油气藏评价与开发杂志投稿格式参考范文：苏北盆地刘庄储气库密封性评价研究

　　1 区域概况

　　刘庄气顶油藏位于苏北地区中部的淮安市金湖县三河镇，构造上位于苏北盆地东台坳陷金湖凹陷三河次凹西部斜坡带北部，是箕状断陷外斜坡带构造背景上由近南北的反向正断裂控制形成的鼻状油气藏。刘庄气顶油藏的主要含油气层系为下第三系阜宁组一、二段，油气层埋深介于 1090.2~1291.4 m，主要储气层位是下第三系阜宁组二段，为浅湖亚相沉积，储层岩性以粉细砂岩和生物碎屑灰岩为主，发育原生粒间孔、次生溶孔及裂缝，物性较好，孔隙度为 15%，渗透率介于(5~15)×10⁻³μm²。

　　刘庄气顶油藏在 2005 年建库初期时对气顶油藏储量进行了复算，探明含气面积为 1.61 km²，地质储量为 4.77×10³m³，油田含油面积为 2.75 km，原油地质储量为 176.44×10。根据气井投产初期测得原始地层压力取其平均值为 11.6 MPa，气藏类型为断层遮挡的边水构造气藏，水体不活跃。

　　2 地层及构造特征

　　刘庄储气库是西气东输利用衰竭油气藏建设的地下储气库，位于苏北盆地金湖凹陷西部斜坡带北部。

　　2.1 刘庄气顶油藏构造特征

　　刘庄气顶油藏主要含油气地层为阜宁组，是在中生界基底上发育的 1 个狭长的断鼻构造，阜宁组地层整体呈现南东低北西高的构造特征，地层倾角 8.8°，在地层上倾方向(北西西向)受刘①断层反向遮挡形成圈闭。刘庄气顶油藏内部被 2 条次生断层分割，断层走向近西东向，构造高点分布于断鼻构造中部近刘①断层处，油藏顶面最高点埋深 1066 m。刘庄气顶油藏长为 6.03 km，最大宽度为 1.45km，闭合面积为 3.14km²，圈闭幅度约为 220 m，含油气高度约为 160 m。

　　刘庄构造是在晚白垩世末期由于郯庐断裂构造运动而发展形成的，是一个长期发育的古断鼻构造，在阜宁组沉积早期，开始逐步形成，初期为一宽缓的断鼻构造，随着构造运动的不断加强，后期构造幅度逐渐增加，沉积末期刘庄构造形态趋于定型，构造高点部位与现今构造基本一致。

　　2.2 刘庄气顶油藏地层发育特征

　　刘庄地区钻井揭示的地层层序自下而上分别为：上侏罗统火山岩系和白垩系的红色沉积地层，下第三系始新统阜宁组沉积地层，新近系三垛组 — 戴南组沉积地层和盐城组沉积地层。刘庄气顶油藏主要含油气层段为阜宁组一、二段，盖层为阜宁组二段一、二砂组泥岩及阜宁组三、四段地层，故研究主要针对阜宁组开展。

　　下第三系阜宁组沉积地层可分为 4 段，其中，阜宁组一段为氧化条件下的河湖相的红色砂、泥岩沉积，厚度介于 280~350 m，阜宁组一段一、二砂组是富含有机质以湖相沉积为主的还原 — 弱还原条件下生油岩层的沉积，是刘庄气顶油藏的主要产层段之一;阜宁组二段三砂组以灰色生物碎屑灰岩、鲕状灰岩夹浅灰色粉细砂岩为主，上部发育深灰色泥岩为主夹薄层泥灰岩、油页岩，厚度介于 90~120 m;阜宁组三段为深灰色泥岩与薄层灰白色粉细砂岩互层，厚度介于 120~150 m;阜宁组四段在苏北盆地内保留程度差别较大，残留厚度不一，研究区厚度变化范围介于 180~230 m，岩性为深灰 — 灰黑色泥岩，中下部多夹泥灰岩。

　　阜宁组二段三砂组发育浅湖砂坝、碳酸盐生物滩和鲕滩沉积形成的粉砂岩、生物碎屑灰岩、鲕状灰岩互层地层;上部发育深灰色泥岩为主夹薄层泥灰岩、油页岩。因而，阜宁组二段三砂组成为刘庄气顶油藏的最主要含油气层段，一、二砂组厚度介于 15~30 m，可以作为油气的良好盖层。

　　阜宁组三段二砂组的深灰色泥岩在区域内稳定存在，是区内地层对比的主要标志层之一，典型特征为低自然电位、高伽马、低电阻率;阜宁组三段一砂组地层岩性组合为灰黑色泥岩夹灰岩、生物灰岩和碎屑灰岩等，典型特征为低自然电位，低伽马、高电阻率组合。阜宁组三段是区域内较为稳定的地层，可以作为较好的盖层，也是研究的主要目的层之一。

　　3 盖层密封性评价

　　盖层的封闭机理主要有 2 种，薄膜封闭和水力封闭。薄膜封闭又称为毛细管封闭，毛细管封闭是油气封闭的最常见机理，只要盖层与储层之间存在毛细管压力差，就能封闭住一定的烃柱高度。基于毛细管封闭机理，对盖层开展宏观密封性和微观密封的评价研究。

　　3.1 宏观密封性评价

　　盖层岩性特征

　　盖层的宏观密封性评价主要针对盖层的岩性、厚度及分布范围等进行分析，刘庄储气库存储空间主要为阜宁组一段和阜宁组二段三砂组，其上覆地层阜宁组二段一、二砂组发育深湖相的泥岩盖层，该盖层单层厚度介于 15~30 m，平均厚度为 18.5 m，该段泥岩地层岩性纯度高，是质量良好的盖层。刘庄储气库在阜宁组三段二砂组发育了厚度介于 60~80 m 的深灰色泥岩，与阜宁组二段一、二砂组泥岩段可以组成介于 70~100 m 的盖层。刘庄地区能够形成油气藏，说明其盖层密封性良好，此外，该盖层全区分布且区域分布稳定，其黏土矿物含量在 30% 以上，满足储气库的要求。

　　刘庄储气库阜宁组二段一砂组与阜宁组三段二砂组泥岩盖层岩矿物组成以黏土矿物、碳酸盐矿物(白云石、方解石、铁白云石)和石英为主，次为方沸石和长石(斜长石、钾长石)，少量黄铁矿，微量石膏、菱铁矿。总体来看，苏北盆地阜宁组二段一砂组泥页岩层脆性矿物含量均高于 50%，且黏土矿物含量也较高，均高于 30%，较高的脆性矿物和黏土矿物含量，使得刘庄储气库阜宁组二段一砂组与阜宁组三段二砂组泥岩盖层具有良好的毛细管阻力，对油气形成良好的阻挡，较高的脆性矿物组成的泥岩岩石骨架可以在储气库多轮次注采过程中较好地承受盖层应力变化，因而刘庄储气库阜宁组二段一砂组与阜宁组三段二砂组泥岩盖层具有有利的岩性组合。

　　盖层岩石力学特征

　　杨氏模量和泊松比是表征泥页岩物理性质的主要岩石力学参数，杨氏模量是指岩石所受应力与应变的比，即岩石的刚性大小，反映了岩石被压裂后保持裂缝的能力;泊松比是岩石横向应变与纵向应变的比值，即岩石弹性的大小，反映了岩石在压力下破裂的能力。泥页岩杨氏模量越低，泊松比越高，反映塑性越强。

　　通过对苏北盆地阜宁组泥页岩岩石力学实验数据统计，苏北盆地阜宁组泥页岩杨氏模量整体较低，普遍小于 20 GPa，与泌阳凹陷核桃园组和东营凹陷沙三段泥页岩的杨氏模量相当，小于 Barnett 页岩和中国南方海相龙马溪组页岩，泊松比略小于上述泥页岩。从脆性指数看，苏北盆地阜宁组泥页岩层脆性指数整体相对较低，其中，阜宁组二段二砂组脆性指数最高，达 48.25%;阜宁组四段一砂组脆性指数最小，为 40.10%，中国南方海相脆性指数在 60.00% 以上。苏北盆地阜宁组泥页岩塑性比美国典型页岩和中国南方海相龙马溪组等泥页岩要强，与中国东部断陷盆地胜利、河南油田的页岩层相似，其封堵性较强，具有良好的油气封堵性。

　　3.2 微观密封性评价

　　盖层物性参数

　　研究区目地层盖层为泥岩，其物性非常低，孔隙度平均约为 %，渗透率平均约为 0.15×10⁻³μm²，密度平均约为 2.48g/cm³，扩散系数约为 1.2×10⁻⁶，整体认为该泥岩盖层密封性良好。

　　盖层的突破压力

　　突破压力是指在下伏储层中油气压力作用下刺穿上部盖层的最小压力，该压力的大小显示了盖层密封性的优劣。突破压力是盖层矿物成分、微观孔隙、流体性质等特征的综合反映，泥岩盖层的突破压力最大，密封性最好。突破压力主要是受岩性和地层埋深等因素影响，刘庄油气藏阜宁组二段埋深介于 1080~1200 m，属于正常的压力系统，压力系数为 0.97，根据不同埋深、气柱高度所产生的压力经验值，并依据研究区实验，测得盖层突破压力介于 4.5~5.1 MPa，可封闭的气柱高度介于 500~600 m。刘庄储气库储层圈闭的闭合幅度为 220 m，小于可封闭气柱的高度，因此，该盖层具有良好的封闭天然气的条件。

　　黏土矿物特征

　　黏土矿物主要成分有高岭石、伊蒙混层、伊利石和绿泥石，蒙脱石非常微量，各类黏土矿物遇水膨胀能力排序：蒙脱石 > 伊蒙混层 > 伊利石 > 高岭石 > 绿泥石。其中，蒙脱石遇到淡水最易膨胀，可降低地层的物性，该性质可以很好地降低储气库在生产过程中的增压 / 降压对泥岩盖层的影响，降低生产过程中形成微裂缝的渗透性，有利于盖层的密封性。通过调研发现，页岩油气发育的 Barnett 等页岩层中黏土矿物主要为微含蒙脱石的伊利石，因而更易于造缝;而刘庄油气藏阜宁组泥页岩黏土矿物组成以伊蒙混层矿物为主，该段泥页岩地层由于蒙脱石含量较高遇水易膨胀，因而具有更好的封堵条件。

　　4 断层密封性评价

　　断层密封性研究主要是防止储气库在生产过程中由于地层压力的变化导致断层面活化而发生泄露。刘庄储气库是在断鼻油气藏基础上建立的，其主控断层刘①断层断距约 200 m，断层走向北东，倾向北西，断面略有弯曲，倾角约 50°。断层封闭机理主要是断层岩石与储层岩石毛管压力差异形成的封闭作用，其本质在于排替压力的差异，断层密封性评价又分为垂向密封性和侧向密封性。

　　4.1 断层的垂向密封性

　　上覆压力和断层面倾角决定了断面所受垂向压力的大小，该压力大小与断穿地层泥地比共同决定了断层的垂向密封性，阜宁组二段气藏为上覆稳定的泥岩盖层，厚度约为 450 m，断层断距约为 200 m，由于该断裂为扭张型反向正断层，并且该区域盖层厚度大，因此认为该断层在垂向上是密封的。控藏断层倾角约 50°，倾角较大，基于研究区断层正压力与上覆地层埋深的经验，得到上覆 1000 m 以上的地层可以产生 5.8 MPa 以上的压力，形成 500 m 以上的天然气气柱。从该区域油井的生产动态资料上分析，进一步证明主控大断层在垂向上是密封的。

　　4.2 断层的侧向密封性

　　断层的侧向密封性主要是受断层两侧岩性差异而形成的，当储集层与非渗透层对接时，断层具有侧向密封性，当储集层与储集层对接时，断层不具有密封性。刘①断层两侧的对接关系可以看出，断层东侧下降盘储层并不很发育，储层对接面很窄小，反映出刘①断层东部圈闭的密封性较好。

　　泥岩涂抹是泥岩的泥化通过进入发育中的断层而形成的，导致沿上、下盘断壁间的削截砂岩层形成较薄的泥质层。泥岩涂抹是一种定量评价密封性的方法，通过对多种方法的比较，考虑数据获取及可靠性等因素，选择泥岩涂抹因子的大小来定量评价断层的侧向密封性。

　　刘庄储气库主控断层断距约为 200 m，阜宁组二段泥岩厚度约为 60 m。根据以上公式，得出阜宁组二段的 SSF 约为 3.33，小于 4，说明该断层具有封堵性。根据以上合理运行压力区间设计的基本原则，考虑到控藏为正断层，其密封性比逆断层差，刘庄储气库设计阶段，经过数值模拟等工作推算储气库运行上限压力为油藏原始压力最为有利，因而初始设计上限压力为油藏原始压力 12 MPa，工程方案沿用初始设计上限压力，在上限压力范围内刘庄储气库可以长期安全运行。

　　5 结论

　　刘庄储气库阜宁组二段一砂组与阜宁组三段二砂组泥岩盖层岩石矿物组成以黏土矿物、碳酸盐矿物和石英为主，具有有利的岩性组合。该盖层全区分布且区域分布稳定，黏土矿物含量在 30% 以上，满足储气库的要求。

　　苏北盆地阜宁组泥页岩岩石力学实验显示：该区阜宁组泥页岩杨氏模量整体较低，普遍小于 20 GPa，脆性指数整体相对较低，其中，阜宁组二段二砂组脆性指数最高，达 48.25%;阜宁组四段一砂组脆性指数最小，为 40.10%，较中国南方海相泥页岩脆性指数小，并且其黏土矿物组成以伊蒙混层矿物为主，遇水易膨胀，因而认为其具有良好的油气封堵性。

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