鄭雅麗 孫軍昌 邱小松 賴 欣 劉建東 郭澤萍 魏 歡 閔忠順

1. 中國石油勘探開發(fā)研究院 2. 中國石油天然氣集團有限公司油氣地下儲庫工程重點實驗室3. 中國石油遼河油田公司勘探開發(fā)研究院

1 研究背景

截至2019年底，我國已建成15個儲氣庫群29座地下儲氣庫（以下簡稱儲氣庫，圖1）[1-3]，除大慶庫群中的薩中東2-1儲氣庫于1985年停運外[4-5]，其他28座儲氣庫目前均在役運行。上述28座儲氣庫中油氣藏型25座、鹽穴型3座，也就是說，我國目前在役的儲氣庫僅有油氣藏型與鹽穴型兩種類型且以油氣藏型為主[6-10]。

油氣藏型儲氣庫在一年的時間內至少完成其工作氣量的一次注入與采出[11-13]。儲氣庫日注采氣量是油氣藏開發(fā)日采氣量的8～10倍，其壓力在一個注采周期內波動區(qū)間介于10～20 MPa。這種多周期大流量強注強采的運行方式導致地層應力交變，將給儲氣庫的地質體、注采井、地面設施等組成部分造成損傷乃至失效，引發(fā)天然氣泄漏事故。通過對國外油氣藏型儲氣庫發(fā)生的失效事故統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，16起失效事故中與地質因素相關的有7起，占43.8%。地質因素造成的失效事故主要是超負荷注氣、儲層存在廢棄老井或斷層等因素引起的氣體遷移（圖2）[14]。國內板中北儲氣庫在第二個注采周期后，發(fā)現(xiàn)了由于斷層激活而產(chǎn)生的氣體遷移[15]。

圖1 我國天然氣儲氣庫建設歷程圖

圖2 國外油氣藏型地下儲氣庫失效事故統(tǒng)計圖

為了滿足國家有關部委加快儲氣調峰能力建設的要求，除了增加新的建設目標外，提高在役儲氣庫運行上限壓力也是一種增加調峰氣量快速經(jīng)濟有效的方式，但這必須以保證儲氣庫運行安全為前提，而全生命周期完整性是儲氣庫長期安全有效運行的重要保障。筆者將從我國儲氣庫完整性研究現(xiàn)狀入手，針對作為儲氣載體的地質體完整性中存在的概念不明確、缺乏系統(tǒng)評價技術的現(xiàn)狀，提出以儲氣地質體為評價對象，明確地質體完整性的概念和內涵，建立集圈閉有效性、蓋層完整性、斷層穩(wěn)定性、儲層穩(wěn)定性4項評價技術為一體的地質體完整性評價技術體系，并以新疆準噶爾盆地呼圖壁儲氣庫為例進行地質體完整性評價，以期為油氣藏型儲氣庫的長期安全有效運行、提高運行上限壓力及增加調峰能力提供幫助和支持。

2 儲氣庫完整性研究現(xiàn)狀

完整性概念在油氣行業(yè)最早應用于油氣管道的安全運行中，國外油氣管道完整性評價技術起源于20世界70年代[16-17]。我國從1998年開始探索管道的完整性管理，錢成文等[18]于2000年在總結、消化大量中外資料基礎上，將現(xiàn)役管道完整性定義為“管道完整性是指在運行條件下，管道系統(tǒng)及各組成部分能夠滿足運行要求、安全經(jīng)濟地完成輸送任務的各項性能指標的完整程度”。楊祖佩等[19]指出管道完整性貫穿了整個管道的生命周期，與管道的設計、施工、運行、維護、檢修和管理的各個過程密切相關。

自2000年大張坨儲氣庫投產(chǎn)以來，隨著我國儲氣庫陸續(xù)投入運行，在注采運行中出現(xiàn)了管柱腐蝕與螺紋密封失效、井下工具密封失效、環(huán)空異常帶壓等[20-21]完整性問題，魏東吼等[22]于2015年將儲氣庫完整性評價對象限定為“處于動態(tài)變化中的儲氣庫現(xiàn)場設備”，提出了儲氣庫地面設施和井的完整性管理體系內容，但未將儲氣庫的儲氣載體—地質體的完整性納入其中。羅金恒等[23]于2019年將儲氣庫完整性定義為“儲氣庫地質體、注采井和地面注采設施的功能始終處于安全可靠的服役狀態(tài)”，首次提到了儲氣庫地質體，但未明確地質體的概念，也未對地質體完整性及其評價技術進行詳細闡述。從以往的研究成果來看，儲氣庫地面設施[24-25]、井筒與注采管柱[26-31]等方面完整性研究成果較多，地質完整性研究方面多限于蓋層、斷層的靜態(tài)密封性評價。馬小明等[32]對板南儲氣庫從斷層走向與應力方向關系等5種因素，以及斷層泥分布率等2類參數(shù)進行了斷層的靜態(tài)封閉性評價；陽小平等[33]雖提出了斷層的完整性評價，但文中僅提到“斷層密封完整性評價是地下儲氣庫建設、運行管理中的瓶頸技術”，并未對斷層完整性給出明確的定義，斷層的評價與馬小明等[32]的方法類似，仍限于靜態(tài)的定性與定量評價。在蓋層封閉性評價方面，林建品等[34]以華北油田興9氣藏為研究對象，在蓋層巖性、厚度、孔—滲特征、排替壓力4項常規(guī)靜態(tài)評價方法基礎上，模擬地層條件開展了蓋層巖樣的巖石力學試驗，提出了考慮泥巖全應力–應變曲線特征、利用脆性指數(shù)評價泥巖蓋層封閉能力的分析方法，此方法在引入了蓋層的巖石力學特性評價方面有所創(chuàng)新，但其力學試驗僅模擬地層條件，未模擬儲氣庫運行交變載荷的工況，故蓋層的評價仍是原始氣藏靜態(tài)封閉性評價。劉國良等[35]在“呼圖壁大型儲氣庫擴容提采關鍵技術研究”中提到的“氣庫動態(tài)密封性評價技術”主要內容是“庫容診斷+井筒評價+微地震監(jiān)測”為一體的全方位立體評價技術，通過庫容核算與微地震監(jiān)測的方式實現(xiàn)氣庫動態(tài)密封性實時監(jiān)控和漏失風險點泄漏診斷，但未對氣庫動態(tài)密封性的構成、評價方法等進行闡述。

完整性評價的主旨是進行風險管控，目的是防患于未然。因此，在儲氣庫最初的選址與設計階段就要以完整性為設計理念，鉆井完井工程建設階段要遵循完整性設計的要求，生產(chǎn)運行階段則要通過各種技術與手段對儲氣庫的完整性進行檢查、評價。完整性評價的根本目的是通過采用不斷更新的技術和組織管理等措施，防止天然氣泄漏事故或在設計壽命期內報廢事件的發(fā)生，保證儲氣庫地面設施、注采井（含井筒）、地質體等各組成單元（圖3）始終處于受控狀態(tài)，實現(xiàn)物理上和功能上的完整。

圖3 儲氣庫完整性生命周期示意圖

國內儲氣庫在地面設施與注采井完整性方面取得了一定的成果和認識，但在地質完整性方面尚處于起步階段，存在著評價對象與概念不明確，研究深度局限于靜態(tài)原始狀態(tài)斷層與蓋層的密封性，未考慮儲氣庫交變運行壓力下斷層與蓋層的長期密封性，以及儲層的變形破壞等問題。借鑒地面設施及注采井的完整性研究成果，在明確地質完整性研究對象的基礎上，提出了地質體完整性的基本概念，闡述其基本內涵，建立相應評價技術，對保證儲氣庫長期安全有效運行將起到重要指導作用。

3 儲氣庫地質體完整性基本內涵

儲氣庫地質體是中國石油天然氣股份有限公司科學研究與技術開發(fā)項目“地下儲氣庫地質與氣藏工程關鍵技術研究與應用”（2015E-400201）研究團隊于2017年提出的。在2010年呼圖壁等6座國家商用儲氣庫建設之前，大張坨等儲氣庫主要是按照油氣藏開發(fā)理念，以原始油氣藏的儲層為核心設計儲氣庫運行方案，經(jīng)過多周期注采運行，地層水的侵入造成地質體內的油氣水分布發(fā)生較大變化，給設計指標帶來偏差。2009年底南方多個省市出現(xiàn)天然氣用氣緊張的形勢，在國家財政的支持下，中石油建設了呼圖壁、相國寺、雙六、陜224、蘇橋、板南等6座儲氣庫群，稱為商儲庫。這6座儲氣庫群吸取了大張坨等儲氣庫的建設運行經(jīng)驗，針對儲氣庫交變應力和高速注采的運行特點，應用了大尺寸精細地質研究與高速注采動用效率的理念，將地質研究的對象平面擴展到相鄰斷塊或圈閉，提出了交變應力斷層、蓋層密封失效風險分析，加強了監(jiān)測系統(tǒng)的建設。在2017年底完成的（2015E-400201）項目中首次用“地質體研究”替代了“大尺寸地質研究”。經(jīng)反復推敲完善于2019年將儲氣地質體定義為“由一個或多個包含儲層、蓋層、斷層、上下監(jiān)測層及相關油氣水流體的圈閉構成，對天然氣多周期注采具備‘縱向封存、橫向遮擋、 滲漏監(jiān)測’的地質單元[36]”。儲氣地質體基本內涵是儲氣庫評價范圍平面由單一的儲氣構造擴展到與儲氣構造相關兩個或以上相鄰的、水動力系統(tǒng)有相互關聯(lián)的地質構造；縱向上以儲氣層及其蓋層為主，向上延伸一個儲蓋組合，來保證斷層、蓋層或井發(fā)生泄漏，其逸散的天然氣可監(jiān)控。同樣，如果在儲氣層位以下存在虧空的低壓滲透層，也應納入地質體范疇。儲氣層之上的滲透層稱之為上監(jiān)測層，其下的滲透層稱之為下監(jiān)測層（圖4）。儲氣庫地質研究除了研究對象空間上的轉變，其研究階段也由油氣藏原始狀態(tài)延展到建庫前以及儲氣庫運行的各注采周期。研究內容為油氣藏原始狀態(tài)和建庫前的儲層儲集性能、儲量、注采能力、流體分布、斷層與蓋層封閉性以及儲氣庫運行交變應力密封性和高速注采流體運移規(guī)律。

從儲氣地質體的基本概念與內涵可以看出，儲氣庫地質完整性研究對象是儲氣地質體的儲層、斷層、蓋層、圈閉等。參考管道完整性[19]和井筒完整性[23]的定義，將地質體完整性定義為“地質體完整性是在儲氣庫運行過程中，儲氣地質體的各組成部分能夠滿足運行要求，安全經(jīng)濟地完成季節(jié)與應急調峰任務的各項性能指標的完整程度”。地質體完整性的內涵是在儲氣庫運行生命周期內，地質體的儲層以及蓋層、斷層和圈閉可以為用戶持續(xù)提供穩(wěn)定氣量，并保證儲氣庫安全有效運行。地質體完整性的核心是在儲氣庫運行生命周期內保持天然氣存儲的可靠性、安全性和經(jīng)濟性的程度，其中可靠性是儲氣庫運行生命周期內儲層結構與滲流性能保持穩(wěn)定，保證提供持續(xù)穩(wěn)定的氣量的性能；安全性是圈閉保持有效性、斷層保持穩(wěn)定性、蓋層保持完整性，保證天然氣無遷移、無泄露的性能；經(jīng)濟性是指儲集空間體積及其內部結構、流體性質保持穩(wěn)定，保證儲存的天然氣量、可采出的調峰氣量穩(wěn)定無減少的性能。

4 地質體完整性評價技術

我國在役的25座油氣藏型儲氣庫建庫地質體多被斷層復雜化，目前已陸續(xù)達到設計的上限壓力，在今后的注采運行交變應力下，斷層、蓋層、儲層巖石均有發(fā)生疲勞損傷、力學破壞而導致天然氣遷移、泄露的風險，地質體完整性評價應引起高度重視。

4.1 圈閉有效性評價技術

從油氣勘探開發(fā)角度來說，圈閉是適合油氣聚集，形成油氣藏的場所，其中經(jīng)鉆探證實含有油氣的圈閉稱之為有效圈閉。油氣有效圈閉是以是否儲存了工業(yè)性油氣為判據(jù)的，不僅與圈閉落實有關，還與油氣來源是否充足有關。而油氣藏型儲氣庫圈閉有效性是指有效油氣圈閉（油氣藏）作為儲氣目標時，其圈閉埋藏深度、圈閉面積大小是否有利于儲氣庫建設的經(jīng)濟性，圈閉的閉合高度、蓋層、圈閉內及周邊發(fā)育的斷層是否有利于注入天然氣的保存，圈閉的溢出點及溢出壓力對儲存天然氣逸散、遷移是否有影響（圖4）。

在儲氣庫選址、前期評價與可行性研究階段，圈閉有效性評價是必不可少的，主要有3個方面：

1）構造形態(tài)及圈閉特征。利用地震、鉆井、測井、生產(chǎn)動態(tài)、測試資料等精細刻畫構造形態(tài)與斷層發(fā)育與組合關系，對構造類型、埋藏深度、圈閉面積、閉合高度、溢出點深度與壓力等進行評價。

圖4 油氣藏型儲氣庫儲氣地質體示意圖

2）斷層封堵性。對圈閉構造落實的斷層，利用地震解釋成果、鉆井、生產(chǎn)動態(tài)、測試資料等，通過斷層的空間展布、巖性對接關系、流體界面位置、生產(chǎn)過程中壓力變化、干擾試井響應等定性方法以及泥巖涂抹因子（SSF）、泥巖涂抹潛力(CSP)、泥巖斷層泥比（SGR）等定量方法進行斷層側向和縱向封堵性評價。

3）蓋層封蓋性。在儲氣庫蓋層封蓋性評價中除了沿用油氣勘探開發(fā)中常用的通過蓋層的巖性、厚度、穩(wěn)定程度等宏觀評價方法，以及蓋層巖樣的孔隙度、滲透率、擴散系數(shù)和突破壓力等微觀參數(shù)評價方法外，還常常利用水力壓裂獲得的破裂壓力或最小主應力數(shù)值等來定量分析蓋層的封蓋能力。

4.2 蓋層完整性評價技術

蓋層的完整性是指改建儲氣庫的油氣藏具備封蓋能力的蓋層，在多周期交變應力注采運行生命周期內保持完整無破壞，保證儲存的天然氣無泄露，保證儲氣庫安全、經(jīng)濟有效運行要求的程度。

油氣藏蓋層封閉機理主要有毛細管封閉、水力封閉、超壓封閉和烴濃度封閉4種，其中毛細管封閉是最常見和主要的封閉機理。付曉飛等[37]于2018年提出了油氣藏蓋層完整性發(fā)生破壞的5種類型，即潤濕性改變、斷裂破壞作用、亞地震斷層與砂層連通、構造裂隙連通、水力破裂，其中潤濕性改變發(fā)生在油氣開發(fā)導致的地層水進入儲層與蓋層的接觸面，斷裂破壞作用和亞地震斷層與砂層連通均與構造斷裂相關，與儲氣庫交變應力工況有一定差別，針對儲氣庫的運行工況，蓋層完整性發(fā)生破壞主要有兩種類型。

4.2.1 毛細管滲漏

在儲氣庫全生命周期內，由于注采壓力的交互變化，導致交變載荷作用于巖石微觀顆粒上，使顆粒重排，孔喉增大或產(chǎn)生微裂縫，導致毛細管密封能力弱化天然氣滲漏。針對這種現(xiàn)象，項目組在常規(guī)突破壓力機理和測定方法基礎上，提出了蓋層動態(tài)突破壓力的概念，仿真模擬儲氣庫注采運行有效應力變化情況，根據(jù)儲氣庫的服役年限，確定有效應力在蓋層測試巖樣上加卸載次數(shù)，測定突破壓力值定量評價毛細管封閉能力。

4.2.2 力學破壞

當儲氣庫運行的上限壓力大于蓋層的圍壓，或多周期注采的交變壓力導致蓋層巖石超過其疲勞損傷量而產(chǎn)生裂隙，使得油氣藏完整性良好的蓋層密封性失效，或者使油氣藏蓋層中含有的彼此孤立不連通的微裂縫相互溝通而形成微滲通道。其評價方法有3種：

1）利用多周期交變載荷疲勞損傷實驗測定其損傷量，以式（1）來評價；或利用累積塑性應變作為儲氣庫蓋層疲勞破壞的臨界指標，一般將累積塑性應變量1%作為評價指標，小于1%為安全。反之，存在著一定的風險。即

2）利用小型水力壓裂獲得較為準確的最小水平主應力，以式（2）來評價：

3）數(shù)值模擬預測方法。在儲氣地質體精細地質研究基礎上，利用室內巖石力學實驗技術獲得蓋層巖石力學參數(shù)以及現(xiàn)場小型水力壓裂測試獲得地應力參數(shù)，建立巖石力學模型，通過地質力學耦合數(shù)值模擬地層壓力分布預測蓋層多周期注采工況下地應力場，利用安全指數(shù)（SF）定量評價蓋層發(fā)生破壞的風險程度來評價蓋層的完整性。即

4.3 斷層穩(wěn)定性評價技術

斷層穩(wěn)定性是指用來改建儲氣庫油氣藏儲氣地質體中包含的具備封堵能力的斷層，在多周期交變應力注采運行生命周期內，保持封堵狀態(tài)不被激活或失穩(wěn)滑動導致天然氣遷移或泄露，保證儲氣庫安全、經(jīng)濟有效運行的程度。

儲氣庫注采過程中注氣、采氣壓力的變化，使得地層承載的有效應力在高值與低值之間交互變化，當作用在斷層面上的剪切力大于有效正應力與摩擦系數(shù)之積時，斷層將產(chǎn)生微細裂縫發(fā)生側向和縱向滲流，隨著裂縫的密度逐漸增大，直至互相連通后斷層發(fā)生活化，儲氣庫中的天然氣將會通過斷層發(fā)生側向或縱向遷移。

地質歷史時期形成的斷層機理復雜，相似試驗模型制作和仿真地應力建立等方面還在攻關研究階段，現(xiàn)階段主要通過地質力學數(shù)值模擬形式進行斷層穩(wěn)定性評價。與蓋層數(shù)值模擬一樣，建立三維巖石力學參數(shù)模型和地應力場分布，加載地層孔隙壓力場，通過地質力學—滲流雙向耦合數(shù)值模擬預測多周期注采工況下斷層兩側地應力場變化，利用斷層面各點處的疲勞損傷累計應變量值評價斷層穩(wěn)定性。

4.4 儲層穩(wěn)定性評價技術

儲層穩(wěn)定性是指用來改建儲氣庫油氣藏的儲層，在多周期交變應力注采運行生命周期內保持儲層結構與滲流性能穩(wěn)定不被破壞，保證持續(xù)穩(wěn)定提供氣量，滿足運行對注采氣量要求的程度。儲層穩(wěn)定性遭受破壞主要表現(xiàn)為采氣過程中出砂。

儲層出砂通常是由于井底附近的巖層結構遭受破壞引起的，對于儲氣庫來講與油氣藏開采過程的出砂機理基本相似，主要有剪切和拉張破壞兩種機理：

1）剪切破壞。當儲氣庫處于低壓運行時，孔隙流體壓力降低，導致儲層有效應力增大，引起井壁處的應力集中。當剪應力值超過巖石的抗剪切強度時，骨架顆粒間的穩(wěn)定狀態(tài)被打破，將發(fā)生顆粒錯動而形成大量的微破裂面，巖石強度降低，顆粒從巖石骨架上脫落，被高速采出天然氣帶至井筒附近而出砂。

2）拉張破壞。在儲氣庫高速注采過程中，在生產(chǎn)壓差的作用下，天然氣由儲層滲流至井筒，在流動過程中會與地層顆粒產(chǎn)生摩擦，流速越大，摩擦力越大，施加在巖石顆粒表面的拖曳力越大，當此力超過巖石的抗拉強度時，巖石發(fā)生拉伸剝離破壞而出砂。

在儲氣庫采氣階段，剪切和拉伸兩種機理將可能同時發(fā)生且相互作用，受剪切破壞的儲層對流體的拖曳力更加敏感。

我國在役的25座氣藏型儲氣庫中18座為砂巖儲層，孔隙度介于15%～26%，氣藏開發(fā)過程中未見出砂現(xiàn)象，但在儲氣庫高速注采交變應力的作用下，增加了出砂的風險。

以力學實驗為基礎，以儲氣庫運行的上限、下限壓力計算儲層的有效應力作為加載的圍壓。根據(jù)儲氣庫使用壽命確定加卸載的次數(shù)，同時考慮氣庫不同區(qū)帶含水率的情況開展仿真模擬實驗，確定不同條件下儲層巖樣的力學參數(shù)，揭示地層圍壓、含水飽和度，抗壓強度和臨界出砂壓差相互關系；然后以三維地質模型為基礎，建立近井筒儲層精細巖石力學模型，考慮地應力、注采壓差、含水率等的影響，利用有限元數(shù)值模擬方法預測臨界出砂壓差評價儲層穩(wěn)定性，為儲氣庫注采運行指標設計提供依據(jù)。

5 應用實例

新疆呼圖壁儲氣庫是由巖性構造控制、帶邊底水的中孔中滲砂巖貧凝析氣藏改建而成。建庫層位古近系紫泥泉子組二段（紫二段），巖性主要為細砂巖、不等粒砂巖和粉砂巖，氣層平均孔隙度為 20.9%，有效滲透率為 62.49 mD，原始地層壓力 33.96 MPa，設計庫容量 107.0×108m3、工作氣量 45.1×108m3[35]。

5.1 圈閉有效性評價

呼圖壁儲氣構造為一近東西向展布的長軸斷背斜，高點埋藏深度3 470 m，圈閉面積28.6 km2，閉合線深度3 650 m，南部呼圖壁斷裂將背斜切割為上、下盤兩個斷背斜。在下盤斷背斜中，發(fā)育呼圖壁北斷裂和呼001井北斷裂兩條逆斷裂（圖5）。通過構造與斷層的精細刻畫、分析斷層展布規(guī)律與兩側巖性對接與生產(chǎn)測試（圖6）資料認為呼圖壁北斷裂和呼001井北斷裂側向不封堵、縱向上是封堵的。呼圖壁斷裂側向是封堵性，縱向上在氣藏開發(fā)初始狀態(tài)是封堵的。直接蓋層為紫二段頂部6～10 m厚的一套泥巖，雖厚度較薄，但穩(wěn)定分布，從實驗樣品的微觀參數(shù)來看物性差、孔徑與孔喉小、排驅壓力高、突破壓力較大，可封閉的氣柱高度大于200 m，大于圈閉閉合高度180 m和氣柱高度80 m。加之紫三段厚度約180 m的泥巖與湖相—半深湖相沉積的、全區(qū)穩(wěn)定分布、厚度大于800 m的安集海河組地層，形成了理想的有效蓋層（圖6）?？傮w來看，呼圖壁儲氣庫圈閉構造相對簡單，埋藏偏深，圈閉面積較大，閉合高度適中，蓋層封蓋性好、呼圖壁斷層斷穿上覆區(qū)域蓋層，儲氣庫運行過程中需加強監(jiān)測，溢出點壓力為36.5 MPa。

圖5 呼圖壁儲氣庫構造及井位部署圖

圖6 呼圖壁氣藏斷層剖面圖

5.2 蓋層完整性評價

利用交變應力下突破壓力實驗技術，將注采過程的有效應力作為圍壓，通過加卸載方式測定蓋層突破壓力由6.16 MPa降至5.12 MPa，降幅15%，從數(shù)值及降幅幅度來看，對蓋層的封蓋性影響有限。

利用多周期交變載荷疲勞損傷實驗技術，通過50個周期交變疲勞損傷實驗發(fā)現(xiàn)，實驗巖樣表現(xiàn)為“初期塑性壓實、后期彈性循環(huán)”變形，平均累積塑性應變介于0.09%～0.21%，平均為0.14%，低于1%的疲勞破壞臨界值。

利用室內實驗與測井解釋確定的巖石力學參數(shù)建立蓋層三維巖石力學模型、利用現(xiàn)場測試與測井資料確定的地應力參數(shù)建立三維地應力模型。在常規(guī)孔隙度—滲透率—飽和度三維地質模型基礎上，擬合氣田開發(fā)與儲氣庫運行歷史，獲得不同時間點的地層壓力分布場，并根據(jù)儲氣庫設計18～50 MPa運行壓力預測至50年的地層壓力場變化。將三維巖石力學模型、三維地應力場與地層壓力場耦合預測不同時間點蓋層安全指數(shù)（SF），得到儲氣庫運行50年安全指數(shù)介于0.32～0.52，最大值0.52，小于1，安全程度較高。

5.3 斷層穩(wěn)定性評價

呼圖壁斷層穩(wěn)定性評價主要利用數(shù)值模擬方法，與蓋層完整性評價一樣根據(jù)呼圖壁實際注采工況和設計運行壓力，開展三維動態(tài)地質力學數(shù)值模擬50周期以設計18～34 MPa運行，最大累計應變量為0.04%，遠遠低于1%的疲勞破壞臨界值，說明斷層穩(wěn)定性極好。

5.4 儲層穩(wěn)定性評價

通過41塊儲層巖樣不同條件（含水、圍壓、交變）巖石力學出砂模擬實驗發(fā)現(xiàn)，圍壓由10 MPa增至45 MPa，抗壓強度由55.9 MPa增至143.9 MPa，其關系可由式（4）表示。當巖樣的含水飽和度由0增至30%時，抗壓強度由7.2 MPa降至5.0 MPa，其關系可由式（5）表示。即

以三維地質模型為基礎，建立近井筒儲層精細巖石力學模型，利用圍壓、含水飽和度，抗壓強度相關關系，模擬儲氣庫注采交變載荷，以出砂臨界等效塑性應變5‰為約束，得到出砂壓差為5.8 MPa，說明要保持儲層的穩(wěn)定性，應控制儲氣庫的采氣期生產(chǎn)壓差小于5.8 MPa。

6 結論

1）儲氣庫地質體完整性是指在儲氣庫運行過程中，儲氣地質體各組成部分能夠滿足運行要求，安全經(jīng)濟地完成季節(jié)與應急調峰任務的各項性能指標的完整程度。其內涵是在儲氣庫運行生命周期內，地質體的儲層、以及蓋層、斷層和圈閉可以為用戶持續(xù)穩(wěn)定提供氣量，并保證儲氣庫安全運行，其核心是在儲氣庫運行生命周期內保持天然氣存儲的可靠性、安全性和經(jīng)濟性的程度。

2）在儲氣庫選址、前期評價與建設可行性研究階段，圈閉有效性評價是必不可少的。利用地震、鉆井、測井、生產(chǎn)動態(tài)、測試資料等，通過對儲氣構造形態(tài)與斷層精細刻畫，結合斷層側向和縱向封堵性定性與定量分析以及蓋層宏觀分布統(tǒng)計、微觀參數(shù)室內測定和水力壓裂現(xiàn)場測試等手段，利用圈閉埋藏深度、圈閉面積、閉合高度、斷層與蓋層的密封性能、溢出點與溢出壓力等評價儲氣圈閉的有效性。

3）針對毛細管封閉失效和力學破壞兩種機理，利用蓋層交變應力下突破壓力實驗獲得突破壓力值、多周期交變載荷疲勞損傷實驗測定巖石損傷量，小型水力壓裂獲得準確的最小水平主應力，以及地質力學耦合數(shù)值模擬預測安全指數(shù)定量評價等4種方法評價蓋層的完整性。

4）針對力學破壞是儲氣庫交變應力斷層失穩(wěn)的主要原因，在獲得巖石力學和地應力參數(shù)基礎上，建立地質力學模型，采用地質力學—滲流雙向耦合數(shù)值模擬方法預測斷層面各點處的疲勞損傷累計應變量來評價斷層穩(wěn)定性。

5）利用巖石力學實驗技術，模擬儲氣庫運行有效應力，通過多周期加卸載獲得不同條件下儲層的力學參數(shù)，建立地質力學模型，利用有限元數(shù)值模擬技術，預測出砂壓差評價儲層穩(wěn)定性。

6）應用集圈閉有效性、蓋層完整性、斷層穩(wěn)定性、儲層穩(wěn)定性為一體的油氣藏型儲氣庫地質完整性評價技術，對呼圖壁儲氣庫評價發(fā)現(xiàn)，圈閉溢出點壓力36.5 MPa，設計運行壓力區(qū)間內50年的蓋層安全指數(shù)最大值為0.52、斷層最大累計應變量為0.04%，說明呼圖壁儲氣庫還有提高上限壓力擴大調峰氣量的潛力。

油氣藏型儲氣庫地質體完整性評價技術體系的建立，彌補了儲氣庫地質完整性的欠缺，健全了完整性評價技術系列，對油氣藏型儲氣庫長期安全有效運行，以及提高運行上限壓力增強調峰能力具有一定的指導意義和廣泛的應用價值。