孔隙型地下储气库圈闭完整性评价

天然气是保障国民经济稳定发展、人民生活水平提高、环境条件改善的重要绿色能源。消费的季节性、区域性、不均衡性，长输管线供应能力受限，导致天然气供应与调峰的矛盾，促使天然气储备的发展迫在眉睫。地下储气库是天然气产业链的关键环节和管道输送系统的重要组成部分，在调整能源结构、优化天然气使用、调节供需平衡、储备战略资源、实现稳定供应等功能方面，具有重要作用。

地下储气库建设是一项资金、技术密集型系统工程，具有建设周期长、技术难点多、安全要求高的特点，必须具备“注得进、存得住、采得出” 以及短期高产、高低压往复注采、长期使用、可监控的功能，在研究重点、研究方法和设计技术方面都有特殊之处。

纵观国外储气库建设历史过程，一般经历初期、快速和平稳发展三个阶段。我国储气库建设经过多年努力，刚刚进入快速发展初期，调峰保供作用已经凸显。2020 年，国内气藏改建地下储气库技术已基本成熟，已有20 余座储气库成功运行，实践证明现有储气库库址选择合理，建库过程中各种工程技术得到了应用，并形成了部分特色技术，但在储气库监测、储气库安全管理等方面还存在不足之处。

▲ 储气库可能泄漏通道示意图

天然气潜在的逃逸路径: ①如果天然气能突破盖层毛细管的吸附压力，那么可以通过盖层的孔隙系统逃逸；②通过盖层中断层和裂缝通道系统逃逸；③通过人为因素， 如对废弃井或现有钻井的不封闭处理进行逃逸；④通过储层与周围岩层的水文动力系统进行逃逸， 逃逸方式有侧向泄漏(断层、跨越水力圈闭、溢出点)、通过盖层散失 (扩散、裂隙) 和通过井筒泄漏(封井泥浆、井壁腐蚀) 等(江怀友等， 2008)

我国储气库建设起步较晚，基础理论薄弱、技术标准体系不完善，建库运行面临一系列重大技术难题。枯竭油藏改建地下储气库技术正在摸索之中，技术发展亟待完善。含水层型储气库方面的研究刚开始起步，急需继续深入，水层目标也在筛选之中。今后一个时期，我国储气库建设任务艰巨，主要表现在建库技术的不完善和建库目标资源的缺乏与市场需求之间的矛盾，这种矛盾给中国地下储气库建设带来以下挑战：

• 中国东部地质条件复杂，利用复杂储层油藏改建储气库的经验尚不成熟，改建地下储气库难度大，如何针对东部复杂断块油气藏改建地下储气库是面临的技术挑战之一。

• 中国东部南部气藏少，没有足够的气田用于建库，建库地质目标资源匮乏，而东部南部地区是天然气主要消费区。

• 南方中小型盆地储-盖组合复杂，使含水层型储气库建设面临很大困难，低幅度小构造水层建库技术面临挑战，油气勘探中对水层构造研究不深入，给水层构造的研究带来许多困难，增加了勘探的难度，延长了建库周期。

在地下储气库的几个类型中，国内仅在枯竭气藏型和盐穴两类储气库方面基本形成了相应的建库技术(涵盖选址评价、建库方案设计、钻采工程、地面工程、完整性评价五大配套技术系列)，在含水层储气库方面尚无先例，而在储气库新领域和新功能方面，压气蓄能、CO埋存等处于探索阶段。

▲ 含水层型储气库基本结构示意图

地下储气库建设条件苛刻，需要圈闭具有良好的封闭性和较高的注采能力，对圈闭构造、盖层封闭性、储层物性等提出了较高要求，储气库圈闭完整性评价贯穿了储气库的选址评价、建库方案设计、注采运行优化乃至废弃等全生命周期。储气库大吞大吐的特殊的运行方式、国内相对复杂的建库地质条件，加之库址筛选阶段机理认识不清，给储气库建造带来巨大挑战。

《孔隙型地下储气库圈闭完整性评价》（贾善坡，付晓飞，王建军著. 北京:科学出版社，2020.6）一书是作者近年来在孔隙型地下储气库研究方面的成果总结。针对上述问题，本书以孔隙型地下储气库圈闭完整性为研究目标，对储气库选址评价体系、盖层岩石力学及封闭性、储层质量、断层封堵性、井筒完整性及圈闭地质力学多场耦合效应等问题进行了基础性研究，建立了定量评价储气库圈闭完整性评价体系。

▲ 含水层型储气库断层封闭性综合评价指标体系

本书分为8 章。

• 第1 章详细阐述了地下储气库发展概况、圈闭完整性研究现状以及储气库建设发展趋势;

• 第2 章系统分析了圈闭、储层、盖层、断层等不同地质参数对孔隙型储气库的影响，选取了库址筛选评价指标，对照国外建设含水层储气库的成功经验，建立了储气库圈闭目标优选的多层次、多指标综合评价体系;

• 第3 章对储气库盖层力学影响因素进行详细分类，在室内岩石力学试验的基础上，提出了各评价指标的等级划分标准，建立了基于岩石力学特征的泥岩盖层脆性评价模型;

• 第4 章研究了盖层在不同静水压力、加卸载条件下的渗透特性，建立了盖层排替压力预测模型，结合盖层岩石室内细观结构测试和物性参数试验，构建了储气库盖层质量评价模型;

• 第5 章开展了储层岩石室内试验和现场试验，选取储气能力、注采气能力、储层岩石力学、储层敏感性四个关键因素，构建了储气库储层评价模型和分类评价标准;

• 第6 章研究了储气库断层封闭性机理，根据地震、测井和试井等现场测试资料，从断层岩性、断层环境条件、断层力学因素、断层产状等方面建立了储气库断层封闭性评价模型;

• 第7 章对已建储气库管柱适用性进行了评价，通过室内试验和现场监测结果，建立了储气库井筒完整性评价方法;

• 第8 章从地质力学角度探讨了天然气注采对储气库圈闭稳定性的影响，提出了储气库圈闭完整性评价准则，建立了储气库圈闭多物理场耦合模型，形成了圈闭完整性数值模拟的评价思路和方法。

地下储气库建设并非是一劳永逸的工程，因涉及注和采、强度大、频率高、长期运行，故储气库圈闭评价贯穿于储气库运行的始终，圈闭完整性动态评价还有待继续深入研究。

储气库圈闭完整性评价准则

储气库完整性是指储气库在运行期间天然气不泄漏， 圈闭完整性评价的基本准则是储气库在工作压力作用下不增加盖层的渗透性， 若储气库圈闭内含有断层， 还应考虑断层的密封性(张森琦等， 2010；刁玉杰等， 2011)。储气库圈闭的完整性评价主要考虑盖层损伤准则、断层活动准则、水力压裂准则以及井筒完整性准则。

▲ 流体沿裂缝面的流动示意图

本文摘编自《孔隙型地下储气库圈闭完整性评价》（贾善坡，付晓飞，王建军著. 北京:科学出版社，2020.6）一书“前言”“1 绪论”，有删减修改，标题为编者所加。

ISBN 978-7-03-064200-4

责任编辑: 张井飞 韩 鹏 姜德君

本书系统介绍了作者近年来在孔隙型地下储气库(含水层型储气库、枯竭油气藏型储气库) 圈闭完整性评价方面取得的学术成果本书综合本领域相关研究成果和全球现有储气库资料，初步构建孔隙型地下储气库选址评价体系，采用室内试验、理论建模、数值分析和现场应用相结合的方法，紧紧围绕孔隙型储气库盖层力学特性、封气能力、储层质量、断层封闭性、圈闭完整性与地质力学稳定性等关键科学问题开展细致的研究。

本书可供从事地下储气库工程、压缩空气含水层储能、CO 咸水层地质封存、废液深井回注、特殊地下空间工程等研究领域的工程技术人员参考，也可作为地质工程、油气储运工程、岩土与地下工程、石油工程等专业的科技工作者、高等院校师生的参考书。

（本文编辑：刘四旦）

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