盖层封闭天然气藏定量评价模型.pdf

石油天然 气学报 江汉石油学院学报 2 0 1 0 年 8 月第 3 2 卷第4 期 J o u r n a l o f O i l a n d G a s T e c h n o l o g y J ． J P I A u g ． 2 0 1 0 V o 1． 3 2 N o ． 4 盖层封 闭天然气藏定量评价模型 田世峰 ，查 明 ，刘士忠 中国 石油 大学 华东地球 资源 与信息学院， 山东东营2 5 7 0 6 1 [ 摘要]为 了定量评价盖层封闭天然 气性能，分别建立 了散失过程 开始、封 闭气柱 最大高度 、突破 时 间、 逸散速率等指标 的数 学模型。依据东营 凹陷深层泥岩 实际地质资料 ，利用 测井资料 拟合 出经 验公式用 以 求取封盖参数；综合考虑盖层 固有封盖性能、盖层 阻滞天然 气通过 的阻力 与气藏驱 动力之 间的差值 、天 然气突破 时间与气藏成藏 时间对比等 因素，对东 营 凹陷沙一段和沙 三 中、下亚段泥 岩盖层封 闭性能进行 了评价 ，结果表 明沙一段盖层封闭天然 气最有利地 区为 民丰洼 陷，利津 洼陷、博兴 洼陷沙 一段盖 层不利 于天然气的保存成藏 ；沙三 中、下亚段泥岩 盖层封 闭性 能较好的 区域 分布于利 津洼 陷、民丰洼陷，其次 为牛庄 洼陷。 [ 关键 词] 泥岩盖层 ；封 闭性能 ；数学模 型；定量评价 ；东营凹陷 [ 中图分类号]T E 1 2 2 ． 2 5 [ 文献标识码]A [ 文章编 号]1 0 0 0 9 7 5 2 2 0 1 0 0 4 0 0 4 2 0 5 油 气藏 的盖层 ，既是 油气藏 形成 的生 、储 、盖 3大要 素 的关 键环 节之一 ，又 是保存 条件 中必不 可少 的因素 ，所 以对油气 藏盖层 评价 与研究 历来都 是石 油地质 学理论 的重要 组成 部分口 ] ，特别 是天然 气较 石 油更具 流动性 和难 以被保存 的特 点[ 2 ] ，盖层 的作用 就更 显 重要 。 同时 由于 油气 的散失 ，既有宏 观 行 为 ， 亦有微观行为 ，致使盖层的研究 ，尤其是盖层的定量评价研究成为难点 。长期 以来对盖层 的研究一直处 于定性研究水平上[ 3 ] ，或者是以实验室测试数据为基础的半定量描述 。但近 2 O年来 ，随着研究手段的 现代 化 以及 计算 机技术 的普遍 应用 ，盖层 的定 量研究 取得 了突飞猛 进 的发展l 5 ] 。 笔者在 气藏 盖层综 合定量 评价数 学模 型 的基础上 ，建立 了利用 实际 地质资 料及测 井资 料计算 研究 区 泥岩 盖层微 观封 闭能力 的方法 ，并 对研究 区 中深层泥 岩 盖层 的纵 向封 闭性 和 宏观 展 布特 征 进行 了评价 ， 形成 了以测井资料为基础、综合多种地质资料进行泥岩盖层微观封闭性评价的方法 。 1 封闭性能综合定量评价数学模型 习惯上 将那些 对天 然气具 有 明显 阻滞 作用 的岩层称 为盖层 。实 际上 几乎所有 的岩 层对 天然气 的散失 都有 或多或 少 的阻滞作用 ，因此 ，简单用 少数几 个参数 来评 价盖层 具有 明显 的局 限性 。 定量研究盖层封闭性能必须从力学的平衡原理出发 ，详细解剖天然气藏散失 的各个阶段 ，按各阶段 受力 的不 同对 盖层做 出评 价 。 1 ． 1散失过 程开始 气 体要进 入盖层 首先 必 须 克 服 盖层 的毛 细 管 阻力 F 和盖 层 管 道 液体 施 加 在 气 水界 面上 的压 力 P 构成的合阻力。 如果气藏的驱动力 F F P ， 气体开始进人盖层底部 ， 此时粘滞阻力 F 、 可能存在的超压盖层的最大超压值 F a ， 成为气体进入盖 层的附加阻力。 因此 ， 可把盖层的最小毛细管阻力与盖层静水液柱在薄膜上的压力之和F P 定义为 临界排替压力 P l 1 ] ， 用以判断气体能否进入盖层的参数指标 Pd F P 1 当 F P ， 气体能进入盖层 ， 并驱替其中的孔隙流体 。 [ 收稿 日期]2 0 0 9 0 53 1 [ 基金 项 目]国家 十五 重点 科技 攻关项 目 2 0 0 1 B A6 0 5 A一 0 9 2 1 ；中国石 油化 工股份 有 限公 司重点 勘探 项 目 7 3 2 0 0 6 2 s c g - o o o 2 4 。 [ 作者简介]田世峰 1 9 8 1 一 ，男 ，2 0 0 4年大学毕业 ，博士生 ，现主要从事油气成藏机理与 分布规律方面的研究工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 2卷第 4期 田世峰等 盖层封 闭天然气藏定量评价模型 1 ． 2 封 闭气柱最 大 高度 由受力分析可得盖层所能封闭天然气的最大气柱高度为 b ～ 兰 “ P w ID G g ‘ ID 、 v lD G g p w 10 G g 一 p w p c g p c g t R 2 一 lD G g 。 1D w一 ‘ P w一 式中， F 一 2 F d 为超压盖层的封闭能力 ， F d 为超压盖层的最大超压值 ， P a ； F 为粘滞阻力， P a ； p w为地 层孑 L 隙水密度 ， k g ／ m。 ； p G 为地下气体密度 ， k g ／ m。 ； g为重力加速度常量， N／ k g ； R。 为毛细管内壁半径 ， m。 粘滞阻力的计算公式为 ． F 一 3 式 中 ， L为在 压差 △ P情 况下 的气体 驱替盖 层厚 度 ， m； q为迂 曲度 ； ￡ 为 突破 时间 ， s ； 为 粘度 ， mP a s 。 h值 越大 ， 表 明盖层封 盖性 能越好 。 1 ． 3 突破 时 间 定义以气体前锋进入盖层底界起 、 到达盖层顶界为止的驱替阶段所经历的时间为突破时间。 当气藏驱 动力同毛细管压力 、 异常孔隙流体压力、 粘滞阻力之和相等时， 气藏与盖层处于相持状态 ， 如若气柱高度再 增加 A h ， 则气体开始驱替孔 隙流体 。 此时， 气体驱动流体运 动的粘 滞阻力为 A h t v p a g。 将 其代入 式 3 得 Ah p 一 g 4 由式 4 得 突破 时间 ，一 生 5 ‘ p w p G g ‘R 1 ． 4 天然气 逸散速 率 在实际地质条件下 ， 只要有压力差存在， 天然气或多或少地要通过泥岩盖层中的某些大孔隙发生渗滤 散失 。 根据达西定律， 天然气在压力差的作用下 ， 在时间 r 内通过面积为 S的盖层的渗滤量为 0 K F - AP S r 6 ． 一 、 “ L 式中， Q为天然气通过盖层的逸散损失量 ， m3 ； K 为盖层岩石的渗透率， 1 0 } l m2 ； △ P为盖储层之间的压力 差， P a ； F为气藏天然气的驱动力 ， P a ； 为天然气流动粘度 ， mP a S ； V 为天然气发生渗滤作用的时间， Ma ； L为 盖层厚度 ， m。 由式 6 可以得到天然气通过盖层的渗滤速度 单位时间通过单位面积的天然气渗滤量为 一 一 二 垒 7 2 东营凹陷深层泥岩盖层封闭性能评价 2 ． 1 盖层 封 盖参数 的确定 由定量评价模型可见， 盖层的孔隙度 、 渗透率、 孑 L 道迂 曲度及排替压力等对盖层封盖指标的评价意义 重大。 由于盖层样品取样困难 ， 微观评价参数的获取不容易， 因此 ， 笔者从 已有 的实测数据出发 ， 推导定量 评价所需参数的预测经验公式 。 2 ． 1 ． 1 泥岩盖 层孔 隙度 利用密度测井数据所建立的孔隙度评价模型为 1 4 4 ． 8 3 6 e - 8 利用密度测井所求孔隙度与声波时差数据建立关系 ， 将该孔隙度和实际分析化验孔隙度进行对 比。 标 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油天然气学报 江汉石油学院学报 2 0 1 0年 8 月 定后 ， 得出有效孔隙度评价模型如下 扎一一 4 ． 7 3 5 5 0 ． 0 3 8 4 At 9 式 中 ， 为地 面孔 隙度 ， ； A t 为声 波时差 测井 值 ， s ／ m； 』 D 为密 度测井 值 ， g ／ c m。 。 由于实 际评价过 程 中应 用 的是地层 埋深条 件下 的孔 隙度 ， 计算 得 到 的地 面孔 隙度 校 正 到地 下埋 藏条 件下 的孔隙度 公式为 1 一△ 一 『 三 1 0 式 中 ， A 为校正 系数 。 依据建 立 的预测模 型 ， 计算 了东 营 凹陷丰 8井 、 丰 深 3井沙 三段 、 沙 四段 暗色 泥岩 的孔 隙度 值 ， 与实 际测 试 的 孔 隙 度 资 料 比较 ，其 误 差 范 围 控 制 在 0 ． 4 7 ～ 9 ． 0 7 ％ 之 间 ， 平 均误差值 为 5 ． 1 6 ， 故 可 以认 为所建 立 的预测模 型是有 效 的。 2 ． 1 ． 2 泥岩盖 层渗 透率 由于陆相砂泥岩渗透率与孑 L 隙度存在正相关关 系 ， 而孔 隙度 与声波 时差也 存在 正相关 关系 ， 故渗透 率与声波时差也应存在正相关关系。 依据实测的渗 透率数据 与声 波时 差 资料 ， 可建 立 声 波 时差 与 渗透 率关 系如下 图 1 K 一 0 ． 00 0 0 7 e 。。 0 0 R 0 ．8 2 0 7 量 糌 璐 ] ] ． L ⋯．． 兰 。 l 5 O 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 45 0 声波时差／ g s ． m 。 图 1 岩心分析渗透率与声波时差关系图 t 式 中 ， K 为渗透 率 ， 1 0 一 m。 ； A t 为声波 时差 测井值 ， s ／ m。 2 ． 1 ． 3岩石 迂 曲度 的求取 与预 测 据文献 [ 1 ] 中求取迂曲度的公式 ，对济阳坳陷 1 2个泥岩、粉砂质泥岩样品求取 了迂曲度数据，结 合前人研究成果认为 ，与迂曲度相关性较强的测井资料为声波时差 、自然伽马及深侧向电阻率曲线。以 这 3项为 自变量 ， 经 过逐 步 回归 分析 ， 得 到泥 岩迂 曲度 q 经 验公式 q 一 0 ． 01 7 4 At 0． 0 2 99 GR 0 ． 0 01 2 R 一 1 ．5 00 2 1 2 式 中 ， G R 为 自然伽马 值 ， AP I ； R为 深侧 向 电阻率 值 ， Q r r l 。 2 ． 1 ． 4 排替 压力 的预测 及求取 主要依据实测 的突破压力值， 建立声波时差与突破压力的拟合关系 ， 以此来计算排替压力 Pd一 9 3 6 ． 2 7 e 0 1 6 t 1 3 式 中 ， P 为排替 压力 ， MP a 。 2 ． 2 东营 凹陷泥 岩盖层 封 闭性 能综 合评价 2 ． 2 ． 1 沙 一段暗 色泥岩 东 营 凹陷沙一 段泥岩 盖层 固有 的 封盖 性 能 参数 ，其 展 布 具有 较 明 显 的宏 观 特 征 ，在洼 陷 的边缘 地 区 ，泥岩盖层 具有 高孔 、高渗 、低迂 曲度 和低排替 压力 的特征 ，向洼 陷 的中心部 位 ，孔隙度 、渗透 率逐 渐降低 ，迂曲度及排替压力相应增高。排替压力主要的高值区分布于民丰洼陷 、牛庄洼陷 ，排替压力值 在 1 8 2 8 MP a ；其次为利津洼陷 ，排替压力值在 1 0 ～1 8 MP a ，利津洼陷的北斜坡 ，排替压力减小 ，排 替压力值小于 1 0 MP a ；博兴洼陷排替压力值较小，排替压力值在 4 ～1 0 MP a 。东营凹陷沙一段泥岩超压 不发育 ，只在洼 陷 的中心部 位发育 弱超 压 ，高值 区在 民丰洼陷 、利津 洼陷 ，超压值 范 围在 1 4 MP a 。 由图 2可见 ，利津洼陷、博兴洼陷气藏驱动力大于盖层封闭阻力 ，经计算，气体驱替盖层 中的地层 水 到达盖 层顶界 所经历 的 时间 即突破 时间 约为 9 ． 3 3 Ma ，大于成藏 时 间 4 Ma ，说 明成藏 阶段 已有 部分气体穿越盖层 ，进入渗滤散失阶段 ，盖层封闭性能较差 。经计算 ，利津洼陷、博兴洼陷天然气散失 量 可达 1 3 8 ． 5 1 2 5 ～9 8 2 ． 2 3 6 4 1 0 。 m。 ／ k m。 。民丰 洼 陷 、牛庄 洼 陷盖 层封 闭 阻力 稍 大 于 气 藏驱 动力 ， 气藏突破时间略小于成藏时间，盖层封闭性能稍好。 ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ 0 加 2 m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 2卷第 4期 田世 峰等 盖层封闭天然气藏定量评价模型 从 以 上 分 析 可 见 ，东 营 凹陷 沙 一段 盖层封 闭天 然 气 最有 利地 区 为 民 丰 洼 陷 ， 利津 洼 陷 、博 兴洼 陷 沙一段 盖 层 不 利 于 天 然 气 的保 存成藏 。 2 ． 2 ． 2 沙 三 中、 下 亚 段泥岩 东 营 凹 陷 沙 三 中 、下 亚段 大 段 暗 色 泥 岩 孔 隙 度 、 渗 透 率 、迂 曲度 等 的分 布 具有 非 常 明显 的规 律 图 3 。低 孔 、低 渗 区域 主 要分 布 于 利 津 洼陷 、 民丰 洼 陷及 牛 庄 洼 陷 ， 向 南 及 西 南 ，孔 隙度 、渗 透 率 逐渐 增 高 。 由计算 的 泥岩排 替 压 力 、孔 隙 流体超 压值分析 ，与 低 孔 、低 渗 区域 相 对 应 ，利 津 洼 陷 、 民 丰 洼 陷及 牛 庄 洼 陷排 替 压力 、孔 隙流 体 超 压 值较 高 ，南 部 斜 坡 高 孔 、高渗 地 区排 替 压 力 、孔 隙流 体 超 压 值 较低 ，呈 现 非 常 强 的 规律性 。 由动态封 闭模 拟 计 算得 到 的泥 岩 盖层 与下 伏 气 藏驱 动 力关 系分 析 ，东 营 凹 陷 沙 三 中 、下 亚 段 泥 岩 盖 层封 闭阻 力 较 强 ，下 伏气 藏 驱动 力 不 足 以 图 2 东营 凹陷沙一段泥岩盖层封闭阻力与下伏气藏驱动 力差值平面分布图 图 3东营凹陷沙三中下亚段泥岩盖层孔隙度平面分布 图 克服盖 层封 闭阻力 ，天然 气穿越 盖层 的突破 时 间 小 于成 藏 时 间 4 Ma ，表 明沙 三 中 、下 亚 段下 伏 气藏 在成藏时间内天然气未能突破盖层逸散 ，气藏的损失量较小，其剩余气量丰度接近于原始储量丰度。 从东营凹陷沙三中、下亚段泥岩盖层封闭阻力与气藏驱动力差值平面分布图 图 4 上可见 ，盖层 封闭性能较好的区域分布于利津洼陷、民丰洼陷，其次为牛庄洼陷 ，主要高值区为利津洼陷的利 1 0 1 井 区、民丰洼陷的永 9 2 1 井区及牛庄洼陷的牛 2 0井区，该地区盖层封 闭性能良好 ，为东营凹陷深层天然 气主要的区域盖层。向东营凹陷南部斜坡区，差值逐渐减小 ，盖层封闭性能较差 ，不利于深层天然气的 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油天然气学报 江汉石油学院学报 2 0 1 0年 8月 保存 。 3 结 论 1 从 力 学 的 平 衡 原 理 出发 ，利 用 散 失 过程 开 始 、封 闭气 柱 最 大高 度 、突破 时 间、天然气逸散速率 及气体通过盖层 的散 失量等指标来综合评 价盖 层封盖 性能 。 2 由 于 受 井 点 及 取 心 等 因 素 限 制 ， 利用 测井 曲线 拟 合 预 测公式求取盖层孔隙 度 、渗 透 率 、岩 石 迂 曲度及 排 替 压 力 等封 盖参数。预测结果与 实测 资料 相 比 ，误 差 图 4东营 凹陷沙三 中、下亚段泥岩盖层封 闭阻力与下伏气藏 驱动力差值平面分布图 范围较小 ，证实 预测公 式是 有效 的 。 3 综合考虑盖层固有封盖性能、盖层阻滞天然气通过的阻力与气藏驱动力之间的差值、天然气突 破时间与气藏成藏时间对比等因素 ，对东营凹陷沙一段、沙三中、下亚段泥岩盖层进行了评价。结果表 明，沙一段盖层封闭天然气最有利地区为 民丰洼陷 ，利津洼陷、博兴洼陷沙一段盖层不利于天然气的保 存成藏；沙三中、下亚段泥岩盖层封闭性能较好的区域分布于利津洼陷、民丰洼陷 ，其次为牛庄洼陷。 [ 参考文献] [ 1 ]周建文 ．天然气盖层的定量评价研究 [ D ]．成都 成都理工学院，1 9 9 9 ． [ 2 ]吕延 防，付广 ．油气藏封盖研究 [ M]．北京 石油工业 出版社 ，1 9 9 6 ． [ 3 3王少 昌 ．陕 甘宁盆地上 古生界泥质岩封盖能力研究[ J ]．石油学报 ，1 9 8 7 ， 8 2 2 5 3 2 ． [ 4 ] 吕延防 ，松辽盆地朝长地区青山口组天然气盖层 封闭有效性研究 [ J ]．石油勘探与开发 ，1 9 9 3 ，2 0 1 5 5 ～6 1 ． [ 5 ]De mi n g n F a c t o r n e c e s s a r y t o d e f i n e fl p r e s s u r e s e a l[ J ]．AA P G B u l l e t i n ，1 9 9 4 ，7 8 1 0 0 5 ～1 0 0 9 ． [ 6 ] He z ，C o r r i g a n J ．F a c t o r n e c e s s a r y t o d e f i n e a p r e s s u r e s e a l d i s c u s s i o n[ J ]．AA P G B u l l e t i n ，1 9 9 5 ，7 9 1 0 7 5 ～1 0 7 8 ． [ 7 ] 吕延防，付广 ，张发强 ， 等 ．超压盖层封烃能力的定量研究 [ J ]．沉积学报 ，2 0 0 0 ，1 8 3 4 6 5 ～4 6 8 ． [ 8 ]袁际华，柳广第 ， 张英 ．相对盖层厚度封闭效应及其应用 [ J ]．西安石油大学学报 自然科学版 ，2 0 0 8 ，2 3 1 3 4 3 6 ． [ 编辑] 宋换新 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m