河南省油氣藏二氧化碳地質(zhì)儲存研究

■高雪梅謝山立梁坤祥楊振京

（1河南省地質(zhì)環(huán)境規(guī)劃設(shè)計院有限公司 河南鄭州 450007；2河南省地礦建設(shè)工程（集團(tuán)）有限公司 河南鄭州 450007；3中國地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所 河北石家莊050061）

河南省油氣藏二氧化碳地質(zhì)儲存研究

■高雪梅1謝山立2梁坤祥2楊振京3

（1河南省地質(zhì)環(huán)境規(guī)劃設(shè)計院有限公司 河南鄭州 450007；2河南省地礦建設(shè)工程（集團(tuán)）有限公司 河南鄭州 450007；3中國地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所 河北石家莊050061）

通過對河南省油氣田相關(guān)地質(zhì)資料的收集、分析，從CO2存儲空間、儲層特征、埋藏條件、蓋層及圈閉特征等方面研究分析了河南省典型油氣藏CO2地質(zhì)儲存的適宜性。研究認(rèn)為，南襄盆地、東濮凹陷及周口坳陷新生界古近系儲層物性良好，儲蓋組合配套好，圈閉發(fā)育，具備CO2地質(zhì)儲存的有利地質(zhì)條件，適宜CO2儲存。根據(jù)南襄盆地、東濮凹陷油氣資源總量估算出可儲存CO2總量分別為1025 Mt、2544 Mt。結(jié)果表明，河南省油氣藏具備CO2地質(zhì)儲存的有利地質(zhì)條件，適宜CO2儲存，CO2儲存前景廣闊。

油氣藏CO2地質(zhì)儲存盆地CCS技術(shù)

1 概述

CO2捕獲與儲存（CCS）技術(shù)是未來大規(guī)模實現(xiàn)CO2減排的重要潛在手段之一。國際組織和歐美等發(fā)達(dá)國家非常重視CO2地質(zhì)儲存技術(shù)研究，尤其是發(fā)達(dá)國家已經(jīng)把CO2地質(zhì)儲存調(diào)查評價作為當(dāng)前地學(xué)研究的重點領(lǐng)域。與國際較為先進(jìn)的CO2捕集和封存技術(shù)相比，中國的CO2捕集和封存技術(shù)還處于研發(fā)和示范階段，但是近年來中國在CCS的研究上做了很多的工作，并取得了重大進(jìn)展。

河南省是資源大省，也是資源消耗大省，總能源消費(fèi)總量在全國各省排名靠前，總排放量和增長率都明顯偏高，CO2減排壓力大，探索研究降低空氣中的CO2技術(shù)意義重大。河南省油氣資源豐富，分布面積廣，積極探索以油氣藏為儲存介質(zhì)的CO2地質(zhì)儲存技術(shù)對于降低CO2濃度具有重要的意義。

2 CCS技術(shù)

CO2捕獲與儲存（CCS）技術(shù)的雛形源于20世紀(jì)70年代美國用CO2進(jìn)行驅(qū)油來提高石油采收率（EOR）的技術(shù)。經(jīng)過近40年的研究，逐步發(fā)展成為氣候變化背景下減排溫室氣體的重要技術(shù)手段之一。

CO2地質(zhì)儲存的機(jī)理是將CO2儲存在地表800m深度之下，且該深度之下應(yīng)滿足溫度高于31.1℃、壓力高于7.38MPa，使注入儲層的CO2進(jìn)入超臨界狀態(tài)。在超臨界狀態(tài)CO2的密度是水密度的60%～80%，儲存CO2的空間大大縮小，同時具有較好的流動性、擴(kuò)散性和較大的溶解能力，進(jìn)而在儲層上覆蓋層以及圈閉構(gòu)造的密封下，實現(xiàn)CO2地質(zhì)儲存[1]。其儲存介質(zhì)類型主要有沉積盆地內(nèi)的深部咸水層、開采中或已枯竭的油氣藏、因技術(shù)或經(jīng)濟(jì)原因而棄采的煤層、以及開采過的大洞穴、鹽巖溶腔和廢棄的礦藏等。

3 河南省油氣藏地質(zhì)特征及CO2地質(zhì)儲存適宜性分析

河南省中新生代陸相沉積盆地如南襄盆地、東濮凹陷、周口坳陷等發(fā)育多套生油層系，這些發(fā)育生油層系的凹陷具有發(fā)生早、結(jié)束晚、長期穩(wěn)定沉降、封閉性好并且有多層結(jié)構(gòu)等特點，且古近系厚度大，并發(fā)育了2～3套由數(shù)十～數(shù)百米的巖鹽、石膏層，儲、蓋組合配套好，圈閉非常發(fā)育，具備CO2儲存的有利地質(zhì)條件。

下面以河南省典型油氣藏為例通過對其地質(zhì)條件的分析，評價其CO2地質(zhì)儲存的適宜性。

3.1 南襄盆地油氣藏

南襄盆地為中、新生代陸相山間斷陷盆地，其中南陽凹陷面積3600km2，泌陽凹陷面積1000 km2[3]，主要為新生代沉積，自下而上為古近系古新統(tǒng)的大倉房組，古近系始新統(tǒng)的玉皇頂組，古近系漸新統(tǒng)的核桃園組、廖莊組，新近系中新統(tǒng)的平原組+上寺組與其下的廖莊組呈不整合接觸。

南襄盆地平面分布圖

3.1.1 儲層特征

儲層是否適宜CO2儲存，跟儲層的埋藏深度、孔隙度及滲透性直接相關(guān)。

古近系漸新統(tǒng)核桃園組是漸新世湖盆穩(wěn)定沉積階段的產(chǎn)物，以較深湖相灰色泥巖、砂巖為主，為主要的產(chǎn)油層。南陽凹陷核桃園組砂巖分選性比較好，以細(xì)、中砂巖為主，孔隙度一般為20～29%，滲透率0.2～0.5μm2，最高3.881μm2[2]。泌陽凹陷核桃園組砂巖如雙河水下扇，孔隙度16～23%，滲透率0.05～0.90μm2；下二門油田砂巖孔隙度為4.5～31.0%，滲透率為0.40～1.53μm2[4]。根據(jù)以上數(shù)據(jù)結(jié)合有關(guān)文獻(xiàn)[1]判斷，南襄盆地核桃園組砂巖孔隙度為好～很好，儲層物性分類為中孔中滲，局部高孔高滲，屬中等～好儲集巖。核桃園組油層砂巖埋深800～2800m[2]，砂巖最大厚度在泌陽凹陷為1500m，在南陽凹陷為600m，物性良好，是CO2儲存的良好儲層。

3.1.2 蓋層特征

CO2地質(zhì)儲存需要有利的蓋層，蓋層側(cè)向(橫向)延伸要長，要分布穩(wěn)定，影響蓋層封閉性的因素有：蓋層的巖性、蓋層厚度和分布，一般來說，蓋層越致密、完整、厚度大，封閉性能就越好。常見的蓋層有泥巖、鹽巖和石膏等。

南襄盆地的核桃園組以泥巖、砂巖為主，夾白云巖，形成了較好的泥巖、砂巖互層；局部地區(qū)夾石膏巖鹽層。泥巖最大厚度約

1800m，為良好的蓋層，且上覆廖莊組泥巖可作為區(qū)域性蓋層，蓋層條件良好。

3.1.3 圈閉特征

盆地內(nèi)二級構(gòu)造、局部構(gòu)造及其它圈閉類型為CO2的存儲提供了圈閉條件。南陽凹陷圈閉類型以斷鼻、斷塊為主，背斜構(gòu)造被斷層切割為若干斷塊、斷鼻。泌陽凹陷以構(gòu)造巖性圈閉、地層圈閉為主。圈閉條件良好。

3.1.4 CO2儲存量估算

假設(shè)地下所有最終可采出的油氣的體積都可以被CO2所替換,則油田或氣田中CO2的儲存能力可按下式計算[5]：

式中：VCO2為CO2的儲存能力，Mt；Voil（stp）為最終可以采出的油在標(biāo)準(zhǔn)條件下的體積，106m3；Vgas（stp）為最終可以采出的氣體在標(biāo)準(zhǔn)條件下的體積，109m3；βo為油層體積系數(shù)，無量綱；βg為氣層體積系數(shù)，無量綱；ρCO2為CO2存儲條件下的密度，kg/m3。

南陽、泌陽凹陷石油總資源量為8×108t，石油的標(biāo)準(zhǔn)密度取0.8t/m3（20℃和101.325kpa），β0按該油田的平均值取1.4；南襄盆地CO2地質(zhì)儲存埋深在800～2800m，ρCO2取700 kg/m3[5]，估算得VCO2為980Mt。天然氣總儲量161×108m3；βg按氣田的平均值取0.004；ρCO2取700 kg/m3，估算得VCO2為45.08Mt。該盆地油氣藏CO2總儲存量約為1025 Mt。

綜上所述，南襄盆地儲蓋組合好，圈閉發(fā)育，具備CO2地質(zhì)儲存的有利地質(zhì)條件，適宜CO2地質(zhì)儲存。

3.2 東濮凹陷油氣藏CO2地質(zhì)儲存適宜性評價

東濮凹陷屬于新生代沉降區(qū)，總面積5300km2，河南省內(nèi)的面積約為4000 km2，第四系厚150～200m，新近系厚1300～2300m，古近系厚度超過7000m。該凹陷的主要地層由下而上為:古近系孔店組、沙河街組、東營組，新近系館陶組和明化鎮(zhèn)組。

3.2.1 儲層特征

東濮凹陷生油層主要為沙河街組沙一段、沙二段、沙三段。

沙一段埋深1500～2360m，砂巖物性較好，孔隙度一般為4.5～36.4%，平均值約為21.64%，孔隙度為很好；滲透率為0.1×10-3～4.386μm2，平均值約為0.24μm2[6]，為I類好～非常好的儲集巖。沙二段以濮城油田濮53塊為例：埋藏深度約為2000～2700m，厚度約600m～800m，儲層主要為粉砂巖，孔隙度為15～32%，孔隙度為很好；滲透率多為10×10-3～0.5μm2[7]，屬I類好～非常好的儲集層。沙三段是東濮凹陷主要生油層系，埋藏深度在1700m以下，以文13西塊儲層為例：地層總厚約1000m，巖性為泥巖、粉砂巖，夾膏鹽巖、頁巖、油頁巖、泥巖；孔隙度為15～25%，滲透率主要在5～50×10-3μm2之間，屬中孔中滲儲層，儲集性能較好，為中等儲集巖。沙河街組儲層物性良好，是CO2儲存的良好儲層。

3.2.2 蓋層特征

東濮凹陷區(qū)域性蓋層發(fā)育，在古近系含油氣層段中發(fā)育有多套巨厚的鹽膏層，鹽巖單層厚度一般為0.2-1.0，最厚5-6mm，含鹽層系沉積厚度一般為100～1000m。厚層鹽膏巖和沙二、沙三段區(qū)域性分布的厚層泥巖、頁巖均是CO2地質(zhì)儲存的良好蓋層。

3.2.3 圈閉特征

東濮凹陷構(gòu)造類圈閉主要有背斜、斷鼻、反向斷塊、順向斷塊及墻角斷塊，地層類圈閉主要包括砂巖上傾尖滅、砂巖透鏡體、湖底扇及古潛山等[2]。這些圈閉均為CO2地質(zhì)儲存提供了良好的圈閉條件。

3.2.4 CO2儲存量估算

東濮凹陷石油總資源量為12.37×108t，β0取1.4，ρCO2取700 kg/m3，VCO2約為1515Mt。東濮凹陷天然氣總儲量367512×106m3，βg取0.004，VCO2約為1029Mt。東濮凹陷油氣藏（河南部分）CO2總儲存量約為2544 Mt。

3.3 周口坳陷

周口坳陷是華北地臺南部中生界和新生界陸相沉積坳陷，第三系地層發(fā)育較全。古近系核桃園組為第三系主要的生油層系，主要分布于舞陽、襄城、譚莊凹陷。以舞陽凹陷為例：該凹陷沉積巖厚8000m，古近系厚7000m，核桃園組以鹽湖相沉積為主，巖性主要為泥巖夾砂巖、膏鹽，核二段砂巖物性較好，孔隙度平均值15.8%左右，平均滲透率約為0.364～0.487μm2，以細(xì)砂巖為主[2]。構(gòu)造圈閉面積小、類型多。有上覆的鹽膏層作為蓋層，具備良好的儲層、蓋層、圈閉條件，較適宜CO2地質(zhì)儲存。

中生界下白堊統(tǒng)永豐組為中生界主要的生油層系，主要分布于譚莊一沈丘、新橋凹陷一帶。坳陷內(nèi)大部分地區(qū)永豐組地層埋深超過3500m，不適宜CO2地質(zhì)儲存，少部分區(qū)域永豐組埋藏稍淺，存在適宜CO2地質(zhì)儲存的可能性。

4 結(jié)語

本文通過對已有資料的分析研究，得出南襄盆地、東濮凹陷及周口坳陷油氣藏適宜CO2儲存。

研究認(rèn)為，南襄盆地油氣藏CO2潛在儲層為古近系核桃園組，該組砂巖屬中等～好儲集巖；上覆泥巖為良好的該層，且圈閉條件良好，適宜CO2地質(zhì)儲存。東濮凹陷油氣藏CO2潛在儲層為古近系沙河街組，該組砂巖、粉砂巖屬中等～非常好儲集巖；上覆厚層泥巖、頁巖為良好該層，且圈閉條件良好，適宜CO2地質(zhì)儲存。周口坳陷新生界油氣藏古近系儲層物性良好，儲蓋組合配套好，圈閉發(fā)育，較適宜CO2儲存；中生界油氣藏埋藏較深，少部分區(qū)域埋藏稍淺，存在適宜CO2地質(zhì)儲存的可能性。

根據(jù)南襄盆地、東濮凹陷油氣資源總量估算出可儲存CO2總量分別為1025 Mt、2544 Mt，可見CO2儲存前景廣闊。

[1]張森琦，郭建強(qiáng)，李旭峰等.中國二氧化碳地質(zhì)儲存地質(zhì)基礎(chǔ)及場地地質(zhì)評價[M].北京:地質(zhì)出版社,2011:3-25，216.

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TE34[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2015）-10-116-2

高雪梅（1982～），女，碩士研究生，工程師，研究方向為地質(zhì)工程、地質(zhì)環(huán)境。