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1、- 1 -第三章 盖层对各种天然气封闭能力的评价3.1 对游离相天然气封闭评价3.1.1 评价方法1评价参数及公式据前面研究，排替压力为泥质岩盖层毛细管封闭天然气能力（因为储集层的排替压力远小于泥质岩盖层的排替压力，可忽略不计）的重要评价参数，排替压力越大，泥质岩盖层的毛细管封闭能力越强；反之越弱。然而，由于受泥质岩盖层岩石本身非均质性、后期构造运动的改造以及气藏中存在的剩余压力等因素的影响，泥质岩盖层对游离相天然气的毛细管封闭性并非是绝对的，即依靠排替压力绝对封闭天然气的泥质岩盖层是不存在的，只要有压力差存在，天然气或多或少地要通过泥质岩盖层中的某些大孔隙发生渗滤散失。根据达西定律，天然气在
2、压力差(P 1P2)的作用下，在 t 时间内通过面积为 S 的泥质岩盖层的渗滤量为：Q= (3-1)HStPK)(21式中：Q天然气通过泥质岩盖层的渗滤损失量 , 2mK-泥质岩盖层的渗透率， 2mP1-驱使天然气进行渗滤的压力，PaP2-天然气渗滤时受到的阻力，Pa;-天然气流动粘度，past-天然气发生渗滤作用的时间，S.由式 3-1 可以看出，天然气通过泥质岩盖层的渗滤速度为：V= (3-2)HPK)(21为了研究问题的方便，假定对一个盆地或凹陷所有的盖层，施加一个同样大小的压力F，(相当于 P1)，这样天然气通过其渗滤运移，V= (3-3)HfK(1)泥质岩盖层渗透率 K根据天然气穿过
3、泥质岩的渗透率，采用串联法来描述天然气通过泥质岩盖层的渗透率。K= (3-4)msR式中：k-泥质岩盖层综合渗透率， m3;Rs-砂岩占泥岩盖层厚度的百分比值，小数- 2 -Rm-泥岩占泥岩盖层厚度的百分比值，小数；Km,Ks-泥岩、砂岩夹层渗透率， ；2m松辽盆地砂岩、泥岩的渗透率经验公式：(3-5) 715eKs(3-6)zm0165.4式中：Km,Ks-泥岩、砂岩夹层渗透率， ；2m砂岩孔隙度，小数； Z 泥岩埋深，m松辽盆地砂岩、泥岩孔隙度与埋深之间的关系为：(3-7)z0385.4es(3-8)zm9.7(2) 驱使天然气发生渗滤作用的外力 (F)对滨北地区青一段，嫩一、二段泥岩盖层
4、进行评价时，F 可取盆地最大埋深(4000m)处的泥岩排替压力值。(3-9)zPdm021.6(3-10)ax(3)天然气渗滤时所遇到的阻力(f)天然气在通过泥质岩盖层发生渗滤时，除要受到泥岩层排替压力，还受到砂岩的阻力。根据串联原理：(3-11)dmsdmPRf式中： -泥岩排替压力，Mpa;Z,-泥岩埋深砂泥岩排替压力之间的关系为：= (3-12)dsPdmsmPKr式中： 、 分别为泥岩、砂岩孔喉半径，m;s、 分别为泥岩、砂岩孔隙度，%;s、 分别为泥岩、砂岩渗透率， ；mKs 2m- 3 -(4)天然气粘度( )由孙荣书(1989)的资料整理要以得到 天然气粘度随温度和压力的变化关系
5、为：(3-13)PTP 2854 10.4107.21057.式中： -天然气粘度， ;saP-压力，0.1Mpa;T-温度，.(5) 泥质岩盖层厚度(H)可由钻井求得2评价等级标准表 3-1 游离相天然气速度评价参数等级 等级 好 较好 中等 差速度 sm/1071003.1.2 评价结果分析根据滨北地区 K1qn 各个井位泥岩厚度，由达西定律计算各个井位游离相态天然气在通过泥质岩盖层的速度，作出渗滤速度等值线分布图。如图 3-1，图 3-2 所示。由图 3-1 可以看出，速度高值区主要分布于嫩江阶地、依安凹陷、最高点在讷 6 井可达1000，其次为讷 10 井，由北向南速度逐渐减小，说明封
6、盖逐渐变化。低值区主要分布在三兴背斜带，克山依龙背斜带，富参 1-兴 1-乌 1 封闭最好。黑鱼泡凹陷和明水阶地也为速度低值区。典型井位有霍 1-李 3-鱼 13-喇 2 井。由图 3-2 可以分析，速度低值区主要分布于三兴背斜带，克山依龙背斜带，乾元构造带。速度向西部斜坡和海伦隆起带逐渐增大。齐 1-海参 1-霍 1-李 3-鱼 13-喇 2 井为封闭较好 井位。根据计算的渗滤速度，把它们分为四个评价等级，如表 3-1。把速度100 封闭为差，然后根据做出速度等值线图，按照表 3-1 进行盖层封闭能力的评价可得到综合评价图。如图 3-3，图 3-4 分别为滨北地区青山口组和嫩江组一、二段泥质
7、岩盖层对游离相态天然气封闭综合评价图。由图 3-3 可以看出，全区封闭差的区域占一半以上，分布区域有依安凹陷，乌裕尔凹陷、绥化凹陷。包括讷 6-讷 10-河 1-北参 1-拜 4-莲 1 等封闭差井点，西部斜坡区，乌裕尔凹陷、黑鱼泡凹陷、明水阶地为封闭中等区域，达深 1 井为封闭较好。由图 3-4 可以看出，全区封闭好的区域主要分布中央凹陷区，即克山-依安-拜泉-明水-林甸-齐齐哈尔-大庆一带。封闭好的井位有通 1-宝 1-兴 1-依 1-齐 1-林 1-双 2-双 3-鱼13-鱼 1 井。绥化凹陷、庆安隆起带-呼兰隆起带，西部斜坡区为封闭好的区域。- 4 -图 3-1 滨北地区游离相态天然气
8、通过 K1qn 泥质岩盖层渗透速度分布图图 3-2 滨北地区游离相天然气通过 K1n1+2泥质岩盖层渗透速度分布图- 5 -图 3-3 滨北地区 K1qn 泥质岩盖层对游离相态天然气封闭综合评价图图 3-4 滨北地区 K1n1+2泥质岩盖层对游离相态天然气封闭综合评价图- 6 -3.2 对水溶相天然气封闭能力评价3.2.1 评价方法1评价公式及参数由上可知，泥质岩盖层对水溶相天然气的封闭能力的强弱主要取决于其内吸附能力的大小，而吸附阻力大小由于受岩石孔隙结构、粘土矿物成分及含量和压实成岩程度等多种因素的影响，目前研究水平难以给出确切大小和准确的表达。由葛家理(1982)研究可知，岩石的吸附能力
9、主要与其渗透性和厚度大小有关，即厚度越大，渗透率越低，岩石吸附阻力越强；相反，厚度越小，渗透率越高，岩石的吸附阻力越弱。然而，由于受泥质岩盖层非均质性的影响，其内往往存在各种微渗漏空间，如层理、溶孔溶洞和微型孔隙等，它们均会成为水溶相天然气通过泥质岩盖层微渗漏空间，故可以说，对水溶相天然气绝对封闭的泥质岩盖层是不存在的，水溶相天然气在压差的作用下或多或少地将通过其发生渗滤运移散失，其渗滤散失的水溶气量可用达西定律(式 3-14)来描述，(3-14)gwgCHtSPKQ式中： -以水溶相渗滤散失的天然气量， ；g 3mK-泥质岩盖层的渗透率， 2-压力差，Pa;PS-水溶相天然气发生渗滤散失的面
10、积， 2t-水溶相天然气发生渗滤散失的时间，S；-天然气在水中的溶解度， ；gC3/m地层水粘度， ;wsPaH-泥质岩盖层厚度，m.由式 3-14 可得水溶相天然气在单位压差下在单位 时间内通过单位面积盖层的渗滤散失速度大小为：(3-15)gwggCHKtSPQV(1)天然气在水中的溶解度( )g由付晓泰有，：(3-16)PbRTKbTKCmpmip 2024.- 7 -式中： ;35.0mi 38266 109.10579.109.16984 tttm TpeK/9.235.1-水合平衡常数 -天然气分子的范德华体积， ；mb mol/1028.435-气体常数 ，R)/(315.8Kmo
11、lJ-压力，PC,，分 别 为 温 度 ，tTa-水分子有效间隙度i-水分子最大间隙度m由异常含气浓度的定义可得，(3-17)nC(2)地层水粘度( )w由 Nelson Js 和 Simmons EC (1995) 整理得，(3-18)wTe2105.237.1式中， -地层水粘度， sPaT-地层温度，(3)泥质岩渗透率( )K(4) (3-19)msR式中：-泥质岩盖层渗透率，K2-砂泥岩渗透率，sm, -砂泥岩占地层厚度的比值，小数 sR(5)泥质岩厚度( )H可由钻井资料得到。2评价等级 如表 3-2 所示- 8 -3.2.2 评价结果和分析根据式 3-14 对滨北地区的 76 口井
12、的水溶相天然气通过青山口组和嫩一、二段泥质岩盖层的渗透速度进行计算可以得到水溶相天然气通过两段地区的渗透速度分布图。如图 3-5，表 3-2 水溶相天然气速度评价等级图 3-6 所示。1由图 3-5 看出，速度低值区(100图 3-5 滨北地区水溶相天然气通过 K1qn 盖层渗透速度分布图- 9 -图 3-6 滨北地区水溶相天然气通过 K1n1+2盖层渗透速度分布图图 3-7滨北地区 K1qn 泥质岩盖层对水溶相天然气封闭综合评价图- 10 -3.3 对扩散相天然气封闭能力评价3.3.1 评价方法1评价公式及参数由上可知，泥质岩盖层浓度封闭作用能力大小除主要取决于泥质岩盖层与下伏地层孔隙水中含
13、气浓度差大小外，还与泥质岩盖层本身岩石扩散系数的大小有关。泥质岩盖层与下伏地层孔隙水中含气浓度差越大，泥质岩盖层本身岩石扩散系数越小，泥质岩盖层的浓度封闭能力越强，天然气的扩散损失量越小；相反，泥质岩盖层的浓度封闭能力越弱，天然气的扩散损失量越大。天然气在浓度差 c-c0（c 为下伏气层孔隙水中天然气浓度，c 0为泥质岩盖层孔隙水中天然气浓度）作用下通过厚度为 H，孔隙面积为 S 的泥质岩盖层 t 时间内的扩散损失量 Q 为Q=D st )c(0（3-20）由式 3-20 可得天然通过泥质岩盖层的扩散速度 Vd（单位时间内通过单位面积的天然气扩散量，m/s）为图 3-8 滨北地区 K1n1+2
14、泥质岩盖层对水溶相天然气封闭综合评价图- 11 -(3-21)HCDStQVd)(0式中 天然气通过泥质岩的扩散速率dV盖层厚度H岩石扩散系数D下伏气层孔隙水中天然气浓度C泥质岩盖层孔隙水中的含气浓度0(1)泥质岩盖层孔隙水中的天然气浓度（ ）0C由式 316 计算可得(2) 施加天然气浓度（ ）此浓度实际计算应取地层条件下孔隙水中最大溶量，即（3-22）),(minaxmaxkXTPfC一般埋深取 500m，压力系数为 1.80，由式 316 可计算等到。(3) 天然气扩散系数（D）天然气穿过泥质岩盖层扩散速度除了与泥质岩，砂岩本身的扩散系数有关外，还与泥岩砂岩的相对发育程度有关。因此采用综合扩散系数来描述扩散速率：（3-23）smsDR式中： 泥岩砂岩的扩散系数，s sm/2泥岩、砂岩占泥质岩盖层厚度的比值，小数ms,（3-24）1220)356.10947.( D其中， 孔隙度，%(3-25)mss(4) 泥质岩盖层厚度 H可由钻井资料得到2评价等级根据天然气在通过泥质岩盖层渗滤运移的速度的大小，可以对盖层封闭性的好差进行评价，也就是速度越大，封闭性就越差，速度越小，封闭性就越好。由式 3-21 计算可得到天然气渗滤运移的速率的大小，将它们分成四个等级，数量级提取为 ，
