蓋層對(duì)各種天然氣封閉能力的評(píng)價(jià)

1、第三章 蓋層對(duì)各種天然氣封閉能力的評(píng)價(jià)3.1對(duì)游離相天然氣封閉評(píng)價(jià)3.1.1評(píng)價(jià)方法1評(píng)價(jià)參數(shù)及公式據(jù)前面研究，排替壓力為泥質(zhì)巖蓋層毛細(xì)管封閉天然氣能力（因?yàn)閮?chǔ)集層的排替壓力遠(yuǎn)小于泥質(zhì)巖蓋層的排替壓力，可忽略不計(jì)）的重要評(píng)價(jià)參數(shù)，排替壓力越大，泥質(zhì)巖蓋層的毛細(xì)管封閉能力越強(qiáng)；反之越弱。然而，由于受泥質(zhì)巖蓋層巖石本身非均質(zhì)性、后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的改造以及氣藏中存在的剩余壓力等因素的影響，泥質(zhì)巖蓋層對(duì)游離相天然氣的毛細(xì)管封閉性并非是絕對(duì)的，即依靠排替壓力絕對(duì)封閉天然氣的泥質(zhì)巖蓋層是不存在的，只要有壓力差存在，天然氣或多或少地要通過泥質(zhì)巖蓋層中的某些大孔隙發(fā)生滲濾散失。根據(jù)達(dá)西定律，天然氣在壓力差(p1p

2、2)的作用下，在t 時(shí)間內(nèi)通過面積為s的泥質(zhì)巖蓋層的滲濾量為：q= (3-1)式中：q天然氣通過泥質(zhì)巖蓋層的滲濾損失量,k-泥質(zhì)巖蓋層的滲透率，p1-驅(qū)使天然氣進(jìn)行滲濾的壓力，pap2-天然氣滲濾時(shí)受到的阻力，pa;-天然氣流動(dòng)粘度，past-天然氣發(fā)生滲濾作用的時(shí)間，s.由式3-1可以看出，天然氣通過泥質(zhì)巖蓋層的滲濾速度為：v= (3-2)為了研究問題的方便，假定對(duì)一個(gè)盆地或凹陷所有的蓋層，施加一個(gè)同樣大小的壓力f，(相當(dāng)于p1)，這樣天然氣通過其滲濾運(yùn)移，v= (3-3)(1)泥質(zhì)巖蓋層滲透率k根據(jù)天然氣穿過泥質(zhì)巖的滲透率，采用串聯(lián)法來描述天然氣通過泥質(zhì)巖蓋層的滲透率。k= (3-4)式中

3、：k-泥質(zhì)巖蓋層綜合滲透率，m3;rs-砂巖占泥巖蓋層厚度的百分比值，小數(shù)rm-泥巖占泥巖蓋層厚度的百分比值，小數(shù)；km,ks-泥巖、砂巖夾層滲透率，；松遼盆地砂巖、泥巖的滲透率經(jīng)驗(yàn)公式： (3-5) (3-6) 式中：km,ks-泥巖、砂巖夾層滲透率，；砂巖孔隙度，小數(shù)； z 泥巖埋深，m松遼盆地砂巖、泥巖孔隙度與埋深之間的關(guān)系為： (3-7) (3-8)(2) 驅(qū)使天然氣發(fā)生滲濾作用的外力 (f)對(duì)濱北地區(qū)青一段，嫩一、二段泥巖蓋層進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，f可取盆地最大埋深(4000m)處的泥巖排替壓力值。 (3-9) (3-10)(3)天然氣滲濾時(shí)所遇到的阻力(f)天然氣在通過泥質(zhì)巖蓋層發(fā)生滲濾時(shí)，

4、除要受到泥巖層排替壓力，還受到砂巖的阻力。根據(jù)串聯(lián)原理： (3-11)式中：-泥巖排替壓力，mpa;z,-泥巖埋深砂泥巖排替壓力之間的關(guān)系為：= (3-12)式中：、分別為泥巖、砂巖孔喉半徑，m;、 分別為泥巖、砂巖孔隙度，%;、 分別為泥巖、砂巖滲透率，；(4)天然氣粘度()由孫榮書(1989)的資料整理要以得到 天然氣粘度隨溫度和壓力的變化關(guān)系為： (3-13)式中：-天然氣粘度，;p-壓力，0.1mpa;t-溫度，.(5) 泥質(zhì)巖蓋層厚度(h)可由鉆井求得2評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)表3-1 游離相天然氣速度評(píng)價(jià)參數(shù)等級(jí) 等級(jí)好較好中等差速度1003.1.2評(píng)價(jià)結(jié)果分析根據(jù)濱北地區(qū)k1qn各個(gè)井位泥巖

5、厚度，由達(dá)西定律計(jì)算各個(gè)井位游離相態(tài)天然氣在通過泥質(zhì)巖蓋層的速度，作出滲濾速度等值線分布圖。如圖3-1，圖3-2所示。由圖3-1可以看出，速度高值區(qū)主要分布于嫩江階地、依安凹陷、最高點(diǎn)在訥6井可達(dá)1000，其次為訥10井，由北向南速度逐漸減小，說明封蓋逐漸變化。低值區(qū)主要分布在三興背斜帶，克山依龍背斜帶，富參1-興1-烏1封閉最好。黑魚泡凹陷和明水階地也為速度低值區(qū)。典型井位有霍1-李3-魚13-喇2井。由圖3-2可以分析，速度低值區(qū)主要分布于三興背斜帶，克山依龍背斜帶，乾元構(gòu)造帶。速度向西部斜坡和海倫隆起帶逐漸增大。齊1-海參1-霍1-李3-魚13-喇2井為封閉較好 井位。根據(jù)計(jì)算的滲濾速度

6、，把它們分為四個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)，如表3-1。把速度100封閉為差，然后根據(jù)做出速度等值線圖，按照表3-1進(jìn)行蓋層封閉能力的評(píng)價(jià)可得到綜合評(píng)價(jià)圖。如圖3-3，圖3-4分別為濱北地區(qū)青山口組和嫩江組一、二段泥質(zhì)巖蓋層對(duì)游離相態(tài)天然氣封閉綜合評(píng)價(jià)圖。由圖3-3可以看出，全區(qū)封閉差的區(qū)域占一半以上，分布區(qū)域有依安凹陷，烏裕爾凹陷、綏化凹陷。包括訥6-訥10-河1-北參1-拜4-蓮1等封閉差井點(diǎn)，西部斜坡區(qū)，烏裕爾凹陷、黑魚泡凹陷、明水階地為封閉中等區(qū)域，達(dá)深1井為封閉較好。由圖3-4可以看出，全區(qū)封閉好的區(qū)域主要分布中央凹陷區(qū)，即克山-依安-拜泉-明水-林甸-齊齊哈爾-大慶一帶。封閉好的井位有通1-寶1-興

7、1-依1-齊1-林1-雙2-雙3-魚13-魚1井。綏化凹陷、慶安隆起帶-呼蘭隆起帶，西部斜坡區(qū)為封閉好的區(qū)域。圖3-1濱北地區(qū)游離相態(tài)天然氣通過k1qn泥質(zhì)巖蓋層滲透速度分布圖圖3-2濱北地區(qū)游離相天然氣通過k1n1+2泥質(zhì)巖蓋層滲透速度分布圖圖3-3濱北地區(qū)k1qn泥質(zhì)巖蓋層對(duì)游離相態(tài)天然氣封閉綜合評(píng)價(jià)圖圖3-4濱北地區(qū)k1n1+2泥質(zhì)巖蓋層對(duì)游離相態(tài)天然氣封閉綜合評(píng)價(jià)圖3.2對(duì)水溶相天然氣封閉能力評(píng)價(jià)3.2.1評(píng)價(jià)方法1評(píng)價(jià)公式及參數(shù)由上可知，泥質(zhì)巖蓋層對(duì)水溶相天然氣的封閉能力的強(qiáng)弱主要取決于其內(nèi)吸附能力的大小，而吸附阻力大小由于受巖石孔隙結(jié)構(gòu)、粘土礦物成分及含量和壓實(shí)成巖程度等多種因素的

8、影響，目前研究水平難以給出確切大小和準(zhǔn)確的表達(dá)。由葛家理(1982)研究可知，巖石的吸附能力主要與其滲透性和厚度大小有關(guān)，即厚度越大，滲透率越低，巖石吸附阻力越強(qiáng)；相反，厚度越小，滲透率越高，巖石的吸附阻力越弱。然而，由于受泥質(zhì)巖蓋層非均質(zhì)性的影響，其內(nèi)往往存在各種微滲漏空間，如層理、溶孔溶洞和微型孔隙等，它們均會(huì)成為水溶相天然氣通過泥質(zhì)巖蓋層微滲漏空間，故可以說，對(duì)水溶相天然氣絕對(duì)封閉的泥質(zhì)巖蓋層是不存在的，水溶相天然氣在壓差的作用下或多或少地將通過其發(fā)生滲濾運(yùn)移散失，其滲濾散失的水溶氣量可用達(dá)西定律(式3-14)來描述， (3-14)式中： -以水溶相滲濾散失的天然氣量，；k-泥質(zhì)巖蓋層的

9、滲透率，-壓力差，pa;s-水溶相天然氣發(fā)生滲濾散失的面積，t-水溶相天然氣發(fā)生滲濾散失的時(shí)間，s；-天然氣在水中的溶解度，；地層水粘度，;h-泥質(zhì)巖蓋層厚度，m.由式3-14 可得水溶相天然氣在單位壓差下在單位 時(shí)間內(nèi)通過單位面積蓋層的滲濾散失速度大小為： (3-15)(1) 天然氣在水中的溶解度()由付曉泰有，： (3-16)式中：-水合平衡常數(shù) -天然氣分子的范德華體積，；-氣體常數(shù) ，-壓力，-水分子有效間隙度-水分子最大間隙度由異常含氣濃度的定義可得， (3-17)(2) 地層水粘度()由nelson js 和simmons ec (1995) 整理得， (3-18)式中，-地層水粘

10、度，t-地層溫度，(3) 泥質(zhì)巖滲透率()(4) (3-19)式中：-泥質(zhì)巖蓋層滲透率，-砂泥巖滲透率，,-砂泥巖占地層厚度的比值，小數(shù) (5) 泥質(zhì)巖厚度()可由鉆井資料得到。2評(píng)價(jià)等級(jí) 如表3-2所示 3.2.2評(píng)價(jià)結(jié)果和分析根據(jù)式3-14對(duì)濱北地區(qū)的76口井的水溶相天然氣通過青山口組和嫩一、二段泥質(zhì)巖蓋層的滲透速度進(jìn)行計(jì)算可以得到水溶相天然氣通過兩段地區(qū)的滲透速度分布圖。如圖3-5，等級(jí)好較好中等差速度100表3-2 水溶相天然氣速度評(píng)價(jià)等級(jí)圖3-6所示。1由圖3-5看出，速度低值區(qū)(60)分布在北部?jī)A沒區(qū)，中央凹陷區(qū)。以訥河縣為中心，達(dá)到速度高值區(qū)，北安縣可達(dá)240，高值區(qū)井位典型 代

11、表有任4-北參1井分別達(dá)到 240和180?？傮w來看，速度高值區(qū)主要分布于一級(jí)構(gòu)造線附近，可見泥質(zhì)巖受構(gòu)造剝蝕運(yùn)動(dòng)影響很大。2由圖3-6可以看出，全區(qū)封蓋速度范圍(1-14),高值區(qū)主要分布在拜泉縣以東的海倫隆起帶，高值井位有拜4井，嫩江階地的訥6井。低值區(qū)主要分布在依安凹陷，三興背斜帶，克山依龍背斜帶。以通1興1依1烏1為典型代表。3.由圖3-7，綜合全區(qū)看，北部?jī)A沒區(qū)和東北隆起區(qū)封閉差，西南斜坡中央凹陷區(qū)一帶封閉較好。慶安隆起帶，呼蘭隆起帶，也為封閉較好。封閉較好區(qū)域井位有富參1興1依1齊1李3魚13雙2雙3蓮1烏1林1等。封閉中等區(qū)域有訥1克3河1拜4。4由圖3-8可以看出，嫩江階地與海

12、倫隆起帶、綏化凹陷封閉較好，其它地區(qū)封閉為好。圖3-5 濱北地區(qū)水溶相天然氣通過k1qn蓋層滲透速度分布圖 圖3-6 濱北地區(qū)水溶相天然氣通過k1n1+2蓋層滲透速度分布圖圖3-7濱北地區(qū)k1qn泥質(zhì)巖蓋層對(duì)水溶相天然氣封閉綜合評(píng)價(jià)圖圖3-8 濱北地區(qū)k1n1+2泥質(zhì)巖蓋層對(duì)水溶相天然氣封閉綜合評(píng)價(jià)圖3.3對(duì)擴(kuò)散相天然氣封閉能力評(píng)價(jià)3.3.1評(píng)價(jià)方法1評(píng)價(jià)公式及參數(shù)由上可知，泥質(zhì)巖蓋層濃度封閉作用能力大小除主要取決于泥質(zhì)巖蓋層與下伏地層孔隙水中含氣濃度差大小外，還與泥質(zhì)巖蓋層本身巖石擴(kuò)散系數(shù)的大小有關(guān)。泥質(zhì)巖蓋層與下伏地層孔隙水中含氣濃度差越大，泥質(zhì)巖蓋層本身巖石擴(kuò)散系數(shù)越小，泥質(zhì)巖蓋層的濃度

13、封閉能力越強(qiáng)，天然氣的擴(kuò)散損失量越??；相反，泥質(zhì)巖蓋層的濃度封閉能力越弱，天然氣的擴(kuò)散損失量越大。天然氣在濃度差c-c0（c為下伏氣層孔隙水中天然氣濃度，c0為泥質(zhì)巖蓋層孔隙水中天然氣濃度）作用下通過厚度為h，孔隙面積為s的泥質(zhì)巖蓋層t時(shí)間內(nèi)的擴(kuò)散損失量q為q=dst （3-20）由式3-20可得天然通過泥質(zhì)巖蓋層的擴(kuò)散速度vd（單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的天然氣擴(kuò)散量，m/s）為 (3-21)式中天然氣通過泥質(zhì)巖的擴(kuò)散速率蓋層厚度巖石擴(kuò)散系數(shù)下伏氣層孔隙水中天然氣濃度泥質(zhì)巖蓋層孔隙水中的含氣濃度(1)泥質(zhì)巖蓋層孔隙水中的天然氣濃度（）由式316計(jì)算可得(2) 施加天然氣濃度（）此濃度實(shí)際計(jì)算應(yīng)取

14、地層條件下孔隙水中最大溶量，即 （3-22）一般埋深取500m，壓力系數(shù)為1.80，由式316可計(jì)算等到。(3) 天然氣擴(kuò)散系數(shù)（d）天然氣穿過泥質(zhì)巖蓋層擴(kuò)散速度除了與泥質(zhì)巖，砂巖本身的擴(kuò)散系數(shù)有關(guān)外，還與泥巖砂巖的相對(duì)發(fā)育程度有關(guān)。因此采用綜合擴(kuò)散系數(shù)來描述擴(kuò)散速率：（3-23）式中：泥巖砂巖的擴(kuò)散系數(shù)，泥巖、砂巖占泥質(zhì)巖蓋層厚度的比值，小數(shù) （3-24）其中，孔隙度，% (3-25)(4) 泥質(zhì)巖蓋層厚度h可由鉆井資料得到2評(píng)價(jià)等級(jí)根據(jù)天然氣在通過泥質(zhì)巖蓋層滲濾運(yùn)移的速度的大小，可以對(duì)蓋層封閉性的好差進(jìn)行評(píng)價(jià)，也就是速度越大，封閉性就越差，速度越小，封閉性就越好。由式3-21計(jì)算可得到天然

15、氣滲濾運(yùn)移的速率的大小，將它們分成四個(gè)等級(jí)，數(shù)量級(jí)提取為，如表33所示。等級(jí)好較好中等差速度100表33擴(kuò)散相天然氣速度評(píng)價(jià)等級(jí)表3.3.2評(píng)價(jià)結(jié)果分析根據(jù)濱北地區(qū)實(shí)測(cè)的76口井的泥巖厚度、地層厚度和埋深數(shù)據(jù)，求出泥地比，砂地比，孔隙度，進(jìn)而求出泥巖擴(kuò)散系數(shù)，砂巖擴(kuò)散系數(shù)，利用式3-23求出綜合擴(kuò)散系數(shù)。再利用式3-16求出天然氣擴(kuò)散濃度和泥巖含氣濃度，利用式3-21求出天然氣通過泥巖的滲濾速度，作出速度等值線分布圖，如圖3-9，圖3-10所示。1 由圖3-9可以分析得出，擴(kuò)散速度累積范圍（0160），高值區(qū)主要分布在訥河縣嫩江階地，可達(dá)140以上，在乾元構(gòu)造帶以北參1井典型代表出現(xiàn)速度高值，綏化凹陷的任8井，任10井為代表，速度可達(dá)5060。速度低值度分布在依安凹陷與乾元構(gòu)造帶中心處。2 .由圖3-10分析可以得出，全區(qū)累積速度在（16），高值區(qū)分布在嫩江階地及東部隆起區(qū)，低值區(qū)分布在中央凹陷，以通1-烏1-興1-依1為代表。由表3-3根據(jù)滲濾速度對(duì)蓋層封閉好差的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，可做出濱北地區(qū)青山口組和嫩一、二段蓋層對(duì)擴(kuò)散相天然氣的封閉評(píng)價(jià)圖。如圖3-11，圖3-12所示。3由圖3-11可知，封閉好的區(qū)域有中央凹陷