■高雪梅谢山立梁坤祥杨振京

（1河南省地质环境规划设计院有限公司 河南郑州 450007；2河南省地矿建设工程（集团）有限公司 河南郑州 450007；3中国地质科学院水文地质环境地质研究所 河北石家庄050061）

河南省油气藏二氧化碳地质储存研究

■高雪梅1谢山立2梁坤祥2杨振京3

（1河南省地质环境规划设计院有限公司 河南郑州 450007；2河南省地矿建设工程（集团）有限公司 河南郑州 450007；3中国地质科学院水文地质环境地质研究所 河北石家庄050061）

通过对河南省油气田相关地质资料的收集、分析，从CO2存储空间、储层特征、埋藏条件、盖层及圈闭特征等方面研究分析了河南省典型油气藏CO2地质储存的适宜性。研究认为，南襄盆地、东濮凹陷及周口坳陷新生界古近系储层物性良好，储盖组合配套好，圈闭发育，具备CO2地质储存的有利地质条件，适宜CO2储存。根据南襄盆地、东濮凹陷油气资源总量估算出可储存CO2总量分别为1025 Mt、2544 Mt。结果表明，河南省油气藏具备CO2地质储存的有利地质条件，适宜CO2储存，CO2储存前景广阔。

油气藏CO2地质储存盆地CCS技术

1 概述

CO2捕获与储存（CCS）技术是未来大规模实现CO2减排的重要潜在手段之一。国际组织和欧美等发达国家非常重视CO2地质储存技术研究，尤其是发达国家已经把CO2地质储存调查评价作为当前地学研究的重点领域。与国际较为先进的CO2捕集和封存技术相比，中国的CO2捕集和封存技术还处于研发和示范阶段，但是近年来中国在CCS的研究上做了很多的工作，并取得了重大进展。

河南省是资源大省，也是资源消耗大省，总能源消费总量在全国各省排名靠前，总排放量和增长率都明显偏高，CO2减排压力大，探索研究降低空气中的CO2技术意义重大。河南省油气资源丰富，分布面积广，积极探索以油气藏为储存介质的CO2地质储存技术对于降低CO2浓度具有重要的意义。

2 CCS技术

CO2捕获与储存（CCS）技术的雏形源于20世纪70年代美国用CO2进行驱油来提高石油采收率（EOR）的技术。经过近40年的研究，逐步发展成为气候变化背景下减排温室气体的重要技术手段之一。

CO2地质储存的机理是将CO2储存在地表800m深度之下，且该深度之下应满足温度高于31.1℃、压力高于7.38MPa，使注入储层的CO2进入超临界状态。在超临界状态CO2的密度是水密度的60%～80%，储存CO2的空间大大缩小，同时具有较好的流动性、扩散性和较大的溶解能力，进而在储层上覆盖层以及圈闭构造的密封下，实现CO2地质储存[1]。其储存介质类型主要有沉积盆地内的深部咸水层、开采中或已枯竭的油气藏、因技术或经济原因而弃采的煤层、以及开采过的大洞穴、盐岩溶腔和废弃的矿藏等。

3 河南省油气藏地质特征及CO2地质储存适宜性分析

河南省中新生代陆相沉积盆地如南襄盆地、东濮凹陷、周口坳陷等发育多套生油层系，这些发育生油层系的凹陷具有发生早、结束晚、长期稳定沉降、封闭性好并且有多层结构等特点，且古近系厚度大，并发育了2～3套由数十～数百米的岩盐、石膏层，储、盖组合配套好，圈闭非常发育，具备CO2储存的有利地质条件。

下面以河南省典型油气藏为例通过对其地质条件的分析，评价其CO2地质储存的适宜性。

3.1 南襄盆地油气藏

南襄盆地为中、新生代陆相山间断陷盆地，其中南阳凹陷面积3600km2，泌阳凹陷面积1000 km2[3]，主要为新生代沉积，自下而上为古近系古新统的大仓房组，古近系始新统的玉皇顶组，古近系渐新统的核桃园组、廖庄组，新近系中新统的平原组+上寺组与其下的廖庄组呈不整合接触。

南襄盆地平面分布图

3.1.1 储层特征

储层是否适宜CO2储存，跟储层的埋藏深度、孔隙度及渗透性直接相关。

古近系渐新统核桃园组是渐新世湖盆稳定沉积阶段的产物，以较深湖相灰色泥岩、砂岩为主，为主要的产油层。南阳凹陷核桃园组砂岩分选性比较好，以细、中砂岩为主，孔隙度一般为20～29%，渗透率0.2～0.5μm2，最高3.881μm2[2]。泌阳凹陷核桃园组砂岩如双河水下扇，孔隙度16～23%，渗透率0.05～0.90μm2；下二门油田砂岩孔隙度为4.5～31.0%，渗透率为0.40～1.53μm2[4]。根据以上数据结合有关文献[1]判断，南襄盆地核桃园组砂岩孔隙度为好～很好，储层物性分类为中孔中渗，局部高孔高渗，属中等～好储集岩。核桃园组油层砂岩埋深800～2800m[2]，砂岩最大厚度在泌阳凹陷为1500m，在南阳凹陷为600m，物性良好，是CO2储存的良好储层。

3.1.2 盖层特征

CO2地质储存需要有利的盖层，盖层侧向(横向)延伸要长，要分布稳定，影响盖层封闭性的因素有：盖层的岩性、盖层厚度和分布，一般来说，盖层越致密、完整、厚度大，封闭性能就越好。常见的盖层有泥岩、盐岩和石膏等。

南襄盆地的核桃园组以泥岩、砂岩为主，夹白云岩，形成了较好的泥岩、砂岩互层；局部地区夹石膏岩盐层。泥岩最大厚度约

1800m，为良好的盖层，且上覆廖庄组泥岩可作为区域性盖层，盖层条件良好。

3.1.3 圈闭特征

盆地内二级构造、局部构造及其它圈闭类型为CO2的存储提供了圈闭条件。南阳凹陷圈闭类型以断鼻、断块为主，背斜构造被断层切割为若干断块、断鼻。泌阳凹陷以构造岩性圈闭、地层圈闭为主。圈闭条件良好。

3.1.4 CO2储存量估算

假设地下所有最终可采出的油气的体积都可以被CO2所替换,则油田或气田中CO2的储存能力可按下式计算[5]：

式中：VCO2为CO2的储存能力，Mt；Voil（stp）为最终可以采出的油在标准条件下的体积，106m3；Vgas（stp）为最终可以采出的气体在标准条件下的体积，109m3；βo为油层体积系数，无量纲；βg为气层体积系数，无量纲；ρCO2为CO2存储条件下的密度，kg/m3。

南阳、泌阳凹陷石油总资源量为8×108t，石油的标准密度取0.8t/m3（20℃和101.325kpa），β0按该油田的平均值取1.4；南襄盆地CO2地质储存埋深在800～2800m，ρCO2取700 kg/m3[5]，估算得VCO2为980Mt。天然气总储量161×108m3；βg按气田的平均值取0.004；ρCO2取700 kg/m3，估算得VCO2为45.08Mt。该盆地油气藏CO2总储存量约为1025 Mt。

综上所述，南襄盆地储盖组合好，圈闭发育，具备CO2地质储存的有利地质条件，适宜CO2地质储存。

3.2 东濮凹陷油气藏CO2地质储存适宜性评价

东濮凹陷属于新生代沉降区，总面积5300km2，河南省内的面积约为4000 km2，第四系厚150～200m，新近系厚1300～2300m，古近系厚度超过7000m。该凹陷的主要地层由下而上为:古近系孔店组、沙河街组、东营组，新近系馆陶组和明化镇组。

3.2.1 储层特征

东濮凹陷生油层主要为沙河街组沙一段、沙二段、沙三段。

沙一段埋深1500～2360m，砂岩物性较好，孔隙度一般为4.5～36.4%，平均值约为21.64%，孔隙度为很好；渗透率为0.1×10-3～4.386μm2，平均值约为0.24μm2[6]，为I类好～非常好的储集岩。沙二段以濮城油田濮53块为例：埋藏深度约为2000～2700m，厚度约600m～800m，储层主要为粉砂岩，孔隙度为15～32%，孔隙度为很好；渗透率多为10×10-3～0.5μm2[7]，属I类好～非常好的储集层。沙三段是东濮凹陷主要生油层系，埋藏深度在1700m以下，以文13西块储层为例：地层总厚约1000m，岩性为泥岩、粉砂岩，夹膏盐岩、页岩、油页岩、泥岩；孔隙度为15～25%，渗透率主要在5～50×10-3μm2之间，属中孔中渗储层，储集性能较好，为中等储集岩。沙河街组储层物性良好，是CO2储存的良好储层。

3.2.2 盖层特征

东濮凹陷区域性盖层发育，在古近系含油气层段中发育有多套巨厚的盐膏层，盐岩单层厚度一般为0.2-1.0，最厚5-6mm，含盐层系沉积厚度一般为100～1000m。厚层盐膏岩和沙二、沙三段区域性分布的厚层泥岩、页岩均是CO2地质储存的良好盖层。

3.2.3 圈闭特征

东濮凹陷构造类圈闭主要有背斜、断鼻、反向断块、顺向断块及墙角断块，地层类圈闭主要包括砂岩上倾尖灭、砂岩透镜体、湖底扇及古潜山等[2]。这些圈闭均为CO2地质储存提供了良好的圈闭条件。

3.2.4 CO2储存量估算

东濮凹陷石油总资源量为12.37×108t，β0取1.4，ρCO2取700 kg/m3，VCO2约为1515Mt。东濮凹陷天然气总储量367512×106m3，βg取0.004，VCO2约为1029Mt。东濮凹陷油气藏（河南部分）CO2总储存量约为2544 Mt。

3.3 周口坳陷

周口坳陷是华北地台南部中生界和新生界陆相沉积坳陷，第三系地层发育较全。古近系核桃园组为第三系主要的生油层系，主要分布于舞阳、襄城、谭庄凹陷。以舞阳凹陷为例：该凹陷沉积岩厚8000m，古近系厚7000m，核桃园组以盐湖相沉积为主，岩性主要为泥岩夹砂岩、膏盐，核二段砂岩物性较好，孔隙度平均值15.8%左右，平均渗透率约为0.364～0.487μm2，以细砂岩为主[2]。构造圈闭面积小、类型多。有上覆的盐膏层作为盖层，具备良好的储层、盖层、圈闭条件，较适宜CO2地质储存。

中生界下白垩统永丰组为中生界主要的生油层系，主要分布于谭庄一沈丘、新桥凹陷一带。坳陷内大部分地区永丰组地层埋深超过3500m，不适宜CO2地质储存，少部分区域永丰组埋藏稍浅，存在适宜CO2地质储存的可能性。

4 结语

本文通过对已有资料的分析研究，得出南襄盆地、东濮凹陷及周口坳陷油气藏适宜CO2储存。

研究认为，南襄盆地油气藏CO2潜在储层为古近系核桃园组，该组砂岩属中等～好储集岩；上覆泥岩为良好的该层，且圈闭条件良好，适宜CO2地质储存。东濮凹陷油气藏CO2潜在储层为古近系沙河街组，该组砂岩、粉砂岩属中等～非常好储集岩；上覆厚层泥岩、页岩为良好该层，且圈闭条件良好，适宜CO2地质储存。周口坳陷新生界油气藏古近系储层物性良好，储盖组合配套好，圈闭发育，较适宜CO2储存；中生界油气藏埋藏较深，少部分区域埋藏稍浅，存在适宜CO2地质储存的可能性。

根据南襄盆地、东濮凹陷油气资源总量估算出可储存CO2总量分别为1025 Mt、2544 Mt，可见CO2储存前景广阔。

[1]张森琦，郭建强，李旭峰等.中国二氧化碳地质储存地质基础及场地地质评价[M].北京:地质出版社,2011:3-25，216.

[2]河南省地质矿产厅地质矿产志编辑委员会.河南省地质矿产志 [M].中国展望出版社,1992:717-720,735,740-741，744-745.

[3]王敏，陈祥，严永新等.南襄盆地泌阳凹陷陆相页岩油地质特征与评价 [J].古地理学报，2013：Vol.15 (5):663-671.

[4]南阳油田石油地质编写组.中国石油地质志 [M].卷七.石油工业出版社,1992:57-69,80，87-89.

[5]江怀友，沈平平，李相方等.世界地质储层二氧化碳理论埋存量评价技术研究 [J].中外能源，2008，13 (2):93-99.

[6]李焱，程刚.濮城油田沙一段储层特征研究 [J].石油天然气学报，2011.9(33).

[7]王军.中原油田璞53断块流动单元划分与剩余油分布研究 [D].中国地质大学 （北京），2007.

TE34[文献码]B

1000-405X（2015）-10-116-2

高雪梅（1982～），女，硕士研究生，工程师，研究方向为地质工程、地质环境。