張立含 周廣勝

(1.大慶石油學(xué)院地球科學(xué)學(xué)院 黑龍江大慶 163318;2.石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)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(yīng)是天然氣成藏與分布不可忽視的重要條件。一個(gè)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(yīng)有良好的蓋層封氣能力,才能使進(jìn)入圈閉中的天然氣得以聚集與保存下來,形成高儲(chǔ)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(chǔ)量豐度的大中型氣田。關(guān)于我國大中型氣田蓋層封氣能力的評(píng)價(jià),文獻(xiàn)[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(zhì) (流動(dòng)粘度)和氣藏能量(壓力)等影響,并沒有將對(duì)蓋層封氣能力有著重要影響的斷裂對(duì)蓋層的破壞程度考慮進(jìn)去,使評(píng)價(jià)結(jié)果在某種程度上難以準(zhǔn)確地反映蓋層實(shí)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(píng)價(jià)方法,對(duì)于準(zhǔn)確評(píng)價(jià)其封氣能力,對(duì)研究我國大中型氣田形成條件研究及尋找高中儲(chǔ)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(píng)價(jià)

1.1 我國大中型氣田封蓋特征

通過我國 46個(gè)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(duì)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(shù)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(zhì)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(qiáng),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(gè)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(gè)氣田可達(dá)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(nèi),少量分布在 400～800 m和 1 200～ 1 600m之內(nèi),如圖1所示。從盆地來看,鶯歌海和柴達(dá)木盆地蓋層厚度相對(duì)較大,而鄂爾多斯盆地、四川盆地蓋層厚度相對(duì)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(shù),排替壓力越大,蓋層封閉天然氣能力越強(qiáng),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(zhǔn)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(dá)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(duì)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(chǔ)量豐度關(guān)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(shí)踐表明,氣藏本身能量越高,對(duì)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(gòu)造擠壓等作用,氣藏內(nèi)部往往具有較正常壓實(shí)地層異常高的地層孔隙流體壓力,即壓力系數(shù)大于 1。氣藏中的異常高壓越大,其壓力系數(shù)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(shù)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(gè)大中型氣田壓力系數(shù)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(shù)可達(dá)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(shù)只有 0.93。壓力系數(shù)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(shù)相對(duì)較高。而鄂爾多斯盆地、松遼盆地氣藏壓力系數(shù)相對(duì)較低。

圖3 我國大中型氣田壓力系數(shù)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(dòng)粘度也是影響一個(gè)氣藏封蓋條件優(yōu)劣的又一因素,天然氣流動(dòng)粘度越大,其越不易流動(dòng),越易被蓋層封蓋;相反,天然氣粘度越小,其越易流動(dòng)穿過蓋層運(yùn)移散失,越不易被蓋層封蓋。由表1中可以看出,我國 46個(gè)大中型氣田天然氣流動(dòng)粘度變化也相對(duì)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(dá)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(duì)蓋層的破壞程度特征

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

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

由 1式可以看出,b值越大,斷裂對(duì)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(gè)大中型氣田斷裂對(duì)蓋層破壞程度相對(duì)較小,破壞程度系數(shù)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(duì)蓋層破壞程度系數(shù)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(píng)價(jià)方法的改進(jìn)

在文獻(xiàn)[3]中,該文對(duì)氣藏蓋層封氣能力的評(píng)價(jià)僅僅考慮了蓋層厚度、排替壓力、氣藏壓力系數(shù)和天然氣粘度的影響,而沒有考慮斷裂對(duì)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(duì)此進(jìn)行改進(jìn),由于排替壓力是影響蓋層微觀封閉能力強(qiáng)弱的最主要參數(shù),厚度是反映蓋層發(fā)育及分布的最主要參數(shù),在一定程度上也可以反映封閉質(zhì)量,b值大小反映了斷裂對(duì)蓋層的破壞程度;μ值大小反映了天然氣本身性質(zhì)對(duì)蓋層封氣能力的影響,kρwZ為氣藏內(nèi)部壓力,這 5個(gè)參數(shù)均是影響蓋層封氣能力的主要參數(shù),按照它們與蓋層封氣能力之間關(guān)系重新定義蓋層封氣能力評(píng)價(jià)指標(biāo) a為式 2所示,

式中:a-氣藏蓋層封氣能力評(píng)價(jià)指標(biāo),m Pas; Pd-蓋層排替壓力 (M Pa),可由實(shí)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(jù)天然氣粘度與溫度和壓力關(guān)系求得;b-斷裂對(duì)蓋層破壞程度系數(shù),可由 1式計(jì)算求得;k-氣藏壓力系數(shù),可由實(shí)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(duì)氣藏蓋層封氣能力的作用,又可以反映氣藏內(nèi)部能量和天然氣性質(zhì)對(duì)氣藏蓋層封氣能力的作用,是一個(gè)綜合定量評(píng)價(jià)指標(biāo).值越大,表明氣藏蓋層封氣能力越強(qiáng);反之則越弱。按照蓋層封氣能力評(píng)價(jià)指標(biāo)a值大小,本文對(duì)氣藏蓋層封氣能力的評(píng)價(jià)等級(jí)進(jìn)行了劃分,如表2所示。

表2 氣藏蓋層封氣評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)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(píng)價(jià)

通過對(duì)我國 46個(gè)大中型氣田蓋層厚度、排替壓力、斷裂對(duì)蓋層破壞程度系數(shù)、氣藏壓力系數(shù)、埋深和天然氣粘度值[1～7](表1)統(tǒng)計(jì)。利用式 2對(duì)其蓋層封氣能力評(píng)價(jià)參數(shù) a值進(jìn)行了計(jì)算,結(jié)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(píng)價(jià)指標(biāo) 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(dá)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(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn),我國 46個(gè)大中型氣田蓋層封氣能力以差為主,其次是中等級(jí)別,再次是好級(jí)別,最少為較好級(jí)別,如圖6所示。從盆地來看,鶯歌海盆地和柴達(dá)木盆地大中型氣田蓋層封氣能力評(píng)價(jià)指標(biāo) a值相對(duì)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(píng)價(jià)指標(biāo) a值相對(duì)較小。分析造成我國大中型氣田蓋層封氣能力評(píng)價(jià)指標(biāo) a值差異較大的主要原因應(yīng)是不同盆地內(nèi)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(chǔ)量豐度特征

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

圖6 我國大中型氣田蓋層封氣能力評(píng)價(jià)等級(jí)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(chǔ)量豐度,X 108m3/km2; Q-氣藏天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量,X 108m3;s-氣藏含氣面積,km2。

通過我國 46個(gè)大中型氣田地質(zhì)儲(chǔ)量和含氣面積資料 (表1)[8～14]統(tǒng)計(jì),由式 3對(duì)其天然氣儲(chǔ)量豐度進(jìn)行了計(jì)算,結(jié)果如表1所示。由表1中可以看出,我國 46個(gè)大中型氣田天然氣儲(chǔ)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(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn),我國 46個(gè)大中型氣田儲(chǔ)量豐度等級(jí)從低至高均有分布,但不同等級(jí)天然氣儲(chǔ)量豐度的大中型氣田分布是不同的。我國 46個(gè)大中型氣田有 13個(gè)為高天然氣儲(chǔ)量豐度的大中型氣田,約占 46個(gè)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(dá)木盆地、鶯瓊盆地。中等天然氣儲(chǔ)量豐度的大中型氣田有 12個(gè),約占 46個(gè)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(dá)木盆地、準(zhǔn)噶爾盆地、松遼盆地和鄂爾多斯盆地。低天然氣儲(chǔ)量豐度的大中型氣田有 20個(gè),約占 46個(gè)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(chǔ)量豐度的大中型氣田只有 1個(gè),約占 46個(gè)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(gè)大中型氣田中低天然氣儲(chǔ)量豐度的大中型氣田個(gè)數(shù)最多,其次是高、中天然氣儲(chǔ)量豐度的大中型氣田,相對(duì)最少的是特低儲(chǔ)量豐度的大中型氣田。

表3 氣藏天然氣儲(chǔ)量豐度等級(jí)劃分表Tab le 3 G rade d iv ision of gas reservesabundance

圖7 我國 46個(gè)大中型氣田天然氣儲(chǔ)量豐度等級(jí)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(chǔ)量豐度之間關(guān)系研究

根據(jù)我國 46個(gè)大中型氣田蓋層封氣能力評(píng)價(jià)指標(biāo) a值與其對(duì)應(yīng)的天然氣儲(chǔ)量豐度之間關(guān)系作圖(圖8)可以看出,我國大中型氣田蓋層封氣能力評(píng)價(jià)指標(biāo) a值與其儲(chǔ)量豐度之間應(yīng)為正相關(guān)關(guān)系,即隨著我國大中型氣田蓋層封氣能力評(píng)價(jià)指標(biāo) a值的逐漸增大,儲(chǔ)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(gè)大中型氣田具中等蓋層封氣能力的氣田平均儲(chǔ)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(rèn)識(shí)符合天然氣富集規(guī)律,但兩者之間的關(guān)系并非為嚴(yán)格的正比關(guān)系,表明蓋層封氣能力并非是高儲(chǔ)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(qiáng)度、輸導(dǎo)條件和聚集時(shí)間相對(duì)早晚等多種因素的影響。

4 結(jié)論

(1)蓋層厚度、排替壓力、斷裂對(duì)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(gè)主要因素。利用改進(jìn)后的蓋層封氣能力評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)得到我國 46個(gè)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(píng)價(jià)等級(jí)與天然氣儲(chǔ)量豐度之間關(guān)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(píng)價(jià)等級(jí)與天然氣儲(chǔ)量豐度之間關(guān)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(gè)大中型氣田以低儲(chǔ)量豐度為主,其次是高儲(chǔ)量豐度,最少是中等儲(chǔ)量豐度。

(3)我國大中型氣田蓋層封氣能力與天然氣儲(chǔ)量豐度之間為正相關(guān)關(guān)系。中等蓋層封氣能力的大中型氣田平均儲(chǔ)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(chǔ)量豐度大中型氣田形成的唯一主控因素,其儲(chǔ)量豐度高低還應(yīng)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(zhì)科學(xué):中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào),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(píng)價(jià)及其對(duì)成藏的貢獻(xiàn) [J]。石油天然氣地質(zhì),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(fā),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(fā),鐘寧寧,等。中國大氣田及其氣源[M]。北京:石油工業(yè)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(yè)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(zhì)[M]。北京:地質(zhì)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(gòu)造石炭系氣田[M]。北京:石油工業(yè)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(píng)價(jià)方法[J]。天然氣地球科學(xué),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(guī)律[M]。北京:石油工業(yè)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(diǎn)含油氣盆地氣源巖特征與資源豐度[M]。江蘇徐州:中國礦業(yè)大學(xué)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(zhì)理論進(jìn)展與勘探戰(zhàn)略[J]。石油與天然氣地質(zhì),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(guī)律[J]。石油與天然氣地質(zhì),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(wèi)延召。中國天然氣資源及前景分析[J]。石油與天然氣地質(zhì),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(jì)以來的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)[J]。石油與天然氣地質(zhì),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]