氣藏蓋層封氣能力評價方法的改進及應用①
——以我國46個大中型氣田為例

張立含 周廣勝

(1.大慶石油學院地球科學學院 黑龍江大慶 163318;2.石油大學石油與天然氣工程學院 北京 100034)

天然氣與石油相比,分子小,重量輕,易散失,這些特征就決定了蓋層封氣能力應是天然氣成藏與分布不可忽視的重要條件。一個大中型氣田的形成除了要有充足的氣源供給外,更重要的是應有良好的蓋層封氣能力,才能使進入圈閉中的天然氣得以聚集與保存下來,形成高儲量豐度的大中型氣田;否則氣源供給條件再好,也難以形成高儲量豐度的大中型氣田。關于我國大中型氣田蓋層封氣能力的評價,文獻[1～3]曾做過一些研究工作,但考慮的因素尚不夠全面,只考慮了蓋層本身封閉特征(排替壓力和厚度)、天然氣性質 (流動粘度)和氣藏能量(壓力)等影響,并沒有將對蓋層封氣能力有著重要影響的斷裂對蓋層的破壞程度考慮進去,使評價結果在某種程度上難以準確地反映蓋層實際封氣能力。因此,建立一套全面反映適用于我國大中型氣田蓋層封氣能力的評價方法,對于準確評價其封氣能力,對研究我國大中型氣田形成條件研究及尋找高中儲量豐度大中型氣田均具重要意義。

1 我國大中型氣田蓋層封氣能力評價

1.1 我國大中型氣田封蓋特征

通過我國 46個大中型氣田解剖研究得到,我國大中型氣田蓋層封氣能力主要受到蓋層厚度、排替壓力、氣藏壓力、天然氣粘度和斷裂對蓋層破壞程度的影響,其特征如下:

1.1.1 蓋層厚度特征

厚度是影響蓋層本身封蓋天然氣能力的重要參數之一,它不僅影響蓋層空間展布范圍的大小,而且還在一定程度上影響著蓋層封閉的質量。蓋層厚度越大,其空間展布面積越大,封閉天然氣能力越強,越有利于天然氣的聚集與保存;相反,蓋層厚度越小,其空間展布面積越小,封閉天然氣能力越弱,越不利于天然氣的聚集與保存。由我國 46個大中型氣田蓋層特征(表1)可以看出,不論蓋層巖性如何,其厚度大小不等,最厚的鶯歌海盆地的東方 1-1、樂東 15-1和樂東 22-1三個氣田可達到 1 600m。最小的是四川盆地的大池干井氣田只有 15m。蓋層厚度主要分布在400m之內,少量分布在 400～800 m和 1 200～ 1 600m之內,如圖1所示。從盆地來看,鶯歌海和柴達木盆地蓋層厚度相對較大,而鄂爾多斯盆地、四川盆地蓋層厚度相對較小。

1.1.2 蓋層排替壓力特征

排替壓力是影響蓋層本身封閉天然氣能力的根本參數,排替壓力越大,蓋層封閉天然氣能力越強,越有利于天然氣的聚集與保存;相反,排替壓力越小,蓋層封閉天然氣能力越弱,越不利于天然氣的聚集與保存。由表1中可以看出,我國大中型氣田蓋層均具有較高的排替壓力,最小的準噶爾盆地的呼圖壁氣田排替壓力為 8.5M Pa;最高的是塔里木盆地庫車凹陷的克拉 2氣田排替壓力可達到 28M Pa。蓋層排替壓力主要分布在8～12M Pa,其次是20～24M Pa和12～ 16M Pa,相對較小的是 16～20M Pa和 24～28M Pa,如圖2所示。

表1 我國大中型氣田蓋層封氣能力與氣藏儲量豐度關系Tab le 1 Rela tion between sea ling and preserva tive ab ility of gas reservesand gas reservesabundance of large andm ed ium gas fields in Ch ina

圖1 我國大中型氣田蓋層厚度分布圖Fig.1 D istribu tion of thicknessof cap rocksof large andm edium gas fields in China

圖2 我國大中型氣田蓋層排替壓力分布圖Fig.2 D istribution of disp lacem entp ressure of cap rock of large andm edium gas fields in China

1.1.3 氣藏壓力特征

天然氣勘探實踐表明,氣藏本身能量越高,對其蓋層封閉能力要求越高;反之則越低。由于天然氣本身可壓縮性、圈閉封閉性和構造擠壓等作用,氣藏內部往往具有較正常壓實地層異常高的地層孔隙流體壓力,即壓力系數大于 1。氣藏中的異常高壓越大,其壓力系數越高,表明天然氣越易在此壓力的作用下通過蓋層散失,越不利于天然氣的聚集和保存;相反,氣藏中異常高壓越小,其壓力系數越接近 1,表明天然氣越不易在此壓力的作用下通過蓋層散失,越有利于天然氣的聚集和保存。由表1中可以看出,我國46個大中型氣田壓力系數變化較大,最大的塔里木盆地庫車坳陷的克拉 2氣田壓力系數可達到 2.25。最小的鄂爾多斯的蘇里格和長東致密氣田壓力系數只有 0.93。壓力系數主要分布在 0.9～1.1;其次是1.1～1.3;再次是 1.3～1.5和 1.5～1.7;最少是 1.7 ～1.9和 2.1～2.3,如圖3所示。從盆地來看,四川盆地,塔里木盆地,鶯歌海盆地氣田壓力系數相對較高。而鄂爾多斯盆地、松遼盆地氣藏壓力系數相對較低。

圖3 我國大中型氣田壓力系數分布圖Fig.3 D istribution of p ressu re coefficien tof large and m edium gas fields in China

1.1.4 天然氣粘度特征

天然氣流動粘度也是影響一個氣藏封蓋條件優劣的又一因素,天然氣流動粘度越大,其越不易流動,越易被蓋層封蓋;相反,天然氣粘度越小,其越易流動穿過蓋層運移散失,越不易被蓋層封蓋。由表1中可以看出,我國 46個大中型氣田天然氣流動粘度變化也相對較大,最大的塔里木盆地庫車坳陷的依南 2氣田天然氣粘度可達到 0.35 Pas,最小的四川盆地的福成寨氣田天然氣粘度只有 0.02 Pas。天然氣粘度主要分布在 0.1～0.2 Pas,其次是 0～0.1 Pas和 0.2～ 0.3 Pas,最少為 0.3～0.4 Pas,如圖4所示。

圖4 我國大中型氣田天然氣粘度分布圖Fig.4 D istribution of gas viscosity of large and m edium gas fields in China

1.1.5 斷裂對蓋層的破壞程度特征

氣藏蓋層是否被斷裂破壞,對于其內天然氣蓋層封氣至關重要,其破壞程度主要受到蓋層厚度與斷層斷距相對大小的影響,可用斷裂對蓋層的破壞程度系數表示,其大小由式1求得。

式中:b-斷裂對蓋層的破壞程度系數;H-氣藏蓋層厚度,m;L-氣藏內斷層斷距,m。

由 1式可以看出,b值越大,斷裂對蓋層的破壞程度越小;反之則越大。由表1可以看出,我國 46個大中型氣田斷裂對蓋層破壞程度相對較小,破壞程度系數分布在 0.15～1.00,平均為 0.758。主要分布在0.8～1,其次分布在 0.6～0.8,再次分布在 0.4～0.6和0～0.2,最少為 0.2～0.4,如圖5所示。

圖5 我國大中型氣田斷裂對蓋層破壞程度系數分布圖Fig.5 D istribution of destroy degree coefficient from fau ltof large andm ed ium gas fields in China

1.2 氣藏蓋層封氣能力評價方法的改進

在文獻[3]中,該文對氣藏蓋層封氣能力的評價僅僅考慮了蓋層厚度、排替壓力、氣藏壓力系數和天然氣粘度的影響,而沒有考慮斷裂對蓋層破壞的影響。這無疑是不能全面反映蓋層封氣能力的,故本文對此進行改進,由于排替壓力是影響蓋層微觀封閉能力強弱的最主要參數,厚度是反映蓋層發育及分布的最主要參數,在一定程度上也可以反映封閉質量,b值大小反映了斷裂對蓋層的破壞程度;μ值大小反映了天然氣本身性質對蓋層封氣能力的影響,kρwZ為氣藏內部壓力,這 5個參數均是影響蓋層封氣能力的主要參數,按照它們與蓋層封氣能力之間關系重新定義蓋層封氣能力評價指標 a為式 2所示,

式中:a-氣藏蓋層封氣能力評價指標,m Pas; Pd-蓋層排替壓力 (M Pa),可由實測資料獲取;H-蓋層厚度(m),可由鉆井資料直接讀取;μ-天然氣粘度(Pas),可由氣藏壓力和溫度資料,根據天然氣粘度與溫度和壓力關系求得;b-斷裂對蓋層破壞程度系數,可由 1式計算求得;k-氣藏壓力系數,可由實測壓力除以靜水壓力得到;ρw-地層密度,g/cm3; Z-氣藏埋深(m),可由鉆井資料直接獲得。

由式 2中可以看出,a值既可以反映蓋層本身特征對氣藏蓋層封氣能力的作用,又可以反映氣藏內部能量和天然氣性質對氣藏蓋層封氣能力的作用,是一個綜合定量評價指標.值越大,表明氣藏蓋層封氣能力越強;反之則越弱。按照蓋層封氣能力評價指標a值大小,本文對氣藏蓋層封氣能力的評價等級進行了劃分,如表2所示。

表2 氣藏蓋層封氣評價等級標準Tab le 2 G rade standard of degree for sea ling and p reserva tive ab ility of gas reservo irs

1.3 我國大中型氣田蓋層封氣能力評價

通過對我國 46個大中型氣田蓋層厚度、排替壓力、斷裂對蓋層破壞程度系數、氣藏壓力系數、埋深和天然氣粘度值[1～7](表1)統計。利用式 2對其蓋層封氣能力評價參數 a值進行了計算,結果如表1所示。由表1中可以看出,我國大中型氣田蓋層封氣能力評價指標 a值變化較大,最大的是鶯歌海盆地的東方 1-1氣田,a值可達到 1.484 m Pas,最小的是渤海灣盆地的錦州 20-2氣田,a值只有 0.002m Pas,二者相差 100余倍。按照表2中等級劃分標準,我國 46個大中型氣田蓋層封氣能力以差為主,其次是中等級別,再次是好級別,最少為較好級別,如圖6所示。從盆地來看,鶯歌海盆地和柴達木盆地大中型氣田蓋層封氣能力評價指標 a值相對較大,而鄂爾多斯、四川盆地部分與松遼盆地、部分塔里木盆地大中型氣田蓋層封氣能力評價指標 a值相對較小。分析造成我國大中型氣田蓋層封氣能力評價指標 a值差異較大的主要原因應是不同盆地內的大中型氣田蓋層厚度和氣藏壓力大小差異較大造成的。

2 我國大中型氣田儲量豐度特征

一個氣藏天然氣富集程度的高低主要受到其地質儲量大小和含氣面積大小的影響,可用氣藏天然氣儲量豐度來描述。所謂氣藏的天然氣儲量豐度是指單位含氣面積內的地質儲量大小,可由式 3計算求得。

圖6 我國大中型氣田蓋層封氣能力評價等級分布圖Fig.6 D istribution of evaluation degree for sealing and p reservative ability of large andm edium gas fields in China

式中:q-氣藏天然氣儲量豐度,X 108m3/km2; Q-氣藏天然氣地質儲量,X 108m3;s-氣藏含氣面積,km2。

通過我國 46個大中型氣田地質儲量和含氣面積資料 (表1)[8～14]統計,由式 3對其天然氣儲量豐度進行了計算,結果如表1所示。由表1中可以看出,我國 46個大中型氣田天然氣儲量豐度分布在 0.75 X 108～53.2 X108m3/km2,平均為 8.32 X108m3/km2,按照表3中的等級劃分標準,我國 46個大中型氣田儲量豐度等級從低至高均有分布,但不同等級天然氣儲量豐度的大中型氣田分布是不同的。我國 46個大中型氣田有 13個為高天然氣儲量豐度的大中型氣田,約占 46個大中型氣田的 28.26%,它們主要分布在塔里木盆地、四川盆地、渤海灣盆地、東海盆地、柴達木盆地、鶯瓊盆地。中等天然氣儲量豐度的大中型氣田有 12個,約占 46個大中型氣田的 26.09%,它們主要分布在塔里木盆地、渤海灣盆地、四川盆地、東海盆地、柴達木盆地、準噶爾盆地、松遼盆地和鄂爾多斯盆地。低天然氣儲量豐度的大中型氣田有 20個,約占 46個大中型氣田的 43.48%,它們主要分布在塔里木盆地、渤海灣盆地、鶯瓊盆地、四川盆地、松遼盆地和鄂爾多斯盆地。特低天然氣儲量豐度的大中型氣田只有 1個,約占 46個大中型氣田的2.71%,是鄂爾多斯盆地的長東氣田,如圖7所示。

由上可以看出,我國 46個大中型氣田中低天然氣儲量豐度的大中型氣田個數最多,其次是高、中天然氣儲量豐度的大中型氣田,相對最少的是特低儲量豐度的大中型氣田。

表3 氣藏天然氣儲量豐度等級劃分表Tab le 3 G rade d iv ision of gas reservesabundance

圖7 我國 46個大中型氣田天然氣儲量豐度等級分布圖Fig.7 D istribution of gas reserves abundance grades of about46 large andm edium gas fields in China

3 我國大中型氣田蓋層封氣能力與儲量豐度之間關系研究

根據我國 46個大中型氣田蓋層封氣能力評價指標 a值與其對應的天然氣儲量豐度之間關系作圖(圖8)可以看出,我國大中型氣田蓋層封氣能力評價指標 a值與其儲量豐度之間應為正相關關系,即隨著我國大中型氣田蓋層封氣能力評價指標 a值的逐漸增大,儲量豐度總體上是逐漸增大的;反之則逐漸減小。由圖9中可以看出,我國 46個大中型氣田具中等蓋層封氣能力的氣田平均儲量豐度最高,其次是具較好蓋層封氣能力的氣田,最低的是具好和差蓋層封氣能力的氣田。這一認識符合天然氣富集規律,但兩者之間的關系并非為嚴格的正比關系,表明蓋層封氣能力并非是高儲量豐度大中型氣田形成的唯一主控因素,它還要受到源巖供氣強度、輸導條件和聚集時間相對早晚等多種因素的影響。

4 結論

(1)蓋層厚度、排替壓力、斷裂對蓋層的破壞程度、氣藏壓力和天然氣粘度是影響氣藏蓋層封氣能力的5個主要因素。利用改進后的蓋層封氣能力評價方法評價得到我國 46個大中型氣田以差封氣能力的大中型氣田最多,其次是中等封氣能力的大中型氣田,再次是好封氣能力的大中型氣田,最少為較好封氣能力的大中型氣田。

圖8 我國大中型氣田蓋層封氣能力評價等級與天然氣儲量豐度之間關系Fig.8 Relation between evaluation degree for sealing and p reservative ability and gas reserves abundance of large andm edium gas fields in China

圖9 我國大中型氣田蓋層封氣能力評價等級與天然氣儲量豐度之間關系圖Fig.9 Relation between evaluation degree of sealing and p reservative ability and reserves abundance of gasof large andm edium gas fields in China

(2)我國 46個大中型氣田以低儲量豐度為主,其次是高儲量豐度,最少是中等儲量豐度。

(3)我國大中型氣田蓋層封氣能力與天然氣儲量豐度之間為正相關關系。中等蓋層封氣能力的大中型氣田平均儲量豐度最高,其次是較好蓋層封氣能力的大中型氣田,最低的是好和差蓋層封氣能力的大中型氣田。這表明蓋層封氣能力不是我國高儲量豐度大中型氣田形成的唯一主控因素,其儲量豐度高低還應受到其它條件制約。

References)

1 付廣,呂延防,于丹。我國不同類型盆地高效大中型氣田形成的主控因素[J]。地質科學:中國地質大學學報,2007,32(1):82-88[Fu Guang,Lv Yanfang,Yu Dan.M ajor factors contro lling of large and intermediate gas fieldsw ith high gas accum ulation efficiency in different typesof basins in China[J].arth Science:JournalofChinaUniversity of Geosciences,2007,32(1):82-88]

2 呂延防,付廣,于丹。中國大中型氣田蓋層封蓋能力綜合評價及其對成藏的貢獻 [J]。石油天然氣地質,2005,26(6):752-745[Lv Yanfang,Fu Guang,Yu Dan.Comp rehensive evaluation of sealing ability of cap rock in China's large andmedium gas fieldsand their contribution to gasaccumulation[J]. il&Gas Geology,2005,26(6): 752-745]

3 付廣,劉江濤。中國高效大中型氣田形成的蓋層封氣條件[J]。石油勘探與開發,2006,32(6):662-666[Fu Guang,Liu Jiangtao.Sealing and p reservation conditions for large and medium gas fields of China [J].etro leum Exp loration and Developm ent,2006,32(6):662-666]

4 戴金星,陳踐發,鐘寧寧,等。中國大氣田及其氣源[M]。北京:石油工業出版社,2003:9-167[Dai Jinxing,Chen Jianfa,ZhongN ingning, et a l.Characteristicsof Large and M edium Gas Fields and Correlation w ith Their Source Rocks in China[M].eijing:Petro leum Industry Press,2003:9-167]

5 康竹林,傅誠德,崔淑芬,等。中國大氣田概論[M]。北京:石油工業出版社,2000:8-327[Kang Zhulin,Fu Chengde,Cui Shufen,et a l。 Generality of Chinese Large andM edium Gas fields[M].eijing:Petroleum Industry Press,2000:8-327

6 馮福閻,王庭斌,張士亞,等。中國天然氣地質[M]。北京:地質出版社,1995:255-290[Feng Fukai,W ang Tingbin,Zhang Zhongya,eta l。 Natural Gas Geo logy in China[M].eijing:Geological Publishing House,1997:255-290]

7 胡光燦,謝姚祥。中國四川東部高陡構造石炭系氣田[M]。北京:石油工業出版社,1997:47-135[Hu Guangcan,X ie Yaoxiang.CarboniferousGas Fields in H igh-Steep Structure in the Eastof Sichuan,China [M].eijing:Petroleum Industry Press,1997:47-135]

8 柳廣弟,李劍,李景明,等。天然氣成藏過程有效性的主控因素與評價方法[J]。天然氣地球科學,2005,16(1):1-7[L iu Guangdi,Li Jian,L i Jingm ing,et a l.The controls and the assessmentmethod for the effectivenessof naturalgasm igration and accumu lation p rocess[J]。 Natural Gas Geoscience,2005,16(1):1-7]

9 戴金星,王庭斌,宋巖,等。中國大中型天然氣田形成條件與分布規律[M]。北京:石油工業出版社,1997:184-197[Dai Jinxing,W ang Tingbin,Song Yan,et al.Form ation Conditions and D istribu tion Law s of Large andM edium Gas Fields in China[M].eijing:Petro leum Industry Press,1997:184-197

10 李劍。中國重點含油氣盆地氣源巖特征與資源豐度[M]。江蘇徐州:中國礦業大學出版社,2000:95-136[L i Jian.Gas Source Rocks Characteristics and Resource Abundance ofM ainly PetroliferousBasin in China[M].iangsu Xuzhou:Pressof ChinaUniversity ofM ining, 2000:95-136]

11 王庭斌。中國天然氣地質理論進展與勘探戰略[J]。石油與天然氣地質,2002,23(1):1-7[W ang Tingbin.Theory p rogress of natural gas geo logy and strategy of gas exp lo ration[J]. il&Gas Geo logy, 2002,23(1):1-7]

12 錢凱,王明明,魏偉。中國陸相天然氣成因類型及富集規律[J]。石油與天然氣地質,1996,17(3):171-175[Q ian Kai,W angM ingm ing,W eiW ei.Genetic type and enrichment law of terrestrialnatural China[J]. il&Gas Geology,1996,17(3):171-175]

13 戴金星,夏新宇,衛延召。中國天然氣資源及前景分析[J]。石油與天然氣地質,2001,22(1):1-8[Dai Jinxing,X ia X inyu,W ei Yanzhao.Estim ation of natural gas resources and reserves in China [J]. il&Gas Geo logy,2001,22(1):1-8

14 王庭斌。中國氣藏主要形成、定型于新近紀以來的構造運動[J]。石油與天然氣地質,2004,25(2):126-132[W ang Tingbin.Gas poo ls in China havem ain ly been form ed and finalized during tectonic movem ents since Neogene[J]. il&Gas Geo logy,2004,25(2): 126-132]