引言

地下储气库是利用适于储气的地下构造,如枯竭油气田、含水层、岩盐洞穴和废煤矿，以解决天然气供销不平衡而建设的一种地下储气设施^[1-2]。地下储气库最主要的作用是保障调峰需要，以及各类事故应急和国家能源战略储备，具有储气量大、经济合理、安全系数大的特点^[3]。

地下储气库建设的主要包括以下几个方面：(1) 储气库的规划与设计：首先在经济性原则前提下，根据用户性质、数量等因素，确定所需的调峰量，再根据地质、地理位置、经济等因素，选择相应的储气库类型，确定基本地质参数和建库参数，其中库址选型要素包括储气规模、深度、气密性、构造物性等；(2) 站场工艺及设备；(3) 储气库的建造；(4) 储气库建设技术的研究与发展趋势：寻找适于建库地质体的四维地震勘探技术、使用大井眼井和水平井技术来提高单井调峰气量、用惰性气体代替天然气作储气库垫层气、建设生产效率高且可靠性好的气井等，同时重视环境保护等^[4-7]。

因此，在地下储气库建设中，盖层的密封性、储层的品质与展布及污水回注层选择等问题都是困扰储气库建设及将来运行的关键问题^[8-9]。如何解决这些问题？井筒测井信息连续、精确、丰富的特点，为解决上述问题提供了资料保障。

本文针对H储气库的地质特征，基于测井信息，结合地质、取芯分析资料，重点探讨盖层的密封性、储层的品质与展布及污水回注层选择评价。

1 盖层密封性评价

构造圈闭简单、圈闭落实程度高、密闭性好是建库的必要地质条件，上覆盖层具有良好的密封作用，才能使气体不会沿垂直方向泄漏或侧向运移逸散^{[6, 10]}。并且在地下储气库建设和运行时，要求在较短时间内反复强注强采、为增大库容和提高单井产能，会增加气库上限压力，这对盖层密封条件也提出更高的要求^[11-12]。同时，盖层及储层物性的深入研究是关系到储气库指标设计的重要参数^[13-14]。

1.1 盖层密闭机理

根据盖层阻止油气运移的方式，盖层的封闭机理可分为3种类型：物性封闭、异常压力封闭和烃浓度封闭。对于地下储气库来讲，其封闭类型一般是物性封闭。

物性封闭是指靠盖层岩石的毛管压力对油气运移的阻止作用。因此，也可以称为毛细管压力封闭。毛细管压力与孔喉半径、烃类性质、介质温度条件有关。

$p_{\rm c}=\dfrac{2\sigma \cos \theta}{r} $

(1)

式中：$p_{\rm c}$—毛细管压力，MPa；r—岩石孔喉半径，cm；$\theta$—固液相接触角，(°)；$\sigma$—两相界面张力，N/m。

油气要通过盖层微细孔隙向上运移，必须先驱替其中的水，克服毛细管压力的阻力，才能突破盖层的阻隔。如果驱使油气运移的浮力未能克服该毛细管阻力，则油气就被遮挡在盖层之下。对于盖层岩石来说，其岩石颗粒极细，再加上压实作用，导致岩石孔喉半径、孔隙度、渗透率都非常小，而其所具有的毛细管阻力极大，且随埋深增加盖层岩石的毛细管阻力变得更大，密封性变得更好，从而达到了盖层岩石对油气的密闭作用^[15-16]。显然，盖层的岩性、厚度、分布及埋深是决定盖层密封性的关键因素。

1.2 盖层密闭性评价

盖层密封性评价一般包括宏观密封性评价与微观密封性评价。盖层微观密封性通常是基于岩芯样品实验室分析测试得到的微观参数进行评价；盖层宏观密封性则可以充分利用测井资料连续、精确、丰富的特点开展多角度的评价。本文主要探讨H储气库盖层宏观密封性评价。

盖层宏观密封性评价内容主要包括两个方面，即盖层的厚度与盖层的覆盖程度。

盖层的厚度是盖层密封性的重要指标，不同性质盖层的密封性有一定差异，盖层的厚度没有统一标准。但对同一种岩性的盖层，通常是盖层厚度越大，其密封性越好。

盖层的覆盖程度是指盖层对下伏储层的覆盖范围。只有当储层被严密地置于盖层之下，盖层才具备封闭条件。H储气库上覆一套区域性盖层和一套直接盖层^[17]，因此，盖层密封性宏观评价主要针对这两套盖层。

(1) 区域盖层密封性

区域盖层是指遍布于含油气盆地或凹陷的大部分地区，厚度大、面积广且分布稳定的盖层。

区域盖层的稳定分布是储气库整体封闭条件好的有力保障。根据测井资料分析(表 1)，H地区紫泥泉子组上覆安集海河组，而安集海河组岩性主要为灰色、灰绿色泥岩，属于湖相—半深湖相沉积，厚度一般在800~900 m，分布稳定。显然，安集海河组泥岩在H地区具有岩性好、沉积厚度大、分布稳定、覆盖范围大等特点，是一套密封性非常好、有效的区域性盖层。

(2) 直接盖层密封性

直接盖层是指紧邻储集层之上的封闭岩层。直接盖层是单一型的盖层，它可以是局部盖层，也可以是区域性盖层。

根据测井曲线多井对比分析(图 1)，H气田紫泥泉子组紫三段与紫二段之间有一个较稳定的直接盖层，其质地比较纯，岩性是以泥岩为主，分布较为稳定，从井的钻遇情况来看厚度约在6.84~9.46 m，平均8.03 m(表 2)。该直接盖层厚度虽然不是太厚，但泥岩盖层随着埋深的增加，其压实程度增高，孔隙度、渗透率随之减小，排驱压力增大，其封闭性能也不断增高。该直接盖层的埋深大于3 000 m，并且已经经历了长期的地史时期未遭到破坏，说明其盖层条件及盖层的封闭性是很好的，封闭类型为物性封闭(即毛管压力封闭)。因此，从岩性和厚度的条件上来看，直接盖层条件较好，满足了储气库的要求。

2 储层品质与分布评价

地下储气库对储层的品质要求很高，通常要求是储层分布范围广、稳定、厚度大，储层物性和连通性较好^[5]。取芯分析与测井结合是评价储层品质评价的有效方法，包括评价储层的岩性、物性、厚度及空间分布特征。

2.1 储层岩性评价

综合取芯和测井分析，紫二段岩性划分为5种：中砂岩、细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、泥岩。自然伽马曲线与声波时差曲线交会可以很好地识别岩性(图 2)：中砂岩、细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩声波时差值依次降低，自然伽马值依次增高，表现出的物性依次变差。其中中砂岩、细砂岩、粉砂岩为储层，占83% (图 3)，表明储层非常发育，储层以细砂岩、粉砂岩为主，为储气库储层奠定了岩性基础；泥质粉砂岩、泥岩为非储层，只占17%。显然，紫二段气藏改建储气库其岩性品质良好。

2.2 储层物性、厚度、连通性评价

根据H储气库测井资料精细解释，紫二段分为E$_{1-2}z_2^{1-1}$、E$_{1-2}z_2^{1-2}$、E$_{1-2}z_2^2$等3套砂体。紫二段砂体厚度与储层物性、厚度分析(表 3)及砂体多井对比剖面图(图 4)表明：紫二段砂体与储层厚度大、分布稳定，连通性好，平均孔隙度15.21%，平均渗透率48.07 mD，属中孔中渗储层。即紫二段气藏的物性、厚度、连通性都满足改建储气库条件。

2.3 储层平面分布评价

紫二段砂体整体分布稳定，其中E$_{1-2}z_2^{1-2}$和E$_{1-2}z_2^2$砂体厚度较大，E$_{1-2}z_2^{1-1}$砂体发育稍差。从砂体厚度分布图可知，E$_{1-2}z_2^{1-2}$砂体厚度大，在15~30 m(图 5)。干扰试井和单井压力剖面分析也表明，E$_{1-2}z_2^1$气层平面上连通性较好。其良好的连通性，为储气库强注、强采奠定了基础。

综上所述，H储气库紫二段储层分布范围广、稳定、厚度大，储层物性和连通性较好，为储气库改建提供了良好的储渗条件。

3 污水回注层选择评价

储气库建成运行过程中，会产生大量污水，如何处理这些污水，是储气库改建时必须考虑的问题。储气库运行产生的污水需要回注到上部含水渗透层中，但污水回注层选择必须满足两个条件：一是物性条件好、厚度大；而是不污染第四系地下水层。

污水回注层的选择主要从岩性、物性以及纵横向分布位置3个方面来评价。

紫泥泉子组上部有3套地层：沙湾组、独山子组、安集海河组。由于安集海河组是储气库的区域盖层，首先排除。新近系自下而上分别为沙湾组、塔西河组和独山子组。

独山子组岩性主要为泥岩和泥质粉砂岩，平均厚度1 300.0 m，2001—2005年曾对H003井独山子组不同层段进行射孔、酸化，污水回注，但效果不理想。

沙湾组岩性主要为粉砂岩、不等砾砂岩和粉砂质泥岩，平均厚度298.30 m，其中砂岩平均厚度约138.00 m，物性好的砂岩厚度约54.00 m，分布在沙湾组的中上部，且全区分布稳定，平均孔隙度23.0%，岩性和孔隙度均好于独山子组。通过厚度和物性情况类比，预计沙湾组每口设计污水回注井最大日注水量约70.60 m³，两口污水回注井最大日注水量可达141.20 m³，而方案设计采气周期最大日产水量为111.68 m³，两口污水回注井就可以满足储气库运行时的污水回注需求。

沙湾组上覆地层为塔西河组，全区分布稳定，厚度大，平均厚度为419.15 m，岩性主要为泥岩，夹少量的粉砂质泥岩，是沙湾组防止污水回注上返的有效区域盖层。由于沙湾组与独山子组之间存在419.15 m泥岩层，独山子组进行污水回注未发现污染第四系地下水，因此，在沙湾组进行污水回注不会对第四系地下水造成污染。

4 结论

（1）安集海河组泥岩层厚度大、分布稳定，是良好的区域盖层；E$_{1-2}z^2$顶部直接盖层较厚、分布稳定，且埋深大于3 000 m，封盖性能也增强，密封性好。

（2）紫二段储层的岩性主要为细砂岩和粉砂岩，储层分布范围广、稳定、厚度大，储层物性和连通性较好，为储气库改建提供了良好的储渗空间。

（3）通过岩性、物性以及纵向分布位置3个方面评价，优选沙湾组作为污水回注层。