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我国地下储气库地质约束因素分析

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我国 地下 储气库 地质 约束 因素 分析
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文 章 编 号 :100520930 (2003) 0320274209     中 图 分 类 号 : 71     文 献 标 识 码 :A ①我 国 地 下 储 气 库 地 质 约 束 因 素 分 析赵 玉 民 1 ,2 ,   李   勇 1 ,   钟 建 华 1 ,3 ,   马 在 平 1 ,   王 海 侨 1(1. 石 油 大 学 地 球 资 源 与 信 息 学 院 ,山 东 东 营 257061 ;2. 北 京 华 油 天 然 气 有 限 公 司 储 气 库 分 公 司 ,天 津 300450 ;3. 中 科 院 广 州 地 化 所 ,广 东 广 州 510640)摘 要 :根 据 我 国 能 源 结 构 构 成 及 天 然 气 这 种 清 洁 能 源 的 消 费 不 均 衡 性 ,导 致 天 然气 供 应 与 调 峰 的 矛 盾 ,这 些 因 素 促 使 地 下 储 气 库 在 我 国 的 发 展 迫 在 眉 睫 . 本 文 通过 分 析 目 前 国 内 外 地 下 储 气 库 的 发 展 现 状 ,针 对 地 下 储 气 库 特 有 的 用 途 ,从 储 层物 性 、 构 造 圈 闭 、 断 层 封 闭 性 、 力 学 性 质 、 盖 层 封 闭 性 等 因 素 入 手 ,总 结 在 我 国 独特 的 地 质 背 景 下 发 展 地 下 储 气 库 所 需 条 件 词 :地 下 储 气 库 ;构 造 圈 闭 ;断 层 封 闭 性 ;储 层 ;流 固 耦 合 ;力 学随 着 人 们 对 天 然 气 这 种 清 洁 优 质 能 源 及 燃 料 越 来 越 重 视 以 及 以 “ 西 气 东 输 ” 工 程 为 代表 的 一 系 列 城 市 用 气 工 程 的 实 施 ,人 们 对 天 然 气 需 求 的 不 均 衡 变 动 性 ,同 时 加 之 天 然 气 在我 国 的 消 费 量 逐 年 增 加 ,我 国 将 陆 续 建 设 多 座 地 下 储 气 库 . 然 而 ,天 然 气 本 身 固 有 属 性 及其 开 采 的 不 间 断 特 点 ,使 得 天 然 气 地 下 储 气 库 在 我 国 的 建 设 方 兴 未 艾 . 天 然 气 地 下 储 气 库的 建 造 在 国 外 已 非 常 成 熟 ,据 不 完 全 统 计 ,截 至 1993 年 世 界 已 建 成 554 座 地 下 储 气 库 ,其中 美 国 386 座 ,总 库 容 量 达 5012 × 108 目 前 主 要 从 力 学 分 析 、 储 层 地 质 、 数 值 模 拟 、 流固 耦 合 、 沉 积 、 构 造 等 角 度 入 手 ,结 合 具 体 地 质 特 征 和 运 行 动 态 资 料 ,以 及 优 化 管 理 资 料 进行 研 究 [1 ] . 实 践 证 明 储 气 库 以 其 投 资 少 ,见 效 快 等 特 点 ,给 人 们 的 生 产 和 生 活 带 来 了 极 大的 方 便 . 囿 于 我 国 独 特 的 地 质 背 景 ,地 下 储 气 库 在 我 国 起 步 较 晚 ,目 前 仅 建 成 大 张 坨 、 喇 嘛甸 等 少 数 地 下 储 气 库 ,真 正 投 入 商 业 运 营 的 目 前 只 有 大 张 坨 地 下 储 气 库 . 作 者 从 多 年 工 作经 验 出 发 ,结 合 我 国 陆 相 盆 地 独 特 的 地 质 特 征 ,总 结 了 我 国 建 造 地 下 储 气 库 需 要 具 备 的 地质 因 素 ,如 储 层 物 性 因 素 、 构 造 圈 闭 因 素 、 断 层 封 闭 性 因 素 、 储 盖 层 封 闭 性 因 素 、 力 学 因 素等 力 学 因 素对 地 下 储 气 库 的 力 学 分 析 ,实 际 上 是 一 个 气 、 液 、 固 三 相 耦 合 的 非 常 温 、 非 线 性 、 非 均质 的 复 杂 问 题 [2 ] . 其 显 著 特 点 是 固 体 区 域 与 流 体 区 域 互 相 包 含 、 互 相 融 合 ,形 成 相 互 重 叠在 一 起 的 连 续 介 质 ,并 且 不 同 相 的 连 续 介 质 之 间 可 以 发 生 相 互 作 用 ,难 以 明 显 地 区 分 开 下 储 气 库 围 岩 吸 收 周 围 地 层 热 量 而 产 生 低 温 岩 石 的 力 学 问 题 及 介 质 变 形 导 致 的 孔 隙通 道 发 生 变 化 等 . 因 为 作 为 能 够 存 储 巨 大 容 量 天 然 气 的 “ 容 器 ” ,储 气 库 在 正 常 运 行 时 ,不第 11 卷 3 期2003 年 9 月    应 用 基 础 与 工 程 科 学 学 报F N    11 ,3003① 收 稿 日 期 :2003205220 ;修 订 日 期 :2003207221作 者 简 介 :赵 玉 民 (1962~ ) ,男 ,高 级 工 程 师 ,在 职 博 士 研 究 生 进 行 注 、 采 过 程 ,导 致 储 层 孔 隙 压 力 的 降 低 ,固 相 应 力 重 新 分 布 [3 ] . 这 会 导 致 储 气 库产 生 相 应 的 压 力 脉 动 ,当 这 一 压 力 脉 动 达 到 一 定 值 时 ,储 气 库 所 在 地 层 的 构 造 应 力 、 结 构特 点 也 相 应 发 生 变 化 ,最 终 导 致 储 层 岩 石 骨 架 变 形 及 孔 渗 条 件 发 生 变 化 . 马 成 松 [2 ]将 储气 库 的 力 学 因 素 归 纳 为 四 个 方 面 : ① 储 气 库 顶 部 冠 岩 稳 定 性 ; ② 储 气 库 所 在 层 位 的 围 岩 应力 ; ③ 储 气 库 的 力 学 稳 定 性 ; ④ 最 大 储 气 压 力 和 最 小 储 气 压 力 岩 体 构 造 所 处 部 位 不 同 ,其 力 学 性 质 也 不 同 . 地 下 储 气 库 在 运 行 过 程 中 ,会 不 同程 度 地 对 原 有 结 构 产 生 破 坏 ,从 而 引 起 相 应 部 位 岩 层 的 应 力 变 化 [2 ] . 这 方 面 的 研 究 目 前包 括 :松 动 岩 压 、 挤 压 岩 压 、 膨 胀 岩 压 及 蠕 变 岩 压 和 受 挤 压 软 质 岩 体 的 研 究 . 例 如 ,在 注 气井 口 最 高 压 力 下 ,气 库 内 气 体 密 度 增 大 ,压 力 升 高 ,储 气 量 剧 增 ,气 体 对 库 壁 产 生 内 压 ,当其 超 过 库 壁 岩 层 的 极 限 强 度 时 ,会 产 生 破 裂 而 发 生 气 体 泄 漏 . 同 样 ,在 最 大 抽 气 压 力 下 ,库内 气 压 随 之 降 低 ,库 壁 可 能 产 生 失 稳 而 损 坏 . 荷 载 分 析 也 是 力 学 因 素 的 重 要 内 容 ,地 下 储气 库 的 荷 载 主 要 有 垂 直 、 侧 向 及 室 底 的 地 层 压 力 和 地 层 抗 力 ,地 下 水 压 力 及 地 震 作 用 . 这方 面 的 研 究 国 外 较 少 ,我 国 也 尚 属 刚 刚 起 步 构 造 圈 闭 因 素作 为 独 立 的 、 封 闭 的 或 半 封 闭 的 沉 积 盆 地 ,我 国 大 多 数 盆 地 是 中 生 代 以 来 发 育 起 来 并延 续 到 现 今 的 . 新 生 代 两 次 重 要 的 地 质 事 件 [4 ] ,导 致 亚 洲 板 块 边 缘 洋 陆 板 块 间 的 聚 敛 潜没 ,引 起 大 陆 边 缘 发 生 以 挤 压 、 走 滑 、 扩 张 、 火 山 喷 发 与 侵 入 、 地 震 为 标 志 的 东 亚 大 陆 活 动边 缘 构 造 ,构 成 “ 沟 、 弧 、 盆 ” 的 构 造 体 系 [4 ] . 同 时 波 及 大 陆 东 部 先 期 构 造 带 ,导 致 在 渤 海 湾盆 地 原 有 构 造 基 础 上 进 一 步 发 生 以 伸 展 作 用 为 主 的 构 造 沉 降 ,形 成 大 陆 裂 谷 、 裂 陷 的 构 造面 貌 . 这 些 构 造 特 点 自 然 制 约 了 我 国 储 气 库 的 发 展 . 其 对 构 造 圈 闭 的 要 求 也 更 加 苛 刻 . 一般 来 说 ,储 气 库 所 在 层 位 应 该 是 构 造 简 单 ,圈 闭 闭 合 面 积 、 闭 合 高 度 较 大 ,断 层 不 发 育 或 断层 具 有 良 好 的 封 闭 性 ,构 造 幅 度 大 ,圈 闭 闭 合 面 积 大 ,埋 藏 较 浅 等 . 但 对 于 我 国 东 部 及 近 海地 区 大 量 发 育 的 碎 屑 岩 系 而 言 ,它 们 主 要 发 育 于 与 裂 谷 有 关 的 中 、 新 生 代 断 陷 - 坳 陷 盆地 . 多 期 的 构 造 运 动 使 之 构 造 面 貌 较 为 复 杂 ,以 断 块 为 主 ,同 时 油 源 丰 富 ,运 移 期 次 频 繁 ,利 于 油 气 成 藏 . 这 些 特 点 对 储 气 库 的 选 址 非 常 关 键 . 例 如 由 大 张 坨 凝 析 气 藏 改 建 而 成 的 大张 坨 储 气 库 便 是 一 个 由 西 向 东 倾 没 的 鼻 状 构 造 ,位 于 板 桥 凝 析 油 气 田 中 断 块 ,在 上 倾 方 向由 断 层 遮 挡 和 砂 岩 尖 灭 形 成 断 层 岩 性 复 合 圈 闭 [5 ] . 大 张 坨 气 藏 油 气 形 成 期 在 晚 第 三 纪 明化 镇 组 沉 积 时 期 ,构 造 圈 闭 形 成 于 渐 新 世 沙 三 段 沉 积 期 ,定 型 于 渐 新 世 末 ,配 置 较 好 . 同时 ,板 桥 地 区 在 早 第 三 纪 末 期 断 裂 已 结 束 活 动 ,后 期 无 大 的 破 坏 活 动 ,致 使 油 气 成 藏 后 能得 以 较 好 保 存 ,是 断 陷 盆 地 就 近 存 储 ,油 、 气 混 相 运 移 成 藏 的 一 个 实 例 . 其 构 造 特 点 西 部 略陡 ,东 部 平 缓 ,在 驴 驹 河 附 近 形 成 一 个 平 台 ,符 合 储 气 库 的 建 库 要 求 . 在 大 张 坨 断 层 附 近 ,发 育 一 组 派 生 断 层 ,与 大 张 坨 断 层 成 30° 左 右 夹 角 ,如 图 1 所 示 积 上 看 ,其 构 造 面 积 12构 造 幅 度 约 235m ,地 层 倾 角 5° . 北 面 为 一 较 大 水 体发 育 区 ,南 面 为 大 张 坨 断 层 ,西 面 为 岩 性 尖 灭 带 ,构 成 良 好 的 封 闭 空 间 ,对 改 建 成 为 储 气 库非 常 有 利 . 又 如 位 于 廊 2固 凹 陷 河 西 务 构 造 带 南 端 的 京 58 断 块 ,是 受 两 条 断 层 控 制 、 夹 持的 一 个 垒 块 含 油 气 构 造 ,高 点 深 度 1750m ,闭 合 幅 度 200m 左 右 ,圈 闭 面 积 1. 15也 适宜 改 建 为 地 下 储 气 库 [6 ] 3                       赵 玉 民 等 :我 国 地 下 储 气 库 地 质 约 束 因 素 分 析图 1   大 张 坨 储 气 库 圈 闭 构 造 示 意 图1   of of 盖 层 封 闭 因 素盖 层 的 封 闭 因 素 是 指 天 然 气 被 注 入 储 气 库 后 能 阻 止 其 继 续 运 移 (破 坏 、 散 失 )的 能 力 制 着 储 气 库 中 工 作 气 纵 向 上 的 分 布 、 含 气 丰 度 、 工 作 压 力 等 . 通 常 按 照 气 藏 封 闭 机 制可 将 其 分 为 :岩 性 封 闭 、 浓 度 封 闭 、 水 合 物 封 闭 、 超 压 封 闭 、 复 合 封 闭 等 ;根 据 盖 层 空 间 分 布及 与 储 层 的 关 系 又 可 分 为 直 接 盖 层 、 区 域 盖 层 、 侧 向 封 隔 层 与 垂 向 盖 层 [4 ] . 直 接 盖 层 往 往控 制 单 井 产 能 、 含 气 饱 和 度 等 ,其 评 价 指 标 有 质 量 、 孔 隙 结 构 等 ;区 域 盖 层 往 往 控 制 天 然 气纵 向 上 的 分 布 ,其 评 价 指 标 有 分 布 范 围 、 厚 度 及 扩 散 系 数 等 . 盖 层 岩 石 本 身 封 闭 能 力 主 要取 决 于 岩 石 物 理 性 质 、 孔 隙 结 构 特 征 、 埋 藏 深 度 及 扩 散 系 数 ;我 国 东 部 油 区 天 然 气 盖 层 主要 岩 性 有 泥 岩 2泥 页 岩 、 膏 盐 岩 2硬 石 膏 、 铝 土 质 泥 岩 、 致 密 碳 酸 盐 岩 及 煤 系 地 层 等 . 对 于 储气 库 来 说 ,膏 盐 岩 层 封 闭 能 力 最 强 ,铝 土 质 泥 岩 其 次 ,泥 岩 封 闭 能 力 变 化 较 大 . 我 国 以 岩 性盖 层 分 布 最 为 广 泛 ,岩 性 盖 层 是 具 有 抑 制 天 然 气 渗 滤 能 力 的 一 套 岩 层 . 作 为 储 气 库 的 盖层 ,一 般 来 说 ,其 孔 喉 毛 管 压 力 要 远 大 于 油 藏 盖 层 的 毛 管 压 力 ,岩 石 突 破 压 力 要 高 于 一 般气 藏 的 . 具 体 来 说 ,地 下 储 气 库 盖 层 的 封 闭 性 决 定 于 四 个 方 面 : ① 盖 层 岩 石 物 性 ,如 岩 石 的物 理 参 数 、 孔 隙 参 数 、 扩 散 系 数 及 岩 石 物 质 成 分 等 ; ② 盖 层 下 伏 含 油 气 层 的 储 集 条 件 ; ③ 封闭 气 柱 高 度 ,水 动 力 条 件 ; ④ 气 藏 地 层 压 力 状 态 、 裂 隙 发 育 程 度 及 气 源 补 充 情 况 . 在 东 部 勘672 应 用 基 础 与 工 程 科 学 学 报                             11探 程 度 非 常 高 的 地 区 ,评 价 气 藏 封 闭 能 力 一 般 分 为 三 部 分 : ① 盖 层 的 物 理 及 结 构 分 类 ;② 根 据 压 力 差 计 算 盖 层 所 能 封 闭 住 的 最 大 气 柱 高 度 ; ③ 根 据 气 藏 能 力 (如 储 层 排 驱 压 力 、气 藏 浮 力 等 )推 算 气 库 所 需 盖 层 的 突 破 压 力 [4 ] 我 国 东 部 大 量 分 布 的 复 杂 断 块 盆 地 ,盖 层 与 其 它 因 素 相 比 是 非 常 重 要 的 因 素 ,因为 断 层 的 大 量 发 育 使 构 造 支 离 破 碎 ,使 盖 层 封 闭 性 变 差 . 这 些 将 会 造 成 储 气 库 工 作 气 逸散 ,压 力 衰 减 . 这 也 是 限 制 我 国 大 规 模 发 展 储 气 库 建 设 的 因 素 之 一 . 所 以 具 体 地 区 储 气 库盖 层 的 评 价 ,应 以 压 力 差 为 主 ,断 裂 发 育 程 度 、 压 力 系 统 、 气 源 供 给 能 力 为 辅 . 例 如 渤 海 湾盆 地 经 历 早 第 三 纪 裂 陷 阶 段 和 晚 第 三 纪 的 坳 陷 阶 段 ,构 造 面 貌 极 其 复 杂 ,对 建 设 储 气 库 极其 不 利 . 只 有 在 特 定 的 构 造 部 位 ,比 如 大 型 同 沉 积 断 层 的 下 倾 方 向 或 断 层 与 岩 性 控 制 的 鼻状 构 造 带 ,如 果 岩 性 以 蒸 发 岩 为 主 ,则 其 封 闭 性 能 也 会 满 足 储 气 库 的 建 设 需 要 . 例 如 ,大 张坨 板 Ⅱ 油 组 气 藏 上 部 为 沙 一 中 、 上 地 层 ,全 部 为 暗 色 泥 岩 ,总 厚 度 达 430m 左 右 ,扩 散 系 数为 9. 14 × 10 - 6s ,封 盖 性 能 好 . 这 些 泥 岩 直 接 覆 盖 在 板 Ⅱ 油 组 气 藏 之 上 ,起 到 了 良 好的 封 闭 能 力 ,是 比 较 理 想 的 盖 层 [5 ] . 从 盖 层 微 观 物 性 角 度 来 看 ,储 气 库 上 覆 盖 层 岩 石 的 排驱 压 力 、 孔 隙 度 、 渗 透 率 、 孔 隙 中 值 半 径 、 突 破 压 力 、 扩 散 系 数 和 矿 物 成 分 等 指 标 必 须 要 满足 甚 至 要 优 于 气 藏 成 藏 条 件 . 例 如 通 过 分 析 大 张 坨 储 气 库 盖 层 岩 心 ,其 排 驱 压 力 达 到1. 5 ] ,饱 和 煤 油 时 突 破 压 力 为 10突 破 时 间 14. 4a/ m. 各 项 指 标 均 高 于 其 它 地区 ,说 明 大 张 坨 地 区 板 Ⅰ 油 组 泥 岩 层 作 为 盖 层 ,具 有 较 强 封 闭 能 力 . 此 外 ,以 京 58 断 块 为例 ,其 盖 层 为 沙 三 下 段 地 层 ,该 段 地 层 除 底 部 局 部 发 育 钙 质 页 岩 和 灰 质 白 云 岩 外 ,几 乎 为纯 泥 岩 ,构 造 主 体 部 位 盖 层 厚 度 在 600 — 750m 之 间 ,可 见 本 断 块 泥 岩 盖 层 厚 度 不 仅 在 纵向 上 分 布 厚 度 大 ,而 且 在 平 面 上 的 分 布 也 很 稳 定 ,说 明 京 58 断 块 作 为 地 下 储 气 库 具 有 很优 越 的 盖 层 条 件 有 断 裂 存 在 或 者 断 裂 不 发 育 的 区 域 ,天 然 气 发 生 的 渗 滤 逸 失 主 要 取 决 于 盖 层 突破 压 力 与 储 气 库 总 能 力 (工 作 压 力 、 水 动 力 、 浮 力 、 剩 余 压 力 ) 之 差 [8 ] . 一 般 来 说 ,压 力 差 大于 30 封 住 大 型 储 气 库 ;15 — 30 封 住 中 型 储 气 库 ;小 于 15 封 住 小 型 储气 库 . 而 在 断 裂 发 育 的 区 域 ,储 气 库 封 盖 条 件 主 要 取 决 于 断 裂 发 育 程 度 、 气 源 补 充 能 力 及轻 烃 扩 散 量 气 是 流 动 性 最 强 的 矿 产 资 源 ,没 有 一 种 岩 类 可 绝 对 阻 止 储 气 库 中 天 然 气 的 渗 滤 、扩 散 、 逸 散 . 陆 相 湖 盆 最 普 遍 的 盖 层 是 以 较 大 厚 度 泥 岩 为 主 的 岩 性 组 合 . 这 种 组 合 往 往 形成 于 湖 盆 扩 张 期 ,与 下 伏 砂 岩 构 成 最 佳 储 盖 组 合 . 储 气 库 一 般 容 量 在 数 十 亿 立 方 米 以 上 ,所 以 良 好 的 盖 层 是 储 气 库 的 必 备 条 件 . 针 对 中 国 天 然 气 盖 层 类 型 特 征 ,从 理 论 上 讲 ,任 何一 种 位 于 储 集 层 之 上 ,并 能 阻 止 油 气 向 上 运 移 的 不 渗 透 岩 层 都 可 称 为 盖 层 . 但 实 际 上 储 气库 的 盖 层 常 见 为 泥 页 岩 、 膏 盐 岩 类 、 致 密 碳 酸 盐 岩 、 铝 土 质 泥 岩 及 煤 系 等 . 其 特 征 见 表 1所 示 是 决 定 盖 层 封 闭 性 能 的 核 心 因 素 . 不 论 是 高 压 还 是 低 压 对 储 气 库 工 作 气 的 保 存都 不 利 ,高 压 气 库 剩 余 压 力 太 大 ,气 体 容 易 贯 穿 盖 层 而 渗 透 [4 ] ,导 致 高 压 气 藏 储 盖 层 之 间存 在 三 层 耦 合 结 构 ,即 区 域 性 盖 层 与 高 压 储 层 之 间 存 在 的 压 力 过 渡 带 . 低 压 常 伴 随 裂 隙 使工 作 气 或 垫 底 气 产 生 加 速 运 移 . 但 是 高 压 往 往 反 映 气 体 聚 集 速 度 大 于 逸 散 速 度 ,而 低 压 则正 好 相 反 . 所 以 高 压 是 大 规 模 储 气 库 的 必 备 条 件 ,而 低 压 只 适 宜 于 中 小 储 气 库 3                       赵 玉 民 等 :我 国 地 下 储 气 库 地 质 约 束 因 素 分 析表 1   天 然 气 盖 层 类 型 特 征   of 储 盖 关 系 受 控 因 素 突 破 压 力 / 散 系 数 / s 封 闭 效 果铝 土 质 泥 岩 不 整 合 于 石 灰 岩 侵 蚀面 上 多 与 风 化 壳 有 关 15 — 20 50 10 % 一 般 1 × 10 - 3μ 1 × 10 - 3μ 度 与 渗 透 率 的 关 系 明 显 的 正 相 关 线 性 一 般 不 具 正 相 关 线 性储 集 类 型 孔 隙 孔 隙 2裂 隙 或 裂 隙 为 主运 移 通 道 孔 隙 喉 道 片 状 、 缝 隙 状 、 窄 喉 道 及 裂 缝含 水 饱 和 度 比 较 均 匀 极 不 均 匀 (含 水 饱 和 度 一 般 较 高 )测 井 资 料 判 别 效 果 较 好 难 以 判 别天 然 气 产 能 较 均 匀 、 较 稳 定 变 化 极 大 、 不 稳 定受 印 支 运 动 的 影 响 ,东 部 油 区 三 叠 纪 以 后 在 古 大 陆 上 形 成 了 众 多 以 陆 相 沉 积 为 主 的各 类 中 、 新 生 代 盆 地 . 它 们 普 遍 具 有 沉 积 速 度 快 、 厚 度 大 ,有 多 条 水 系 汇 入 ,以 及 具 有 多 物源 、 多 沉 积 体 系 、 相 带 变 化 快 等 特 点 . 研 究 表 明 ,这 些 沉 积 体 发 育 程 度 、 展 布 特 点 及 其 与 气872 应 用 基 础 与 工 程 科 学 学 报                             11源 岩 间 的 关 系 ,不 仅 直 接 关 系 到 盆 地 充 填 型 式 ,也 关 系 到 地 区 发 展 天 然 气 事 业 的 前 景 . 一般 来 说 ,适 宜 发 展 储 气 库 的 储 层 应 具 备 岩 性 单 一 、 相 带 稳 定 、 孔 渗 性 能 高 等 特 点 . 如 大 张 坨气 藏 储 集 层 主 要 为 水 下 扇 扇 端 亚 相 席 状 砂 体 及 分 支 水 道 砂 体 ,分 支 水 道 间 发 育 有 水 道 侧翼 微 相 带 ,是 次 要 储 集 层 [5 ] . 扇 端 亚 相 出 现 在 水 下 扇 的 趾 部 ,地 形 平 缓 ,沉 积 坡 度 角 小 ,沉积 类 型 以 漫 流 沉 积 为 主 ,沉 积 物 较 细 ,通 常 由 砂 岩 夹 粉 砂 岩 、 粘 土 岩 组 成 ,局 部 见 有 膏 岩层 ,可 见 平 行 层 理 、 交 错 层 理 、 冲 刷 2充 填 构 造 等 ,分 选 良 好 ,与 其 它 储 集 岩 相 比 是 比 较 优 质表 3   大 张 坨 地 下 储 气 库 储 层 物 性 参 数   of 参 数 参 数 值孔 隙 度 / % 18. 5~ 24渗 透 率 /μ . 01~ 0. 3平 均 孔 喉 半 径 /μ m 6. 49地 层 压 力 系 数 0. 73地 层 破 裂 压 力 梯 度 / m 0. 017的 . 这 些 因 素 在 大 张 坨 储 气 库 地 层 精 细 研究 中 得 到 了 验 证 . 大 张 坨 储 气 库 储 层 平 面上 砂 体 呈 席 状 分 布 ,与 板 中 断 块 南 北 高 点砂 体 连 通 ,气 库 主 体 部 位 渗 透 砂 岩 厚 度 7~ 12. 2m. 储 集 空 间 以 粒 间 孔 为 主 ,次 生孔 隙 发 育 . 其 储 集 物 性 如 表 3 所 示 . 经 计算 ,大 张 坨 气 库 最 大 库 容 量 为 17. 81 ×108比 原 始 气 藏 储 量 多 2. 31 × 108京 58 断 块 储 集 砂 体 属 陆 相 湖 盆 破 坏 型 港湾 三 角 洲 环 境 下 形 成 的 近 岸 水 下 滩 坝 沉积 体 系 ,其 平 均 孔 隙 度 26. 5 % ,渗 透 率 214 × 10 - 3μ 为 中 孔 、 中 渗 透 储 层 ,储 集 砂 体 的平 面 分 布 较 大 ,物 性 参 数 平 面 变 化 较 为 平 衡 [6 ] ,属 高 连 通 油 气 藏 . 综 合 来 看 ,作 为 特 殊 气田 的 储 气 库 ,其 岩 性 成 分 成 熟 度 、 结 构 成 熟 度 应 中 等 偏 高 ,分 选 较 好 ,粒 度 中 值 在 0. 1 ,平 均 孔 隙 度 应 大 于 20 % ,平 均 渗 透 率 应 大 于 100 × 10 - 3μ 且 横 向 非 均 质 性 较 小 断 层 封 闭 因 素地 质 构 造 复 杂 、 断 块 发 育 、 是 陆 相 沉 积 地 层 的 重 要 特 点 . 这 给 我 国 发 展 地 下 储 气 库 带来 了 特 殊 性 和 复 杂 性 . 断 层 对 气 库 中 天 然 气 的 运 移 、 聚 集 、 破 坏 作 用 往 往 决 定 着 储 气 库 建设 的 成 败 . 因 此 ,深 入 研 究 断 层 封 闭 性 ,是 建 设 储 气 库 的 重 要 环 节 . 油 、 气 、 水 由 于 比 重 不同 ,在 圈 闭 中 发 生 重 力 分 异 ,后 期 的 地 壳 运 动 会 使 气 藏 失 去 相 对 平 衡 ,重 力 分 异 加 剧 ,最 终达 到 新 的 相 对 平 衡 . 对 于 气 藏 来 说 ,断 层 的 活 动 性 破 坏 了 储 集 岩 层 的 连 续 性 . 断 层 的 性 质 、破 碎 或 紧 结 程 度 ,以 及 断 层 面 两 侧 岩 性 组 合 间 的 接 触 关 系 等 ,对 储 气 库 温 压 系 统 、 注 采 系统 都 有 重 要 影 响 . 在 地 质 历 史 发 展 过 程 中 ,断 层 所 起 的 作 用 可 能 大 相 径 庭 . 有 时 是 封 闭 性 ,对 气 藏 成 藏 极 为 有 利 ;有 时 是 开 启 性 ,对 气 藏 起 破 坏 作 用 . 因 此 ,对 于 断 层 与 储 气 库 所 处 地层 的 关 系 ,应 从 多 方 面 考 虑 ,运 用 “ 剖 面 分 析 法 ” 、“ 、 油 水 界 面 分 析 法 及 断 裂 充 填 物 分析 法 等 ,深 入 分 析 断 层 发 展 历 史 与 聚 气 期 之 间 的 关 系 及 两 侧 的 地 层 组 合 关 系 ,结 合 构 造 演化 史 、 沉 积 埋 藏 史 、 应 力 场 演 化 史 ,来 全 面 研 究 断 层 在 不 同 时 期 的 封 闭 性 形 成 油 气 聚 集 的 构 造 圈 闭 基 础 上 建 设 的 储 气 库 ,控 制 圈 闭 的 边 界 断 层 在 原 始 状态 下 肯 定 是 封 闭 的 ,问 题 的 关 键 是 随 着 油 气 藏 的 开 采 和 工 艺 措 施 的 实 施 ,断 层 面 是 否 会 重新 活 动 而 将 断 层 两 侧 的 储 集 层 或 盖 层 上 下 的 储 集 层 连 通 . 经 计 算 ,当 储 集 层 与 质 纯 的 塑 性泥 岩 接 触 时 ,断 层 面 会 因 泥 岩 的 塑 性 变 形 而 封 闭 ,重 新 开 启 这 些 断 层 面 所 需 要 的 压 力 差 将远 大 于 相 邻 储 集 层 形 成 裂 缝 所 需 要 的 压 力 差 ,这 一 点 已 被 压 裂 实 践 所 证 实 . 所 以 ,分 析 压9723                       赵 玉 民 等 :我 国 地 下 储 气 库 地 质 约 束 因 素 分 析力 变 化 是 解 决 断 层 封 闭 性 的 突 破 点 层 两 侧 储 层 相 接 触 ,在 断 层 面 处 由 于 摩 擦 挤 压 形 成 断 层 泥 封 闭 时 ,主 要 对 油 藏 ,尤 其 是 稠 油 油 藏 形 成 封 闭 . 比 如 原 始 条 件 下 断 层 面 两 侧 储 层 接 触 ,而 油 水 界 面 不 同 就 是 证明 . 而 对 于 地 下 储 气 库 来 说 ,这 种 封 闭 性 较 差 会 造 成 储 气 库 工 作 气 的 窜 通 ,影 响 储 气 库 的正 常 运 作 . 例 如 京 58 断 块 两 条 边 界 主 断 裂 的 断 距 均 大 于 300m ,这 两 条 断 层 上 升 盘 的 沙 四上 段 砂 岩 与 下 降 盘 的 沙 三 段 泥 岩 对 接 ,且 断 层 泥 厚 度 较 大 ,形 成 侧 向 封 堵 条 件 . 大 张 坨 气库 所 在 的 大 张 坨 断 层 为 长 期 发 育 的 同 沉 积 正 断 层 ,控 制 着 构 造 的 形 成 和 地 层 沉 积 及 油 气的 分 布 . 该 断 层 早 期 开 启 ,成 为 油 气 垂 向 运 移 的 主 要 通 道 ;后 期 封 闭 ,断 层 两 侧 为 砂 泥 岩 对接 ,侧 向 不 连 通 而 形 成 遮 挡 封 闭 ,是 大 张 坨 东 部 的 边 界 断 层 . 其 余 断 层 均 为 大 张 坨 断 层 的派 生 断 层 ,规 模 较 小 ,对 油 气 分 布 不 起 控 制 作 用 . 如 图 2 所 示   大 张 坨 储 气 库 构 造 井 位 图2   of of 含 气 层 位 因 素地 下 储 气 库 是 特 殊 的 天 然 气 田 ,所 以 必 须 选 择 适 宜 的 含 气 层 位 作 为 储 集 空 间 ,含 气 层位 的 选 择 是 储 气 库 建 设 的 首 要 问 题 [9 ] . 天 然 气 具 有 多 源 、 多 阶 段 成 气 的 特 征 ,生 气 途 径 比石 油 要 广 阔 得 多 . 加 之 我 国 地 质 背 景 复 杂 ,既 有 陆 内 裂 谷 盆 地 ,如 松 辽 盆 地 、 渤 海 湾 盆 地 、苏 北 盆 地 等 ;又 有 陆 内 裂 陷 盆 地 ,如 二 连 盆 地 、 海 拉 尔 盆 地 等 ;也 有 以 克 拉 通 、 前 陆 、 造 山 带为 代 表 的 压 性 盆 地 及 陆 缘 2近 陆 缘 盆 地 等 . 所 以 我 国 天 然 气 资 源 具 有 分 布 面 积 大 ,纵 向 上含 气 层 系 多 的 特 点 . 除 志 留 系 、 泥 盆 系 外 ,从 前 震 旦 系 到 第 四 系 的 各 层 系 中 都 有 天 然 气 田 ,如 图 3 所 示 为 各 层 系 中 天 然 气 储 量 占 总 储 量 的 比 例 人 研 究 [4 ] ,我 国 的 天 然 气 资 源 主 要 赋 存 于 四 个 领 域 ,即 碳 酸 盐 岩 系 、 含 煤 岩 系 、082 应 用 基 础 与 工 程 科 学 学 报                             11图 3   中 国 各 含 气 层 系 天 然 气 储 量 百 分 比3   of of 碎 屑 岩 系 和 未 熟 岩 系 . 四 川 盆 地震 旦 系 、 古 生 界 及 中 、 下 三 叠 统 等 层系 属 于 碳 酸 盐 岩 系 ,这 是 腐 泥 型 热 成气 (油 型 气 )的 领 域 . 该 领 域 天 然 气 储量 丰 富 ,致 使 四 川 盆 地 天 然 气 的 产量 、 储 量 居 我 国 前 列 . 含 煤 层 系 是 腐殖 型 热 成 气 的 领 域 . 我 国 华 北 地 台 石炭 、 二 叠 系 煤 系 中 的 苏 桥 气 田 、 南 海盆 地 第 三 系 煤 系 中 的 平 湖 气 田 等 都属 于 煤 成 气 田 . 我 国 湖 相 碎 屑 岩 系 主要 分 布 于 松 辽 盆 地 中 、 上 白 垩 统 、 渤海 湾 盆 地 的 下 第 三 系 沙 河 街 组 和 准葛 尔 盆 地 的 二 叠 系 . 天 然 气 一 般 是 以伴 生 气 形 式 出 现 的 腐 泥 型 热 成 气 ,在一 些 构 造 复 杂 的 坳 陷 边 缘 部 位 ,由 于 源 岩 中 陆 源 有 机 质 较 富 集 也 会 形 成 一 些 腐 殖 型 热 成气 田 ,如 兴 隆 台 、 板 桥 气 田 等 [4 ] . 未 熟 岩 系 是 指 上 述 3 类 岩 系 中 有 机 质 尚 未 进 入 成 熟 阶 段的 部 分 . 这 类 岩 系 一 般 时 代 较 新 、 埋 藏 较 浅 ,是 生 物 气 的 领 域 ,如 柴 达 木 盆 地 的 台 南 气 田 、二 连 盆 地 的 阿 南 气 田 等 结 论(1)地 下 储 气 库 相 对 于 气 藏 来 说 ,其 对 地 层 力 学 性 质 、 构 造 圈 闭 、 盖 层 封 闭 性 、 储 层 物性 、 断 层 封 闭 性 等 有 特 殊 的 要 求 . 囿 于 我 国 独 特 的 构 造 、 沉 积 背 景 ,上 述 地 质 约 束 因 素 决 定了 储 气 库 的 选 址 及 正 常 运 行 .(2)地 下 储 气 库 对 这 些 地 质 约 束 因 素 的 适 应 性 随 构 造 位 置 、 区 域 背 景 的 不 同 而 产 生 差异 . 具 体 地 区 应 从 宏 观 到 微 观 综 合 考 虑 多 方 面 地 质 约 束 因 素 ,结 合 产 气 层 位 ,在 充 分 分 析约 束 因 素 的 基 础 上 ,建 设 地 下 储 气 库 :研 究 得 到 了 中 国 石 油 北 京 华 油 天 然 气 有 限 公 司 储 气 库 分 公 司 领 导 和 同 志 们 的 指 导和 帮 助 ,并 得 到 石 油 大 学 资 源 与 信 息 学 院 诸 多 专 家 的 指 导 ,特 此 致 谢 文 献[ 1 ]   pressu
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