石油天然氣地質(zhì)與勘探課件

石油天然氣地質(zhì)與勘探任課人：逄雯山東勝利職業(yè)學(xué)院第三章儲(chǔ)集層和蓋層第一節(jié)儲(chǔ)集層的巖石物性參數(shù)第二節(jié)碎屑巖儲(chǔ)集層第三節(jié)碳酸鹽巖儲(chǔ)集層第四節(jié)特殊巖類儲(chǔ)集層第五節(jié)蓋層的類型及其封蓋機(jī)制

一、蓋層的概念及類型二、蓋層的封閉機(jī)理三、蓋層有效性的影響因素第五節(jié)蓋層的類型及其封蓋機(jī)制

概念：位于儲(chǔ)集層之上，能封隔儲(chǔ)集層，阻止其中的油氣向上逸散的巖層。

作用：阻礙油氣逸散特點(diǎn)：細(xì)粒、致密、孔滲性差。第五節(jié)蓋層的類型及其封蓋機(jī)制一、

蓋層的概念及類型（Caprock）（1）泥質(zhì)巖類蓋層泥巖、頁巖、含砂泥巖、鈣質(zhì)泥巖等；粒度細(xì)、致密、滲透性低，具有可塑性、吸附性和膨脹性等特征，是良好的蓋層巖性，油氣田中最常見蓋層。分布最廣、數(shù)量最多。（2）蒸發(fā)巖類蓋層鹽巖、膏巖，是一類最佳的蓋層。世界上天然氣儲(chǔ)量約35%與鹽巖和膏巖蓋層有關(guān)。1.按巖性分類

（3）碳酸鹽巖類蓋層

泥灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、致密灰?guī)r；由于碳酸鹽巖易被水淋濾、溶蝕形成縫洞，作為蓋層有爭議。（4）其它巖類蓋層鋁土巖、火成巖、煤層1.按巖性分類鄂爾多斯盆地晚三疊世油藏，蓋層—低孔滲透性砂巖遼河盆地東部坳陷南部地區(qū)東營組，蓋層——火山巖

——孔徑差別；封閉烴柱（1）區(qū)域性蓋層：指遍布在含油氣盆地或者坳（凹）陷中的大部分地區(qū)，厚度大，面積大，分布廣而穩(wěn)定的蓋層。

—對(duì)整個(gè)盆地或者坳陷油氣聚集起控制作用。（2）局部性蓋層(圈閉蓋層)：指分布在一個(gè)或數(shù)個(gè)油氣保存單元內(nèi)或者在某些局部構(gòu)造或者局部構(gòu)造上某些部位的蓋層。

—只對(duì)某一地區(qū)局部的油氣聚集起控制作用。2.按分布范圍大小分類：3.根據(jù)蓋層與油氣藏的位置關(guān)系:（1）直接蓋層：指緊鄰儲(chǔ)層之上的封閉巖層?？梢允蔷植啃陨w層，也可以是區(qū)域性蓋層。（2）上覆蓋層：指儲(chǔ)集巖上覆直接蓋層之上的所有非滲透性巖層。一般是指區(qū)域性蓋層，對(duì)區(qū)域性的油氣聚集和保存起重要作用。4.特殊蓋層:（1）水合物蓋層：甲烷在低溫或高壓下具有與水形成水合物晶體的習(xí)性，它們形成晶體后喪失了全部活動(dòng)能力。這是一種非常有效的蓋層。①永久凍土地區(qū)大陸邊緣的淺部儲(chǔ)集層②埋藏淺，其上為冰冷的冷水覆蓋的儲(chǔ)集層4.特殊蓋層:（2）瀝青蓋層：先期油氣藏被破壞，儲(chǔ)集層中的輕質(zhì)油氣逸散，重質(zhì)瀝青滯留在儲(chǔ)層中對(duì)以后運(yùn)聚的油氣起到了蓋層作用。

加利福尼亞洲圣華金河谷東部油田的砂巖油藏，蓋層焦瀝青。產(chǎn)油砂巖段沿上傾方向到露頭的短距離范圍內(nèi)充滿了焦瀝青。按蓋層阻止油氣運(yùn)移的方式：排替壓力高――毛細(xì)管壓力封閉（物性封閉）具異常高地層壓力――異常高壓封閉含烴濃度高――烴濃度封閉二、蓋層的封閉機(jī)理（一）物性封閉

——依靠蓋層與儲(chǔ)集層之間的毛細(xì)管壓力差封堵油氣，差值越大，封堵能力越強(qiáng)。又稱：毛細(xì)管力封閉，薄膜封閉。1.浮壓蓋層的孔喉小且不連通，像個(gè)細(xì)孔篩，孔隙表面被水濕潤（薄膜封閉），下伏油柱的浮力對(duì)水膜施加壓力，當(dāng)浮壓不能克服水膜時(shí)，油氣被阻止。Pb=(ρw-ρp)gh（一）物性封閉

——依靠蓋層巖石的毛細(xì)管力對(duì)油氣運(yùn)移的阻止作用。又稱：毛細(xì)管力封閉，薄膜封閉。1.浮壓蓋層的孔喉小且不連通，像個(gè)細(xì)孔篩，孔隙表面被水濕潤（薄膜封閉），下伏油柱的浮力對(duì)水膜施加壓力，當(dāng)浮壓不能克服水膜時(shí)，油氣被阻止。Pd=(ρw-ρp)gh（一）物性封閉

——依靠蓋層與儲(chǔ)集層之間的毛細(xì)管壓力差封堵油氣，差值越大，封堵能力越強(qiáng)。又稱：毛細(xì)管力封閉，薄膜封閉。1.毛管壓力與薄膜封閉水飽和蓋層巖石的毛細(xì)管力(Pd)是最大孔喉半徑（R）、潤濕角(θ)、烴-水表面張力(σ)的函數(shù)：Pd=2σcosθ/R

它與烴類性質(zhì)和介質(zhì)溫壓條件有關(guān)

（一）物性封閉

——依靠蓋層巖石的毛細(xì)管力對(duì)油氣運(yùn)移的阻止作用。又稱：毛細(xì)管力封閉，薄膜封閉。

在評(píng)價(jià)毛管壓力封閉能力時(shí)，常引用排替壓力的概念。

排替壓力：巖樣中非濕潤相流體排驅(qū)濕潤相流體所需的最小壓力。即非濕潤相開始注入巖樣中最大喉道的毛細(xì)管力。

它在毛細(xì)管壓力曲線上為壓力最小的拐點(diǎn)。不同粒度的沉積物的排替壓力蓋層是相對(duì)的，只要存在物性差異或排替壓力差，即可形成蓋層；儲(chǔ)蓋層接觸面上：水為潤濕相（強(qiáng)潤濕），θ很小，θ＝O油水兩相時(shí)：向上向下3.最大烴柱的理論高度——向下——儲(chǔ)層油要進(jìn)入蓋層必須克服的最小壓力。同理，氣水兩相時(shí)：——向下正常靜水條件下，促使油氣向上突破的動(dòng)力是浮力F，單位面積上油柱的靜浮力即：——蓋層才能封住油氣。蓋層所能封住的最大油柱高度為：同理，還可以推出蓋層所能封住的最大氣柱高度?！鄽獠乇扔筒貙?duì)蓋層的要求更嚴(yán)格?！嘞嗤瑮l件下，巖層孔徑＜5×10－6cm油氣蓋層；巖層孔徑＝5×10－6~2×10－4cm油蓋層；巖層孔徑＞2×10－4cm非蓋層。研究發(fā)現(xiàn)：因此：（二）異常高壓封閉Superpressuneseals

（1）地層剖面中，某層沉積物所受到的由上覆巖層重力負(fù)荷（上覆沉積物的基質(zhì)和孔隙空間流體的總重量）引起的壓力，稱地靜壓力（S），又稱上覆巖層壓力，積土壓力

地層封閉條件下，S由兩部分組成：S＝б＋Pf＝

gHρr其中б：沉積物骨架支撐的壓力；S：靜巖壓力；g--重力加速度

H：上覆沉積物的厚度；

ρr--上覆沉積物的平均總體密度

Pf：巖層中孔隙流體壓力，又稱地層壓力；

當(dāng)上覆沉積物每增加單位厚度時(shí)所增加的壓力稱地靜壓力梯度。通常指每增加1米沉積物所增加的壓力,用pa/m單位表示.取上覆沉積物的平均總體密度為2.3×103kg/m3,則地靜壓力梯度約為2.3×10000Pa/m。（2）靜水條件下：

巖石孔隙中的流體只承受了上覆巖層中垂直液柱重量所引起的壓力－靜水壓力，即：Z：液柱高度（埋深）（1atm＝105Pa=0.1Mpa）（二）異常高壓封閉Superpressuneseals靜水壓力：由靜水柱重量所造成的壓力，由連通在地層孔隙中的水柱所產(chǎn)生的壓力。

pH

=Hρwg式中：pH---靜水壓力；

H--上覆水柱的高度；

ρw--水的密度；

g--重力加速度靜水壓力：

地層剖面中，隨埋深↑，S↑，下伏沉積物孔隙度↓、密度↑，流體相應(yīng)排出

――壓實(shí)作用。

隨S↑，Z↑，孔隙度持續(xù)↓，流體相應(yīng)排出，保持：

Pf=PH――正常壓實(shí)

當(dāng)泥質(zhì)巖層不太厚時(shí)，Pf>PH時(shí)的Pf：異常高孔隙流體壓力Pt=Pf-PH：剩余孔隙流體壓力。

當(dāng)Pt>F浮時(shí)，即可對(duì)下伏儲(chǔ)集層中油氣造成封閉。這就是異常高壓封閉。欠壓實(shí)泥巖封閉能力示意圖（郝石生，1995）（二）異常高壓封閉（超壓封閉）是指地層孔隙流體壓力比其對(duì)應(yīng)的靜水壓力高。這種依靠蓋層異常流體壓力而封閉油氣的機(jī)理稱之為流體壓力封閉，簡稱超壓封閉。超壓封閉的能力取決超壓的大小，超壓越高，其封蓋能力越高。一旦超壓蓋層因某種原因而恢復(fù)到正常的靜水壓力狀態(tài)，超壓封閉作用即被毛細(xì)管封閉所取代。（天然氣擴(kuò)散運(yùn)移的主要?jiǎng)恿κ菨舛炔?，即由高濃度向低濃度擴(kuò)散運(yùn)移，以求達(dá)到濃度平衡。若巖層有一定的生氣能力，正處于生烴過程中，就會(huì)出現(xiàn)氣的高濃度，并將氣向上、下擴(kuò)散，向下的擴(kuò)散阻滯了下伏烴向上的擴(kuò)散。生氣強(qiáng)度越大，這種封閉性越強(qiáng)。這種封閉形式常見于生烴期，并可造成異常高壓，生烴停止后，這種烴濃度封閉逐漸衰減，異常高壓也隨之逐漸消失。一定地區(qū)通常有若干烴源巖系，主力烴源巖系只是少數(shù)，余者可作為濃度蓋層，而且生烴能力越強(qiáng)，封閉能力越大。例如：東海盆地西湖凹陷龍井組，起到了保護(hù)主力氣源巖即下伏平原組所生成的天然氣的作用。大港油田淺層生物氣的存在，促進(jìn)了板橋和歧口凹陷熱解成因氣的聚集成藏。）（三）烴濃度封閉原理：

巖層正處于生烴過程中，出現(xiàn)氣的高濃度，并將氣向上、下擴(kuò)散，向下的擴(kuò)散阻滯了下伏烴向上的擴(kuò)散。生氣強(qiáng)度越大，這種封閉性越強(qiáng)。這種封閉形式常見于生烴期，并可造成異常高壓，生烴停止后，這種烴濃度封閉逐漸衰減，異常高壓也隨之逐漸消失。（三）烴濃度封閉烴濃度封閉示意圖（據(jù)郝石生，1995）三、影響蓋層有效性的因素巖性、成巖程度、礦物成分及含量、厚度和連續(xù)性。1、巖性不同巖性的塑性及內(nèi)部空隙結(jié)構(gòu)不同，封閉能力也存在差異。韌性巖石構(gòu)成的蓋層與脆性巖石相比不易產(chǎn)生斷裂和裂縫。在通常條件下，韌性的順序是鹽巖>硬石膏>富含有機(jī)質(zhì)頁巖>頁巖>粉砂質(zhì)頁巖>鈣質(zhì)頁巖>燧石巖。蒸發(fā)巖的韌性最大。蒸發(fā)巖發(fā)育的含油氣盆地多形成大型油氣田?！锶?、影響蓋層有效性的因素(論述)(一)蓋層的巖性

蒸發(fā)巖、富含有機(jī)質(zhì)巖泥巖、排替壓力大，封蓋性強(qiáng)。(二)韌性

韌性巖石構(gòu)成的蓋層與脆性巖石相比不易產(chǎn)生斷裂和裂縫。韌性的順序：鹽巖>硬石膏>富含有機(jī)質(zhì)頁巖>頁巖>粉砂質(zhì)頁巖>鈣質(zhì)頁巖>燧石巖。(三)蓋層厚度

實(shí)際蓋層的厚度一般可從幾十米到幾百米。如科威特布爾干油田，厚30m的阿赫馬迪頁巖封閉了740x108bbl桶油。我國南海崖13－1氣田頂部直接蓋層梅二段在崖13－1－1井的單層厚度僅4m。理論上講，蓋層厚度對(duì)封閉能力沒有直接影響。幾英寸厚的粘土巖，足以封住915m的油柱。

蓋層厚度越大，其封閉能力越強(qiáng)。蓋層厚度越大，其封閉能力越強(qiáng)。主要原因：（1）蓋層厚度大，說明沉積環(huán)境穩(wěn)定，沉積物的均質(zhì)性好?？蓽p少或堵截較大孔隙在垂向上的連通性，增強(qiáng)封閉能力。（2）蓋層厚度大，可在橫向上保持巖性的相對(duì)穩(wěn)定。即使發(fā)生斷裂破壞，也不易被斷裂錯(cuò)開，保持其分布的穩(wěn)定性。（3）泥質(zhì)巖蓋層厚度越大，形成欠壓實(shí)的可能性越大，有利于形成超壓封閉。如氣柱高度為5ｍ的氣藏,蓋層厚度最小為3ｍ,而氣柱高度為10ｍ的氣藏,其最小蓋層厚度為6ｍ。氣藏的氣柱高度與所需泥巖蓋層的最小厚度(或稱臨界厚度)之間存在著正相關(guān)關(guān)系。隨氣藏氣柱高度的增加,所需的泥巖蓋層的最小厚度也逐漸增大。(四)連續(xù)性蓋層的大范圍連續(xù)穩(wěn)定分布對(duì)于油氣聚集有十分重要的意義。最有利的含氣區(qū)至少要有一個(gè)區(qū)域性蓋層。面積只有大于油氣藏分布范圍才能形成有效封閉。蓋層面積越大，越有利于形成大油氣田。（五）成巖程度成巖早期：泥質(zhì)巖孔隙大、滲透率高，排替壓力低，封閉能力弱；隨成巖程度增加，封閉能力增強(qiáng)。（六）礦物成分及含量有機(jī)質(zhì)含量高，孔滲條件差，封閉能