气藏盖层封气能力评价方法的改进及应用①——以我国46个大中型气田为例

张立含 周广胜

(1.大庆石油学院地球科学学院 黑龙江大庆 163318;2.石油大学石油与天然气工程学院 北京 100034)

天然气与石油相比,分子小,重量轻,易散失,这些特征就决定了盖层封气能力应是天然气成藏与分布不可忽视的重要条件。一个大中型气田的形成除了要有充足的气源供给外,更重要的是应有良好的盖层封气能力,才能使进入圈闭中的天然气得以聚集与保存下来,形成高储量丰度的大中型气田;否则气源供给条件再好,也难以形成高储量丰度的大中型气田。关于我国大中型气田盖层封气能力的评价,文献[1～3]曾做过一些研究工作,但考虑的因素尚不够全面,只考虑了盖层本身封闭特征(排替压力和厚度)、天然气性质 (流动粘度)和气藏能量(压力)等影响,并没有将对盖层封气能力有着重要影响的断裂对盖层的破坏程度考虑进去,使评价结果在某种程度上难以准确地反映盖层实际封气能力。因此,建立一套全面反映适用于我国大中型气田盖层封气能力的评价方法,对于准确评价其封气能力,对研究我国大中型气田形成条件研究及寻找高中储量丰度大中型气田均具重要意义。

1 我国大中型气田盖层封气能力评价

1.1 我国大中型气田封盖特征

通过我国 46个大中型气田解剖研究得到,我国大中型气田盖层封气能力主要受到盖层厚度、排替压力、气藏压力、天然气粘度和断裂对盖层破坏程度的影响,其特征如下:

1.1.1 盖层厚度特征

厚度是影响盖层本身封盖天然气能力的重要参数之一,它不仅影响盖层空间展布范围的大小,而且还在一定程度上影响着盖层封闭的质量。盖层厚度越大,其空间展布面积越大,封闭天然气能力越强,越有利于天然气的聚集与保存;相反,盖层厚度越小,其空间展布面积越小,封闭天然气能力越弱,越不利于天然气的聚集与保存。由我国 46个大中型气田盖层特征(表1)可以看出,不论盖层岩性如何,其厚度大小不等,最厚的莺歌海盆地的东方 1-1、乐东 15-1和乐东 22-1三个气田可达到 1 600m。最小的是四川盆地的大池干井气田只有 15m。盖层厚度主要分布在400m之内,少量分布在 400～800 m和 1 200～ 1 600m之内,如图1所示。从盆地来看,莺歌海和柴达木盆地盖层厚度相对较大,而鄂尔多斯盆地、四川盆地盖层厚度相对较小。

1.1.2 盖层排替压力特征

排替压力是影响盖层本身封闭天然气能力的根本参数,排替压力越大,盖层封闭天然气能力越强,越有利于天然气的聚集与保存;相反,排替压力越小,盖层封闭天然气能力越弱,越不利于天然气的聚集与保存。由表1中可以看出,我国大中型气田盖层均具有较高的排替压力,最小的准噶尔盆地的呼图壁气田排替压力为 8.5M Pa;最高的是塔里木盆地库车凹陷的克拉 2气田排替压力可达到 28M Pa。盖层排替压力主要分布在8～12M Pa,其次是20～24M Pa和12～ 16M Pa,相对较小的是 16～20M Pa和 24～28M Pa,如图2所示。

表1 我国大中型气田盖层封气能力与气藏储量丰度关系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

图1 我国大中型气田盖层厚度分布图Fig.1 D istribu tion of thicknessof cap rocksof large andm edium gas fields in China

图2 我国大中型气田盖层排替压力分布图Fig.2 D istribution of disp lacem entp ressure of cap rock of large andm edium gas fields in China

1.1.3 气藏压力特征

天然气勘探实践表明,气藏本身能量越高,对其盖层封闭能力要求越高;反之则越低。由于天然气本身可压缩性、圈闭封闭性和构造挤压等作用,气藏内部往往具有较正常压实地层异常高的地层孔隙流体压力,即压力系数大于 1。气藏中的异常高压越大,其压力系数越高,表明天然气越易在此压力的作用下通过盖层散失,越不利于天然气的聚集和保存;相反,气藏中异常高压越小,其压力系数越接近 1,表明天然气越不易在此压力的作用下通过盖层散失,越有利于天然气的聚集和保存。由表1中可以看出,我国46个大中型气田压力系数变化较大,最大的塔里木盆地库车坳陷的克拉 2气田压力系数可达到 2.25。最小的鄂尔多斯的苏里格和长东致密气田压力系数只有 0.93。压力系数主要分布在 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,如图3所示。从盆地来看,四川盆地,塔里木盆地,莺歌海盆地气田压力系数相对较高。而鄂尔多斯盆地、松辽盆地气藏压力系数相对较低。

图3 我国大中型气田压力系数分布图Fig.3 D istribution of p ressu re coefficien tof large and m edium gas fields in China

1.1.4 天然气粘度特征

天然气流动粘度也是影响一个气藏封盖条件优劣的又一因素,天然气流动粘度越大,其越不易流动,越易被盖层封盖;相反,天然气粘度越小,其越易流动穿过盖层运移散失,越不易被盖层封盖。由表1中可以看出,我国 46个大中型气田天然气流动粘度变化也相对较大,最大的塔里木盆地库车坳陷的依南 2气田天然气粘度可达到 0.35 Pas,最小的四川盆地的福成寨气田天然气粘度只有 0.02 Pas。天然气粘度主要分布在 0.1～0.2 Pas,其次是 0～0.1 Pas和 0.2～ 0.3 Pas,最少为 0.3～0.4 Pas,如图4所示。

图4 我国大中型气田天然气粘度分布图Fig.4 D istribution of gas viscosity of large and m edium gas fields in China

1.1.5 断裂对盖层的破坏程度特征

气藏盖层是否被断裂破坏,对于其内天然气盖层封气至关重要,其破坏程度主要受到盖层厚度与断层断距相对大小的影响,可用断裂对盖层的破坏程度系数表示,其大小由式1求得。

式中:b-断裂对盖层的破坏程度系数;H-气藏盖层厚度,m;L-气藏内断层断距,m。

由 1式可以看出,b值越大,断裂对盖层的破坏程度越小;反之则越大。由表1可以看出,我国 46个大中型气田断裂对盖层破坏程度相对较小,破坏程度系数分布在 0.15～1.00,平均为 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,最少为 0.2～0.4,如图5所示。

图5 我国大中型气田断裂对盖层破坏程度系数分布图Fig.5 D istribution of destroy degree coefficient from fau ltof large andm ed ium gas fields in China

1.2 气藏盖层封气能力评价方法的改进

在文献[3]中,该文对气藏盖层封气能力的评价仅仅考虑了盖层厚度、排替压力、气藏压力系数和天然气粘度的影响,而没有考虑断裂对盖层破坏的影响。这无疑是不能全面反映盖层封气能力的,故本文对此进行改进,由于排替压力是影响盖层微观封闭能力强弱的最主要参数,厚度是反映盖层发育及分布的最主要参数,在一定程度上也可以反映封闭质量,b值大小反映了断裂对盖层的破坏程度;μ值大小反映了天然气本身性质对盖层封气能力的影响,kρwZ为气藏内部压力,这 5个参数均是影响盖层封气能力的主要参数,按照它们与盖层封气能力之间关系重新定义盖层封气能力评价指标 a为式 2所示,

式中:a-气藏盖层封气能力评价指标,m Pas; Pd-盖层排替压力 (M Pa),可由实测资料获取;H-盖层厚度(m),可由钻井资料直接读取;μ-天然气粘度(Pas),可由气藏压力和温度资料,根据天然气粘度与温度和压力关系求得;b-断裂对盖层破坏程度系数,可由 1式计算求得;k-气藏压力系数,可由实测压力除以静水压力得到;ρw-地层密度,g/cm3; Z-气藏埋深(m),可由钻井资料直接获得。

由式 2中可以看出,a值既可以反映盖层本身特征对气藏盖层封气能力的作用,又可以反映气藏内部能量和天然气性质对气藏盖层封气能力的作用,是一个综合定量评价指标.值越大,表明气藏盖层封气能力越强;反之则越弱。按照盖层封气能力评价指标a值大小,本文对气藏盖层封气能力的评价等级进行了划分,如表2所示。

表2 气藏盖层封气评价等级标准Tab le 2 G rade standard of degree for sea ling and p reserva tive ab ility of gas reservo irs

1.3 我国大中型气田盖层封气能力评价

通过对我国 46个大中型气田盖层厚度、排替压力、断裂对盖层破坏程度系数、气藏压力系数、埋深和天然气粘度值[1～7](表1)统计。利用式 2对其盖层封气能力评价参数 a值进行了计算,结果如表1所示。由表1中可以看出,我国大中型气田盖层封气能力评价指标 a值变化较大,最大的是莺歌海盆地的东方 1-1气田,a值可达到 1.484 m Pas,最小的是渤海湾盆地的锦州 20-2气田,a值只有 0.002m Pas,二者相差 100余倍。按照表2中等级划分标准,我国 46个大中型气田盖层封气能力以差为主,其次是中等级别,再次是好级别,最少为较好级别,如图6所示。从盆地来看,莺歌海盆地和柴达木盆地大中型气田盖层封气能力评价指标 a值相对较大,而鄂尔多斯、四川盆地部分与松辽盆地、部分塔里木盆地大中型气田盖层封气能力评价指标 a值相对较小。分析造成我国大中型气田盖层封气能力评价指标 a值差异较大的主要原因应是不同盆地内的大中型气田盖层厚度和气藏压力大小差异较大造成的。

2 我国大中型气田储量丰度特征

一个气藏天然气富集程度的高低主要受到其地质储量大小和含气面积大小的影响,可用气藏天然气储量丰度来描述。所谓气藏的天然气储量丰度是指单位含气面积内的地质储量大小,可由式 3计算求得。

图6 我国大中型气田盖层封气能力评价等级分布图Fig.6 D istribution of evaluation degree for sealing and p reservative ability of large andm edium gas fields in China

式中:q-气藏天然气储量丰度,X 108m3/km2; Q-气藏天然气地质储量,X 108m3;s-气藏含气面积,km2。

通过我国 46个大中型气田地质储量和含气面积资料 (表1)[8～14]统计,由式 3对其天然气储量丰度进行了计算,结果如表1所示。由表1中可以看出,我国 46个大中型气田天然气储量丰度分布在 0.75 X 108～53.2 X108m3/km2,平均为 8.32 X108m3/km2,按照表3中的等级划分标准,我国 46个大中型气田储量丰度等级从低至高均有分布,但不同等级天然气储量丰度的大中型气田分布是不同的。我国 46个大中型气田有 13个为高天然气储量丰度的大中型气田,约占 46个大中型气田的 28.26%,它们主要分布在塔里木盆地、四川盆地、渤海湾盆地、东海盆地、柴达木盆地、莺琼盆地。中等天然气储量丰度的大中型气田有 12个,约占 46个大中型气田的 26.09%,它们主要分布在塔里木盆地、渤海湾盆地、四川盆地、东海盆地、柴达木盆地、准噶尔盆地、松辽盆地和鄂尔多斯盆地。低天然气储量丰度的大中型气田有 20个,约占 46个大中型气田的 43.48%,它们主要分布在塔里木盆地、渤海湾盆地、莺琼盆地、四川盆地、松辽盆地和鄂尔多斯盆地。特低天然气储量丰度的大中型气田只有 1个,约占 46个大中型气田的2.71%,是鄂尔多斯盆地的长东气田,如图7所示。

由上可以看出,我国 46个大中型气田中低天然气储量丰度的大中型气田个数最多,其次是高、中天然气储量丰度的大中型气田,相对最少的是特低储量丰度的大中型气田。

表3 气藏天然气储量丰度等级划分表Tab le 3 G rade d iv ision of gas reservesabundance

图7 我国 46个大中型气田天然气储量丰度等级分布图Fig.7 D istribution of gas reserves abundance grades of about46 large andm edium gas fields in China

3 我国大中型气田盖层封气能力与储量丰度之间关系研究

根据我国 46个大中型气田盖层封气能力评价指标 a值与其对应的天然气储量丰度之间关系作图(图8)可以看出,我国大中型气田盖层封气能力评价指标 a值与其储量丰度之间应为正相关关系,即随着我国大中型气田盖层封气能力评价指标 a值的逐渐增大,储量丰度总体上是逐渐增大的;反之则逐渐减小。由图9中可以看出,我国 46个大中型气田具中等盖层封气能力的气田平均储量丰度最高,其次是具较好盖层封气能力的气田,最低的是具好和差盖层封气能力的气田。这一认识符合天然气富集规律,但两者之间的关系并非为严格的正比关系,表明盖层封气能力并非是高储量丰度大中型气田形成的唯一主控因素,它还要受到源岩供气强度、输导条件和聚集时间相对早晚等多种因素的影响。

4 结论

(1)盖层厚度、排替压力、断裂对盖层的破坏程度、气藏压力和天然气粘度是影响气藏盖层封气能力的5个主要因素。利用改进后的盖层封气能力评价方法评价得到我国 46个大中型气田以差封气能力的大中型气田最多,其次是中等封气能力的大中型气田,再次是好封气能力的大中型气田,最少为较好封气能力的大中型气田。

图8 我国大中型气田盖层封气能力评价等级与天然气储量丰度之间关系Fig.8 Relation between evaluation degree for sealing and p reservative ability and gas reserves abundance of large andm edium gas fields in China

图9 我国大中型气田盖层封气能力评价等级与天然气储量丰度之间关系图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)我国 46个大中型气田以低储量丰度为主,其次是高储量丰度,最少是中等储量丰度。

(3)我国大中型气田盖层封气能力与天然气储量丰度之间为正相关关系。中等盖层封气能力的大中型气田平均储量丰度最高,其次是较好盖层封气能力的大中型气田,最低的是好和差盖层封气能力的大中型气田。这表明盖层封气能力不是我国高储量丰度大中型气田形成的唯一主控因素,其储量丰度高低还应受到其它条件制约。

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