层孔隙度、厚度和饱和流体信息的AVO响应模板制作方法。该方法以砂岩孔隙度与干燥状态下的密度和纵、横波阻抗的线性关系为核心, 利用Gassmann流体替换技术构建岩石物理模型, 通过正演模拟获得不同储层条件下的AVO响应在截距-斜率交会图上的分布位置和形态特征, 最终制作出能综合反映储层性质(孔隙度和层厚)和饱和流体性质的AVO响应模板。通过该模板可以直观地预测目标储层的孔隙度和厚度范围及所含流体(水、油、气)情况, 从而降低了与地质因素密切相关的AVO反演多解性, 提高了直接进行烃类预测的准确性。

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10. 薄互层水平井测井电阻率的各向异性校正

孔繁达,何涛,姜洪福

北京大学学报（自然科学版）

摘要（981）

对薄互层水平井测井电阻率进行各向异性校正。首先依据水平井测井参数对井轨穿层特征作出判断, 通过在穿层界面位置设置虚拟直井提高三维地层插值建模的精度, 确定水平井井眼轨迹在三维空间上与目标地层的相互位置关系。然后, 针对砂-泥岩薄互层提出 “相对电阻率各向异性”的概念, 获得水平井周围目标地层受三维地质模型约束的相对电阻率各向异性系数数据体。最后, 结合地层与井轨的夹角, 计算得到可以代表目标地层真实电阻率的水平电阻率。该方法成功应用于肇州油田某区块水平井, 校正后的水平井测井电阻率能够更好的反映储层岩性特征, 并能够真实的反映储层含油性特征, 提高了储层评价的准确度和可靠性。

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11. 斯通利波在测井应用中的研究进展和现状

何涛,史謌

北京大学学报（自然科学版）

摘要（1009）

斯通利波是一种沿井壁传播的声波，当声波脉冲与井壁和井内流体的界面相遇时就会产生斯通利波。近十几年来，由于长源距和偶极子阵列声波仪在测井中的广泛应用和全波形阵列声波测井资料中各组分波的处理分析方法的进步，可将斯通利波分离出来单独研究并应用于测井资料分析。斯通利波技术是评价裂缝及其渗透性的有效方法。

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