[發明專利]一種原位測量海底氣泡型淺層氣垂向分布范圍的方法

有效

• 申請號: 202210186613.3
• 申請日: 2022-02-28
• 公開（公告）號: CN114706130B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發明（設計）人: 郭秀軍;吳景鑫
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: G01V3/08
• 分類號: G01V3/08;G01V3/00
• 代理公司: 青島匯智海納知識產權代理有限公司 37335
• 代理人: 王丹丹

本發明公開一種原位測量海底氣泡型淺層氣垂向分布范圍的方法，采用環狀電極探桿測量含氣泡沉積物的電阻率，通過對電阻率的解譯得到垂向分布范圍，基于當氣泡型淺層氣含氣量小于某一臨界值時電阻率不變，而高于該臨界值時電阻率隨含氣量的增加而升高的特點，首先確定氣泡型淺層氣的絕對賦存區，然后根據當氣泡型淺層氣含氣量小于某一臨界值時電阻率不變的特征對絕對賦存區的頂界進行進一步的修正。本方案通過環狀電極進行測量，具有無損性、抗干擾性和不受溶解氣影響等優點，對于已探明的氣泡型淺層氣賦存區，實現對海底氣泡型淺層氣垂向分布范圍的原位、快速、準確測量，為海洋地質調查與研究提供科學的理論指導和依據。

技術領域

本發明屬于海底淺層氣測量技術領域，具體涉及一種原位測量海底氣泡型淺層氣垂向分布范圍的方法。

背景技術

近年來，填海造陸、跨海大橋等近海海洋工程項目的開發迎來了新一輪高潮。海底賦存有分布廣泛的大規模淺層氣，其主要成分為甲烷，在海洋開發過程中，其動態變化會導致溫室效應加劇，誘發海洋地質災害，以及帶來海洋工程建設等風險。

淺層氣具有不同的賦存形態，而不同賦存形態淺層氣識別特征、運動致災機理皆有不同。在粗粒沉積物中，氣體通過毛細侵入生長運移，在蓋層圈閉作用下形成孔隙間氣體聯通的高壓砂質儲氣層。而細粒沉積物由于其較大的孔喉毛細阻力使得氣體難以進行毛細侵入，而是以劈裂沉積物的方式形成“氣泡”，這就出現了與傳統認識中孔隙間相互連通型淺層氣特征不同的氣泡型淺層氣。現有技術很少按照含氣區淺層氣賦存形態對淺層氣地質調查進行細分。傳統淺層氣調查手段幾乎均針對于聯通型淺層氣，對氣泡型淺層氣的調查具有怎樣的探測效果尚待未可知。這導致以往淺層氣調查工作中對于氣泡型淺層氣存在測不到、測不準等問題。但近海海域海床表層多為粉質黏土等細粒沉積物，這種沒有被足夠重視的“氣泡”廣泛存在甚至是表層淺層氣的主要賦存類型，鑒于此，發展能夠準確描述氣泡型淺層氣的針對性調查手段亟待提上日程，以為海洋工程開發建設提供更有利的技術支持與理論支撐。

目前對于傳統聯通型淺層氣的垂向分布范圍定點調查手段主要包括海洋靜力觸探技術?(CPT)、鉆探取樣分析以及測井調查，但是針對氣泡型淺層氣本身的一些特點，現有方法并不適用于對氣泡型淺層氣的實踐研究：

(1)集成孔隙水壓力測量(CPTU)或甲烷化學測量(MIP-CPT)的CPT技術可以根據高壓儲氣層對錐尖阻力、側摩阻力、孔隙水壓力以及甲烷濃度的改變來判定儲氣層頂底界，但在應用于氣泡型淺層氣調查時，氣泡型淺層氣由于不具備顯著的阻力，因此不會引起錐尖阻力、側摩阻力、孔隙水壓力的提升，此外，氣泡型淺層氣含氣區甲烷濃度提升弱于高壓儲氣層，甲烷濃度測量更易受孔隙水中溶解態甲烷干擾，所以，CPT或集成式CPT應用于氣泡型淺層氣探測時無法有效判定含氣區垂向范圍；

(2)鉆探取樣分析主要分為保壓取芯CT測試以及樣品頂空氣法化學測試：當保壓取芯?CT測試單次僅能測試20cm左右的極小深度區段，應用于較大深度范圍時，該方法具有極高的調查成本，不適用于原位大規模調查；頂空氣法化學測試可獲得地層甲烷濃度變化，因為地層中的甲烷既有氣態也有溶解態，易受孔隙水中溶解態甲烷干擾，同樣無法判別含氣層的垂向分布范圍；

(3)測井調查可根據淺層氣引起的地層聲速、電阻率變化進行含氣層的含氣量估算，但在開挖測井的過程中會對井壁周邊的土層造成較大擾動，而氣體具有高流動性，賦存狀態不穩定，這就導致測量結果具有很大的不確定性和不準確性。

目前，普遍公認的是：氣泡型淺層氣的存在會改變沉積物的物質組成。但已有的建立土體物理性質與電阻率關系的電阻率模型均針對孔隙尺度，以孔隙空間為單位，進行孔隙空間內含水飽和度、含氣飽和度的表征。氣泡尺寸遠超孔隙空間，是其3-4個數量級，與傳統電阻率模型構建時的概念假設具有較大差異，因此無法用含氣飽和度來表示其整體含氣量。為了創新思維，發現新的解決思路，本方案申請人通過研究發現：氣泡型淺層氣依舊會增加沉積物電阻率，且具有特有的電阻率模型。鑒于此，本方案突破傳統思維限制，提出通過測量探桿周圍的一定直徑圓柱形范圍的沉積物的電阻率，根據電阻率變化判定氣泡型淺層氣垂向分布范圍的新思路。