王彬，邱恩波，龐晶，席燕卿，崔國強

新疆H儲氣庫改建關鍵問題測井評價

王彬1*，邱恩波2，龐晶1，席燕卿3，崔國強1

1.中國石油新疆油田公司勘探開發(fā)研究院，新疆克拉瑪依834000
2.中國石油新疆油田公司開發(fā)處，新疆克拉瑪依834000
3.中國石油吐哈油田公司魯克沁采油廠，新疆鄯善838200

氣藏改建儲層庫有許多技術難題，其中，蓋層的密封性、儲層的品質與展布及污水回注層選擇等是儲氣庫建設中的關鍵問題。基于測井信息，結合地質、取芯分析資料，針對準噶爾盆地H氣藏改建儲氣庫過程中的蓋層密封性、儲層的品質與展布及污水回注層選擇等關鍵問題進行了測井精細分析，分析認為：H儲氣庫的蓋層厚度大、物性差、分布范圍廣，密封性良好；紫二段儲層分布范圍廣、穩(wěn)定、厚度大，儲層物性和連通性較好，滿足建設地下儲氣庫對儲滲空間的要求；通過對紫泥泉子組上部獨山子組、安集海河組、沙灣組水層進行測井評價，認為選取沙灣組作為污水回注層更為合理。

儲氣庫改建；測井評價；蓋層；儲層品質；污水回注

引言

地下儲氣庫是利用適于儲氣的地下構造，如枯竭油氣田、含水層、巖鹽洞穴和廢煤礦，以解決天然氣供銷不平衡而建設的一種地下儲氣設施［1-2］。地下儲氣庫最主要的作用是保障調峰需要，以及各類事故應急和國家能源戰(zhàn)略儲備，具有儲氣量大、經(jīng)濟合理、安全系數(shù)大的特點［3］。

地下儲氣庫建設的主要包括以下幾個方面：（1）儲氣庫的規(guī)劃與設計：首先在經(jīng)濟性原則前提下，根據(jù)用戶性質、數(shù)量等因素，確定所需的調峰量，再根據(jù)地質、地理位置、經(jīng)濟等因素，選擇相應的儲氣庫類型，確定基本地質參數(shù)和建庫參數(shù)，其中庫址選型要素包括儲氣規(guī)模、深度、氣密性、構造物性等；（2）站場工藝及設備；（3）儲氣庫的建造；（4）儲氣庫建設技術的研究與發(fā)展趨勢：尋找適于建庫地質體的四維地震勘探技術、使用大井眼井和水平井技術來提高單井調峰氣量、用惰性氣體代替天然氣作儲氣庫墊層氣、建設生產(chǎn)效率高且可靠性好的氣井等，同時重視環(huán)境保護等［4-7］。

因此，在地下儲氣庫建設中，蓋層的密封性、儲層的品質與展布及污水回注層選擇等問題都是困擾儲氣庫建設及將來運行的關鍵問題［8-9］。如何解決這些問題？井筒測井信息連續(xù)、精確、豐富的特點，為解決上述問題提供了資料保障。

本文針對H儲氣庫的地質特征，基于測井信息，結合地質、取芯分析資料，重點探討蓋層的密封性、儲層的品質與展布及污水回注層選擇評價。

1 蓋層密封性評價

構造圈閉簡單、圈閉落實程度高、密閉性好是建庫的必要地質條件，上覆蓋層具有良好的密封作用，才能使氣體不會沿垂直方向泄漏或側向運移逸散［6，10］。并且在地下儲氣庫建設和運行時，要求在較短時間內反復強注強采、為增大庫容和提高單井產(chǎn)能，會增加氣庫上限壓力，這對蓋層密封條件也提出更高的要求［11-12］。同時，蓋層及儲層物性的深入研究是關系到儲氣庫指標設計的重要參數(shù)［13-14］。

1.1 蓋層密閉機理

根據(jù)蓋層阻止油氣運移的方式，蓋層的封閉機理可分為3種類型：物性封閉、異常壓力封閉和烴濃度封閉。對于地下儲氣庫來講，其封閉類型一般是物性封閉。

物性封閉是指靠蓋層巖石的毛管壓力對油氣運移的阻止作用。因此，也可以稱為毛細管壓力封閉。毛細管壓力與孔喉半徑、烴類性質、介質溫度條件有關。

式中：pc毛細管壓力，MPa；r-巖石孔喉半徑，cm；θ固液相接觸角，（?）；σ兩相界面張力，N/m。

油氣要通過蓋層微細孔隙向上運移，必須先驅替其中的水，克服毛細管壓力的阻力，才能突破蓋層的阻隔。如果驅使油氣運移的浮力未能克服該毛細管阻力，則油氣就被遮擋在蓋層之下。對于蓋層巖石來說，其巖石顆粒極細，再加上壓實作用，導致巖石孔喉半徑、孔隙度、滲透率都非常小，而其所具有的毛細管阻力極大，且隨埋深增加蓋層巖石的毛細管阻力變得更大，密封性變得更好，從而達到了蓋層巖石對油氣的密閉作用［15-16］。顯然，蓋層的巖性、厚度、分布及埋深是決定蓋層密封性的關鍵因素。

1.2 蓋層密閉性評價

蓋層密封性評價一般包括宏觀密封性評價與微觀密封性評價。蓋層微觀密封性通常是基于巖芯樣品實驗室分析測試得到的微觀參數(shù)進行評價；蓋層宏觀密封性則可以充分利用測井資料連續(xù)、精確、豐富的特點開展多角度的評價。本文主要探討H儲氣庫蓋層宏觀密封性評價。

蓋層宏觀密封性評價內容主要包括兩個方面，即蓋層的厚度與蓋層的覆蓋程度。

蓋層的厚度是蓋層密封性的重要指標，不同性質蓋層的密封性有一定差異，蓋層的厚度沒有統(tǒng)一標準。但對同一種巖性的蓋層，通常是蓋層厚度越大，其密封性越好。

蓋層的覆蓋程度是指蓋層對下伏儲層的覆蓋范圍。只有當儲層被嚴密地置于蓋層之下，蓋層才具備封閉條件。H儲氣庫上覆一套區(qū)域性蓋層和一套直接蓋層［17］，因此，蓋層密封性宏觀評價主要針對這兩套蓋層。

（1）區(qū)域蓋層密封性

區(qū)域蓋層是指遍布于含油氣盆地或凹陷的大部分地區(qū)，厚度大、面積廣且分布穩(wěn)定的蓋層。

區(qū)域蓋層的穩(wěn)定分布是儲氣庫整體封閉條件好的有力保障。根據(jù)測井資料分析（表1），H地區(qū)紫泥泉子組上覆安集海河組，而安集海河組巖性主要為灰色、灰綠色泥巖，屬于湖相-半深湖相沉積，厚度一般在800～900 m，分布穩(wěn)定。顯然，安集海河組泥巖在H地區(qū)具有巖性好、沉積厚度大、分布穩(wěn)定、覆蓋范圍大等特點，是一套密封性非常好、有效的區(qū)域性蓋層。

表1 H儲氣庫區(qū)域蓋層厚度表Tab.1 Regional caprock thickness table of H gas storage

（2）直接蓋層密封性

直接蓋層是指緊鄰儲集層之上的封閉巖層。直接蓋層是單一型的蓋層，它可以是局部蓋層，也可以是區(qū)域性蓋層。

圖1 H儲氣庫直接蓋層多井測井對比剖面圖Fig.1 Direct caprock multi well logging contrast figure of H gas storage

表2 H儲氣庫單井直接蓋層厚度表Tab.2 Single well direct caprock thickness table of H gas storage

根據(jù)測井曲線多井對比分析（圖1），H氣田紫泥泉子組紫三段與紫二段之間有一個較穩(wěn)定的直接蓋層，其質地比較純，巖性是以泥巖為主，分布較為穩(wěn)定，從井的鉆遇情況來看厚度約在6.84～9.46 m，平均8.03 m（表2）。該直接蓋層厚度雖然不是太厚，但泥巖蓋層隨著埋深的增加，其壓實程度增高，孔隙度、滲透率隨之減小，排驅壓力增大，其封閉性能也不斷增高。該直接蓋層的埋深大于3 000 m，并且已經(jīng)經(jīng)歷了長期的地史時期未遭到破壞，說明其蓋層條件及蓋層的封閉性是很好的，封閉類型為物性封閉（即毛管壓力封閉）。因此，從巖性和厚度的條件上來看，直接蓋層條件較好，滿足了儲氣庫的要求。

2 儲層品質與分布評價

地下儲氣庫對儲層的品質要求很高，通常要求是儲層分布范圍廣、穩(wěn)定、厚度大，儲層物性和連通性較好［5］。取芯分析與測井結合是評價儲層品質評價的有效方法，包括評價儲層的巖性、物性、厚度及空間分布特征。

2.1 儲層巖性評價

綜合取芯和測井分析，紫二段巖性劃分為5種：中砂巖、細砂巖、粉砂巖、泥質粉砂巖、泥巖。自然伽馬曲線與聲波時差曲線交會可以很好地識別巖性（圖2）：中砂巖、細砂巖、粉砂巖、泥質粉砂巖聲波時差值依次降低，自然伽馬值依次增高，表現(xiàn)出的物性依次變差。其中中砂巖、細砂巖、粉砂巖為儲層，占83%（圖3），表明儲層非常發(fā)育，儲層以細砂巖、粉砂巖為主，為儲氣庫儲層奠定了巖性基礎；泥質粉砂巖、泥巖為非儲層，只占17%。顯然，紫二段氣藏改建儲氣庫其巖性品質良好。

圖2 自然伽馬與聲波時差交會識別巖性圖版Fig.2 The natural gamma-acoustic lithology identification chart

圖3 紫二段巖性分布餅狀圖Fig.3 The lithology distribution pie chart of E1?2z2

2.2 儲層物性、厚度、連通性評價

表3 紫二段砂體、儲層厚度與儲層物性數(shù)據(jù)表Tab.3 Thickness of sand body and reservoir，reservoir physical property table of E1?2z2

圖4 紫二段砂體多井對比剖面圖Fig.4 Sand body well contrast figure of E1?2z2

2.3 儲層平面分布評價

綜上所述，H儲氣庫紫二段儲層分布范圍廣、穩(wěn)定、厚度大，儲層物性和連通性較好，為儲氣庫改建提供了良好的儲滲條件。

圖5 砂體厚度分布圖Fig.5 The sand thickness distribution map of

3 污水回注層選擇評價

儲氣庫建成運行過程中，會產(chǎn)生大量污水，如何處理這些污水，是儲氣庫改建時必須考慮的問題。儲氣庫運行產(chǎn)生的污水需要回注到上部含水滲透層中，但污水回注層選擇必須滿足兩個條件：一是物性條件好、厚度大；而是不污染第四系地下水層。

污水回注層的選擇主要從巖性、物性以及縱橫向分布位置3個方面來評價。

紫泥泉子組上部有3套地層：沙灣組、獨山子組、安集海河組。由于安集海河組是儲氣庫的區(qū)域蓋層，首先排除。新近系自下而上分別為沙灣組、塔西河組和獨山子組。

獨山子組巖性主要為泥巖和泥質粉砂巖，平均厚度1 300.0 m，2001-2005年曾對H003井獨山子組不同層段進行射孔、酸化，污水回注，但效果不理想。

沙灣組巖性主要為粉砂巖、不等礫砂巖和粉砂質泥巖，平均厚度298.30 m，其中砂巖平均厚度約138.00 m，物性好的砂巖厚度約54.00 m，分布在沙灣組的中上部，且全區(qū)分布穩(wěn)定，平均孔隙度23.0%，巖性和孔隙度均好于獨山子組。通過厚度和物性情況類比，預計沙灣組每口設計污水回注井最大日注水量約70.60 m3，兩口污水回注井最大日注水量可達141.20 m3，而方案設計采氣周期最大日產(chǎn)水量為111.68 m3，兩口污水回注井就可以滿足儲氣庫運行時的污水回注需求。

沙灣組上覆地層為塔西河組，全區(qū)分布穩(wěn)定，厚度大，平均厚度為419.15 m，巖性主要為泥巖，夾少量的粉砂質泥巖，是沙灣組防止污水回注上返的有效區(qū)域蓋層。由于沙灣組與獨山子組之間存在419.15 m泥巖層，獨山子組進行污水回注未發(fā)現(xiàn)污染第四系地下水，因此，在沙灣組進行污水回注不會對第四系地下水造成污染。

4 結論

（1）安集海河組泥巖層厚度大、分布穩(wěn)定，是良好的區(qū)域蓋層；E1?2z2頂部直接蓋層較厚、分布穩(wěn)定，且埋深大于3 000 m，封蓋性能也增強，密封性好。

（2）紫二段儲層的巖性主要為細砂巖和粉砂巖，儲層分布范圍廣、穩(wěn)定、厚度大，儲層物性和連通性較好，為儲氣庫改建提供了良好的儲滲空間。

（3）通過巖性、物性以及縱向分布位置3個方面評價，優(yōu)選沙灣組作為污水回注層。

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崔國強，1981年生，男，畬族，新疆克拉瑪依人，工程師，主要從事天然氣開發(fā)方面的研究。E-mail：cuigq1@petrochina.com.cn

編輯：張云云

編輯部網(wǎng)址：http：//zk.swpuxb.com

Logging Evaluation of Key Issues of Xinjiang H Underground Gas Storage Conversion

WANG Bin1*，QIU Enbo2，PANG Jing1，XI Yanqing3，CUI Guoqiang1

1.Research Institute of Exploration and Development，Xinjiang Oilfield Company，PetroChina，Karamay，Xinjiang 834000，China

2.Development Department，Xinjiang Oilfield Company，PetroChina，Karamay，Xinjiang 834000，China

3.Lukeqin Oil Production Plant，Tuha Oilfield Company，PetroChina，Turpan，Xinjiang 838200，China

There are many technical problems in the underground gas storage reconstruction，among which sealing property of cap rock，reservoir characteristic and the selection of reinjection formation are key issues.Based on logging information，a specific logging analysis is carried out on some crucial issues，such as cap rock sealing ability，reservoir quality and distribution and sewage rejection formation selection in the process of reconstructing Junggar Basin H underground gas storage.We find out that the Hunderground gas storage has thick cap rock，poor physical property，wide distribution and sound sealing ability. The E1?2z2reservoir has features such as wide distribution，great stablility，large thickness，good physical property and good connectivity，which can meet the requirement of constructing underground gas storage for the reservoir permeability space. ThroughwaterlayerwellloggingandevaluationofDushanziFormation，webelieveAnjihaiFormationandShawanFormation，Shawan Formation are the most reasonable sewage reinjection layers.

underground gas storage reconstruction；logging evaluation；caprock；reservoir quality；sewage reinjection

王彬，1967年生，男，漢族，新疆克拉瑪依人，教授級高級工程師，主要從事天然氣開發(fā)方面的研究。E-mail：wangbin68@petrochina.com.cn

邱恩波，1981年生，男，漢族，新疆克拉瑪依人，工程師，主要從事天然氣開發(fā)方面的研究。E-mail：qeb@petrochina.com.cn

龐晶，1982年生，女，漢族，新疆克拉瑪依人，高級工程師，主要從事天然氣開發(fā)方面的研究。E-mail：jingpang@petrochina.com.cn

席燕卿，1988年生，女，漢族，新疆哈密人，助理工程師，主要從事油氣田開發(fā)方面的研究。E-mail：amillian25@126.com

10.11885/j.issn.1674-5086.2014.06.09.04

1674-5086（2016）01-0046-07

TE122

A

http：//www.cnki.net/kcms/detail/51.1718.TE.20160104.1711.024.html

王彬，邱恩波，龐晶，等．新疆H儲氣庫改建關鍵問題測井評價［J］．西南石油大學學報（自然科學版），2016，38（1）：46-52．

WANG Bin，QIU Enbo，PANG Jing，et al．Logging Evaluation of Key Issues of Xinjiang H Underground Gas Storage Conversion［J］．Journal of Southwest Petroleum University（Science&Technology Edition），2016，38（1）：46-52．*

2014-06-09網(wǎng)絡出版時間：2016-01-04

王彬，E-mail：wangbin68@petrochina.com.cn