白云云， 丁 鑫， 梁 穎， 師洋陽， 李亞梅

（1.榆林學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院，陜西榆林 719000； 2.榆林市能源安全稽查支隊，陜西榆林 719000）

在全球氣候變化的大背景下，CO2減排是當(dāng)今國際社會已經(jīng)達(dá)成共識并為之一直努力的行動目標(biāo).2020年12月12日，習(xí)近平主席在氣候雄心峰會上宣布中國國家自主貢獻(xiàn)一系列“碳中和”新舉措［1］. 基于碳捕集、利用及封存技術(shù)（CCUS）是世界各國普遍認(rèn)可和關(guān)注的減緩溫室氣體排放的重要技術(shù)之一. 根據(jù)國際能源署（IEA）的研究，至2050年CCUS技術(shù)將承擔(dān)全球19%的減排任務(wù)，為減排份額中最大的單體技術(shù)，理論與實踐表明，CCUS技術(shù)一方面能夠有效降低空氣中的CO2含量，緩解溫室效應(yīng)［2］，CO2封存方式主要包括酸化固定、海洋封存以及地質(zhì)封存［3］. 酸化固定CO2需要用到大量的化學(xué)藥劑技術(shù)成本較高，且化學(xué)反應(yīng)完成所需周期較長；海洋封存技術(shù)難度大，對海洋威脅較大，危險系數(shù)高［4］. 綜合比較，地質(zhì)封存CO2技術(shù)較成熟，封存量可觀，封存潛力巨大［5］，可用于CO2地下儲存的場所主要有油藏、不可采煤層以及深部咸水層，且三種地質(zhì)封存方式中，以CO2驅(qū)油最具有經(jīng)濟(jì)效益［6］.

研究表明：在選擇進(jìn)行CO2地下地質(zhì)存儲時，一定要對封堵層的完整性、有效性和物性封閉能力進(jìn)行嚴(yán)格的評估. 鄂爾多斯盆地位于一方面具有極為豐富的油氣資源，同時區(qū)域煤化工企業(yè)每年排放的CO2高達(dá)數(shù)千萬噸，因此，在鄂爾多斯盆地開展CO2地質(zhì)封存能力和評價體系，評估封存場地適應(yīng)性，具備得天獨厚地理和地質(zhì)條件，具有迫切的實踐需求和良好的應(yīng)用前景，我國CCUS 技術(shù)起步較晚，但發(fā)展較快，首個CCUS 項目是基于2015 年中美簽署的《中美元首氣候變化聯(lián)合聲明》，選定陜西延長石油集團(tuán)位于陜北地區(qū)作為CCUS項目實施地［7-8］.

1 研究區(qū)地層劃分及烴源巖特征

X油田位于伊陜斜坡的中東部，在古地形起伏和沉積時巖性差異的雙重作用下，形成一總體為平緩的西傾鼻狀構(gòu)造，地層傾角小于1°，圈閉類型主要為巖性尖滅或成巖，研究區(qū)分布如圖1所示. 研究區(qū)物源主要來自研究區(qū)的西南部，東北部為次物源［9-10］.

地層劃分與對比是地質(zhì)工作的基礎(chǔ)，其目的是建立等時地層格架，明確地層接觸關(guān)系，了解地層縱橫向分布變化. 為后續(xù)的準(zhǔn)確評估CO2地層封存潛力提供參考依據(jù). 本次劃分依據(jù)沉積旋回、標(biāo)志層、鄰井對比、巖性電性綜合對比原則將延長組劃分為長2+長3、長4+5、長6 和長7，如圖2 所示. 其中長4+5 既是主要的產(chǎn)油層、也是未來實施CO2地質(zhì)封存的主要目的層. 該層組主要發(fā)育一套三角洲前緣亞相沉積，總厚度約為35～60 m，中部發(fā)育一套黑色炭質(zhì)泥巖，該標(biāo)志層將長4+5劃分為長4+51和長4+52兩個油層亞組. 長4+51較為發(fā)育，主要為含油中細(xì)砂巖夾薄層泥巖，電性特征為高電阻、低時差、自然電位曲線表現(xiàn)為漏斗狀，垂向連續(xù)性好且厚度達(dá)20 m 左右. 該層不僅是研究區(qū)的主要產(chǎn)油層，同時也為未來CO2的封存提供地質(zhì)場所；長4+52主要巖性為灰黑色泥巖夾砂巖，電性特征為高電阻、低時差，與上下覆地層呈過渡，該層厚度大約為30 m左右，為CO2主要封堵層［11-12］.

圖2 研究區(qū)地層劃分Fig.2 Stratigraphic division of study area

2 研究區(qū)儲層物性特征

蓋層通常由泥巖、頁巖等具有極低孔滲物性特征的致密巖石構(gòu)成，是沉積、成巖及后期演化過程中環(huán)境下形成的天然地質(zhì)體，能夠有效地將油氣阻擋，防止其逃逸. 蓋層封閉機(jī)理一般認(rèn)為具有三種，其中物性封閉油氣是最普遍的機(jī)理，主要利用儲集層與蓋層之間的物性差異（高毛細(xì)管力）從而封閉油氣. 目前常用排替壓力、滲透率、孔隙度、比面以及微孔隙等參數(shù)來評價封閉能力［13-16］.

通過利用X-衍射和圖像粒度對研究區(qū)樣品進(jìn)行分析，研究區(qū)長4+5 油層組主要以含泥巖屑長石粉砂巖和含泥極細(xì)粒巖屑長石砂巖為主，其中長石（正長石、斜長石）和石英平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為38.8%和29.19%，成分成熟度為0.75，屬于中等偏低，巖性特征如圖3（a～d）所示；填隙物中以膠結(jié)物類型主要為黏土類（29.08%）和碳酸鹽類（2.04%），主要成分為伊利石、綠泥石和伊蒙混層，其中伊利石占50.68%，綠泥石占32.19%，伊蒙混層占17.13%. 顆粒以細(xì)砂為主，粒徑主要分布在0.03～0.16 mm，磨圓度為棱狀，膠結(jié)類型為孔隙，分選中等.

圖3 研究區(qū)巖性特征Fig.3 Lithological characteristics of the study area

通過對研究區(qū)進(jìn)行物性測試研究區(qū)儲層物性參數(shù)主要為特低孔、特低滲透為主，其中儲層孔隙度介于1.83%～5.06%之間，平均3.27%，儲層滲透率介于0.001 1×10-3～0.108 9×10-3μm2，平均為0.025 7×10-3μm2. 研究表明：研究區(qū)滲透率與孔隙度相關(guān)系數(shù)僅為0.416 4，兩者相關(guān)性很差，決定流體滲流的主控因素是孔喉比，而不是孔隙度，這就是為什么中孔低滲透率砂巖可以封堵油氣的原因［17］.

3 研究區(qū)封堵層非均質(zhì)性

儲層非均質(zhì)性通常指在空間的不均勻性，能在一定程度上反映儲層質(zhì)量的優(yōu)劣，任何儲層都存在非均質(zhì)性. 國內(nèi)目前主要根據(jù)裘懌楠在1989 年、1992 年提出的方案，將宏觀非均質(zhì)性分為層間、平面和層內(nèi)三類，滲透率評價參數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)如表1所示. 不同類型以及強弱的非均質(zhì)性對二氧化碳向上做羽狀流運移起著至關(guān)重要的作用，直接影響著二氧化碳的地質(zhì)封存效果［18-19］.

表1 滲透率非均質(zhì)性評價參數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Evaluation parameters and standards for permeability heterogeneity

3.1 層內(nèi)非均質(zhì)性

層內(nèi)非均質(zhì)性主要對單砂層內(nèi)CO2運移厚度及其羽狀流波及系數(shù)起著控制作用，研究表明研究區(qū)長4+5主要為正韻律和復(fù)合韻律兩類，滲透率在垂向上高低交替出現(xiàn)，變化規(guī)律不明顯. 經(jīng)過統(tǒng)計分析得出長4+5變異系數(shù)為0.75，突進(jìn)系數(shù)為3.76，滲透率級差為45.12，由層內(nèi)非均質(zhì)程度分類評價指標(biāo)可看出，研究區(qū)具有層內(nèi)強非均質(zhì)性. 該性質(zhì)對于阻礙CO2在層內(nèi)橫向的擴(kuò)散運移非常有利，是保證封堵效果的重要地質(zhì)因素［20］.

3.2 層間非均質(zhì)性

研究區(qū)長4+5屬于陸相湖泊三角洲前緣沉積，具有相帶窄、相變快、流程短、多種類型砂體相互疊加的一套儲集封堵層，大范圍發(fā)育多套穩(wěn)定泥巖、泥質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖隔層，這些發(fā)育的隔層能有效阻止CO2羽狀流向上滲流，研究表明，層間非均質(zhì)性較強.

3.3 平面非均質(zhì)性

平面非均質(zhì)性主要影響CO2進(jìn)入儲層以后的平面波及程度，研究表明：長4+5封堵層砂體在平面上呈東北—西南向的條帶狀分布，分流河道砂體的物性較好，厚度較大，封存潛力大；分流間灣物性相對較差，封存潛力小. 綜合分析認(rèn)為，研究區(qū)長4+5非均質(zhì)性強，對于CO2封存極為有利.

4 結(jié)論

1）研究表明：研究區(qū)長4+5 巖性為灰黑色泥巖夾砂巖，電性特征為高電阻、低時差；物性為特低孔特低滲，黏土礦物主要為伊利石、綠泥石，高的毛細(xì)管力為CO2的封存提供動力.

2）研究區(qū)范圍發(fā)育多套穩(wěn)定泥巖、泥質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖隔層具有強的層內(nèi)、層間和平面非均質(zhì)性，限制了CO2層內(nèi)橫向的擴(kuò)散運移和羽狀流向上滲流，對于CO2封存極為有利.