石油天然气地质学第5章盖层研究.ppt

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1、第五章第五章 油气藏盖层研究油气藏盖层研究第一节第一节 盖层概述盖层概述一、盖层概念一、盖层概念 1.1.定义：位于定义：位于储集层之上储集层之上，阻止油气，阻止油气向上向上运移的致密运移的致密不渗透岩层。不渗透岩层。盖层的概念和渗透率一样是相对的。一定岩性、一定厚盖层的概念和渗透率一样是相对的。一定岩性、一定厚度的岩层在一定的油藏能量下能充当盖层，但在油藏能量更度的岩层在一定的油藏能量下能充当盖层，但在油藏能量更高的情况下则有可能被穿透，不能作盖层。高的情况下则有可能被穿透，不能作盖层。即：盖层的有效性是相对的。即：盖层的有效性是相对的。2.2.盖层分类盖层分类 局部：含油气盆地的局部隆起上

2、局部：含油气盆地的局部隆起上 （1 1）按分布规模）按分布规模 区域：含油气盆地全区覆盖区域：含油气盆地全区覆盖 相对均质盖层（其它岩性夹层相对均质盖层（其它岩性夹层2525）按成分按成分 不均质盖层（其它岩性夹层不均质盖层（其它岩性夹层2525）陆源成因：含泥质、粉砂质盖层陆源成因：含泥质、粉砂质盖层 化学成因：含岩盐、石膏、硬石膏化学成因：含岩盐、石膏、硬石膏 按成因按成因 冰冻成因：含冰冻砂、粉砂冰冻成因：含冰冻砂、粉砂 混合成因：灰泥、膏盐、灰盐、膏灰、混合成因：灰泥、膏盐、灰盐、膏灰、泥冰泥冰 特殊盖层：水合物盖层特殊盖层：水合物盖层 沥青盖层沥青盖层 3 3 盖层封闭烃类的机理：盖

3、层封闭烃类的机理：毛细管力封闭毛细管力封闭具有较高的排替压力而阻止烃类逸散具有较高的排替压力而阻止烃类逸散 超压封闭超压封闭异常高的孔隙压力而阻止烃类逸散异常高的孔隙压力而阻止烃类逸散(3)(3)烃浓度封闭烃浓度封闭生烃地层以高浓度阻止下伏油气向上扩散运生烃地层以高浓度阻止下伏油气向上扩散运移。移。特点：特点：毛细管力封闭毛细管力封闭：一般只能遮挡游离相的烃，难以封堵水溶相及扩散相烃；一般只能遮挡游离相的烃，难以封堵水溶相及扩散相烃；对于石油比天然气更重要，气易溶于水；对于石油比天然气更重要，气易溶于水；在泥岩压实阶段的在泥岩压实阶段的晚期晚期更为重要；更为重要；特点：特点：异常高压异常高压

4、可以封闭任何相态的烃类；可以封闭任何相态的烃类；对天然气的封闭作用比对石油更重要；对天然气的封闭作用比对石油更重要；在泥岩压实阶段的在泥岩压实阶段的中期中期更重要；更重要；(3)(3)烃浓度封闭烃浓度封闭 主要封闭以扩散方式向上运移的烃类；主要封闭以扩散方式向上运移的烃类；盖层的烃浓度越高，封闭扩散的能力越强；盖层的烃浓度越高，封闭扩散的能力越强；本身是烃源岩，同样具有毛管压力封闭；本身是烃源岩，同样具有毛管压力封闭；二、盖层与岩性的关系二、盖层与岩性的关系从世界现有油田来看，可作盖层的岩性有：从世界现有油田来看，可作盖层的岩性有：(1)(1)泥（页）岩泥（页）岩 与碎屑岩储层并存；与碎屑岩储

5、层并存；(2)(2)岩盐石膏（硬石膏）岩盐石膏（硬石膏）多发育在碳酸盐岩剖面；多发育在碳酸盐岩剖面；(3)(3)泥灰岩、泥质石灰岩、石灰岩裂缝不发育地区；泥灰岩、泥质石灰岩、石灰岩裂缝不发育地区；(4)(4)冰冻砂岩、致密砂岩少见冰冻砂岩、致密砂岩少见据统计据统计(H.D.Klemme,1977),(H.D.Klemme,1977),世界上世界上334334个大油气田中个大油气田中 泥页岩盖层占泥页岩盖层占6565，蒸发岩类，蒸发岩类 占占3333，致密灰岩类占，致密灰岩类占2 2 1.1.泥质（页）岩类盖层泥质（页）岩类盖层 特点：分布广、数量多、最常见，几乎产于各种沉积环境中。特点：分布广

6、、数量多、最常见，几乎产于各种沉积环境中。苏联对泥质岩盖层研究较详细，对其成分、分散度、结构构造苏联对泥质岩盖层研究较详细，对其成分、分散度、结构构造特点与其遮挡能力的关系作了较多研究。特点与其遮挡能力的关系作了较多研究。影响该类盖层的因素：影响该类盖层的因素：膨胀性矿物膨胀性矿物（尤其是蒙脱石）越多，盖层质量就越好，遮挡（尤其是蒙脱石）越多，盖层质量就越好，遮挡力越强，所需的厚度越小。力越强，所需的厚度越小。粒度组分：粒度组分：分散性（粉碎程度）越高，其渗透率就越低，遮分散性（粉碎程度）越高，其渗透率就越低，遮挡能力就越强。挡能力就越强。含砂质、粉砂质等含砂质、粉砂质等杂质杂质会大大降低泥质

7、盖层的遮挡能力；会大大降低泥质盖层的遮挡能力；矿物成份矿物成份：蒙脱石吸收容量大，因此遮挡力强；：蒙脱石吸收容量大，因此遮挡力强；2.2.岩盐、石膏（硬石膏）类盖层岩盐、石膏（硬石膏）类盖层 该类盖层是高质量的盖层，可遮挡高压气藏。该类盖层是高质量的盖层，可遮挡高压气藏。它它们们所所遮遮挡挡的的油油藏藏的的充充填填程程度度最最为为饱饱满满（常常达达8010080100）油油气气藏藏高高度度大大。含含盐盐岩岩层层随随深深度度增增大大塑塑性性增增大大，由由于于“流流动动效效应应”，它们能愈合裂缝、断裂，使油气不致流失。，它们能愈合裂缝、断裂，使油气不致流失。单单独独由由石石膏膏（特特别别是是硬硬石

8、石膏膏）组组成成的的盖盖层层，其其遮遮挡挡能能力力不不如如盐盐岩岩。石石膏膏与与岩岩盐盐塑塑性性是是硬硬石石膏膏的的三三倍倍，所所以以由由硬硬石石膏膏组组成成的的盖盖层层的的油油藏藏油油柱柱高高度度不不大大，油油充充满满系系数数小小。只只有有石石膏膏与与岩岩盐盐结合或成互层，才能大幅度提高遮挡能力结合或成互层，才能大幅度提高遮挡能力。3.3.碳酸盐类盖层碳酸盐类盖层 通通常常是是指指碳碳酸酸盐盐岩岩占占半半数数至至纯纯由由碳碳酸酸盐盐岩岩组组成成的的一一些些非非渗渗透性岩石，如泥质石灰岩、硫酸盐化灰岩、石灰岩等。透性岩石，如泥质石灰岩、硫酸盐化灰岩、石灰岩等。4.4.砂岩盖层砂岩盖层：致密砂岩

9、或饱含水砂岩致密砂岩或饱含水砂岩。5.5.冰冻成因盖层冰冻成因盖层：见于永久冻土带。见于永久冻土带。盖层遮挡能力排序：盖层遮挡能力排序：岩岩盐盐含含盐盐的的混混合合岩岩类类泥泥（页页）岩岩石石膏膏（硬硬石石膏膏稍稍次次）砂砂质质泥泥岩岩泥泥灰灰岩岩泥泥质质灰灰岩岩及及硫硫酸酸盐盐化化石石灰灰岩岩石石灰灰岩岩含含少量泥质）少量泥质）泥质粉砂泥质粉砂致密砂岩致密砂岩冰冻岩。冰冻岩。三、盖层遮挡能力与厚度的关系三、盖层遮挡能力与厚度的关系 依依诺诺泽泽姆姆采采夫夫研研究究了了古古比比雪雪夫夫地地区区C C油油藏藏之之上上厚厚薄薄不不等等的的盖层对石油的影响。盖层对石油的影响。1.1.石石油油密密度度

10、随随盖盖层层厚厚度度增增加而减小加而减小。但但只只说说明明该该区区2525M M不不足足以以保保护护石石油油的的氧氧化化，厚厚度度达达一一定定值值之之后后，密密度度再再不不增增大大，说说明明油油藏藏已得到充分保护。已得到充分保护。三、盖层遮挡能力与厚度的关系三、盖层遮挡能力与厚度的关系 甲烷甲烷已烷更已烷更高烷类高烷类2.2.溶解气组分变化溶解气组分变化 25M25M内内甲甲烷烷含含量量随随厚厚度度增增大大而而增增大大，线线性性关关系。系。25M25M时不再影响。时不再影响。重重烃烃随随厚厚度度上上升升而而下降，到下降，到25M25M时不变。时不变。说说明明，25M25M是是理理想想厚厚度度，

11、但但是是并并不不是是所所有有地地区区都都应应具具有有25M25M的的理理想想厚度才能作盖层厚度才能作盖层。结论：厚度不是决定因素。厚度与油藏高度无对比关系。结论：厚度不是决定因素。厚度与油藏高度无对比关系。一般认为，盖层厚度与封闭能力之间，没有绝对关系一般认为，盖层厚度与封闭能力之间，没有绝对关系。涅涅斯斯捷捷洛洛夫夫对对盖盖层层的的厚厚度度问问题题进进行行了了实实验验和和理理论论计计算算后后指指出出，只只要要有有1 1米米厚厚的的粘粘土土层层作作盖盖层层，就就能能起起到到封封闭闭油油气气的的作作用。如果再加上时间因素，也只需要几米厚就足够了。用。如果再加上时间因素，也只需要几米厚就足够了。别

12、别列列托托对对西西高高加加索索区区下下白白垩垩统统油油层层的的盖盖层层进进行行了了统统计计和和分分析析，认认为为埋埋深深在在1200-30001200-3000米米范范围围内内，5-105-10米米厚厚的的泥泥岩岩可可封封闭。闭。我国：松辽盆地：泥岩盖层厚度下限我国：松辽盆地：泥岩盖层厚度下限20m20m 川南三叠系气藏石膏盖层下限川南三叠系气藏石膏盖层下限6 610m10m以上是以上是对泥岩而言对泥岩而言，对化学岩却无人涉足。，对化学岩却无人涉足。四、盖层遮挡能力与深度的关系四、盖层遮挡能力与深度的关系 盖盖层层遮遮挡挡性性能能除除与与岩岩性性、厚厚度度有有密密切切关关系系外外，还还与与埋埋

13、藏藏深度有关。影响因素有：深度有关。影响因素有：1 1、岩岩石石埋埋深深增增加加，岩岩石石的的压压缩缩作作用用增增强强岩岩石石密密度度增增大大，体体积积缩缩小小，孔孔隙隙管管道道结结构构发发生生变变化化，孔孔隙隙管管道道截截面面积积变变小小，增强了盖层遮挡能力。增强了盖层遮挡能力。当当深深度度不不大大，约约1000M1000M时时，泥泥质质盖盖层层中中粉粉砂砂质质含含量量的的多多寡寡对其影响较大。含量上升，遮挡下降。对其影响较大。含量上升，遮挡下降。当当深深度度达达3000M3000M或或更更深深时时，压压实实作作用用强强烈烈，导导致致孔孔隙隙度度大大大减小，使泥质粉砂岩与粉砂质泥岩的遮挡能力

14、变得很相近。大减小，使泥质粉砂岩与粉砂质泥岩的遮挡能力变得很相近。粉砂质泥岩粉砂质泥岩粉砂质泥岩粉砂质泥岩泥岩泥岩泥岩泥岩表表1 1 埋深不同的岩石孔隙管道直径渗透率和贯穿压力对比埋深不同的岩石孔隙管道直径渗透率和贯穿压力对比粉砂质泥岩粉砂质泥岩(粉砂组份粉砂组份20)泥泥质质粉粉砂砂岩岩样样号号深深度度m优势优势孔隙孔隙m最大最大孔隙孔隙m渗渗 透透率率md贯贯穿穿压压力力样样号号深深度度m优势优势孔隙孔隙m最大最大孔隙孔隙m渗渗 透透率率md贯贯穿穿压压力力49800.032-0.080.064-0.12.810-418710590.032-0.080.064-0.132410-49518

15、000.025-0.050.04-0.0648.510-530818500.02-0.0640.05-0.14.810-530634000.013-0.030.05-0.0644.410-550937800.02-0.0640.5-0.064510-576 2.2.高温高压高温高压 泥泥岩岩在在高高温温高高压压下下发发生生压压缩缩、脱脱水水作作用用，变变成成硬硬泥泥岩岩（泥泥板板岩岩），其其塑塑性性降降低低，岩岩性性变变脆脆，并并出出现现裂裂隙隙。若若裂裂隙隙不是孤立的，则会显著降低泥岩的遮挡能力。不是孤立的，则会显著降低泥岩的遮挡能力。E.M.E.M.乌乌斯斯（苏苏.高高加加索索天天研研所所

16、)认认为为:泥泥岩岩在在成成岩岩后后生生作作用用的的早早期期是是流流体体挡挡板板，进进入入深深处处（4000-6000M4000-6000M）后后会会开开裂裂变变成成渗透层。渗透层。对对西西西西伯伯利利亚亚中中生生界界剖剖面面的的研研究究，泥泥质质盖盖层层在在150015002500M2500M深度性能最佳。深度性能最佳。第二节第二节 盖层的分类评价盖层的分类评价一、盖层的分类评价一、盖层的分类评价 1.A.A.1.A.A.哈宁的盖层分类评价哈宁的盖层分类评价 哈哈宁宁根根据据实实验验数数据据编编制制了了一一个个泥泥质质岩岩评评价价表表。这这是是对对盖盖层所作的首次划分尝试。层所作的首次划分尝

17、试。分类依据分类依据：孔隙直径、渗滤性质、气体贯穿压力。：孔隙直径、渗滤性质、气体贯穿压力。存存在在问问题题：用用煤煤油油饱饱和和岩岩样样与与地地层层条条件件根根本本不不同同。地地层层条条件件下下作作为为盖盖层层的的泥泥岩岩虽虽然然与与油油气气直直接接接接触触，但但盖盖层层中中通通常含有水，这种水处于毛管中，是难以置换出来的。常含有水，这种水处于毛管中，是难以置换出来的。划分过细划分过细 泥岩遮挡能力评价表（哈宁）泥岩遮挡能力评价表（哈宁）组组气体绝对渗透率气体绝对渗透率 (MD)(MD)通过饱和煤油岩石的气体通过饱和煤油岩石的气体 贯穿压力贯穿压力(Kg/cm(Kg/cm2 2)遮挡能力遮挡

18、能力 A A 10 10-6-6 120 120非常高非常高 B B 10 10-5-5 8080 高高 C C 10 10-4-4 55 55 中中 D D 10 10-3-3 30 30 偏低偏低 E E 10 10-2-2 5 5 低低F F 10 10-1-1 0.010.01无无 遮遮 挡挡 能能力力R.AR.A皮利普建议的岩石遮挡能力评价表皮利普建议的岩石遮挡能力评价表类类气体绝对气体绝对渗透率渗透率(MD)遮挡系数遮挡系数(1/K)通过饱和水通过饱和水岩石的气体岩石的气体贯穿压力差贯穿压力差P(Kg/c2)遮遮挡挡能能力力10-5105400高高10-5-10-3105-1031

19、50-400中中10-3103150低低 二、评价盖层遮挡能力的一些常用参数指标二、评价盖层遮挡能力的一些常用参数指标 1.1.厚度：泥岩厚厚度：泥岩厚25m25m为理想厚度为理想厚度 在在某某些些情情况况下下（P Pk k值值较较高高、NaNa+含含量量高高、膨膨胀胀性性矿矿物物含含量量高，裂隙少时）高，裂隙少时）56M56M厚的泥岩也可成为工业油气藏的盖层。厚的泥岩也可成为工业油气藏的盖层。对于石膏、硬石膏层、某些油区资料对于石膏、硬石膏层、某些油区资料20M20M厚才可靠。厚才可靠。2.2.贯穿压力（贯穿压力（P P贯）与贯穿压差（贯）与贯穿压差（贯）贯）贯贯气体贯穿饱和煤油的岩石所需压

20、力。气体贯穿饱和煤油的岩石所需压力。盖层贯穿时其上、下之压力差。盖层贯穿时其上、下之压力差。这两个数值越大，盖层遮挡能力越强。这两个数值越大，盖层遮挡能力越强。3.3.渗透率渗透率K K 对对于于储储层层，一一般般小小于于1md1md就就不不再再分分析析具具体体数数值值了了。而而对对于于盖盖层层，其其渗渗透透率率精精度度则则要要求求达达到到1010-6-6mdmd，数数值值越越小小，说说明明遮遮挡挡能能力力越越强强。一一般般大大于于0.01md0.01md的的岩岩石石就就被被认认为为无无遮遮挡挡能能力力，不不能能作作盖层。盖层。4.4.遮挡系数遮挡系数 1/K 1/K K K的的倒倒数数1/K

21、1/K，因因为为K K太太小小（0.10.001md0.10.001md）使使用用不不方方便便，1/K1/K则为整数，数值越大，遮挡越强。则为整数，数值越大，遮挡越强。5.5.孔隙管道的直径孔隙管道的直径(d)(d)可可根根据据N.N.N.N.涅涅斯斯切切罗罗夫夫公公式式来来估估算算，由由一一定定粒粒级级的的均均匀匀颗粒组成的孔隙管道直径：颗粒组成的孔隙管道直径：式中：式中：nn泥质颗粒面积泥质颗粒面积 M M孔隙度孔隙度 d d孔隙管道的平均直径孔隙管道的平均直径 一般说来，一般说来，d d越小，盖层遮挡能力就越强。越小，盖层遮挡能力就越强。6.6.泥岩中膨胀性矿物的含量泥岩中膨胀性矿物的含

22、量 蒙蒙脱脱石石含含量量越越高高，遮遮挡挡能能力力越越强强，对对盖盖层层厚厚度度的的要要求求相相应可以降低。应可以降低。7.7.泥质盖层的砂质、粉砂质百分含量及泥质系数泥质盖层的砂质、粉砂质百分含量及泥质系数 呈夹层或杂质形式出现于泥质盖层中的砂、粉砂含量越呈夹层或杂质形式出现于泥质盖层中的砂、粉砂含量越高，遮挡力越差。高，遮挡力越差。泥质系数泥质系数-泥岩总厚度泥岩总厚度/盖层总厚度。系数越大，遮挡盖层总厚度。系数越大，遮挡能力越强。能力越强。8.8.盖层中交换盖层中交换NaNa+含量含量 NaNa+含含量量高高，则则膨膨胀胀性性、吸吸水水性性、塑塑性性都都好好，遮遮挡挡能能力力强强（此指标

23、尚有争议）。（此指标尚有争议）。9.9.盖层的分散度盖层的分散度 分散度（粉碎程度）越高，其渗透率就越小。分散度（粉碎程度）越高，其渗透率就越小。10.10.盖层岩石塑性盖层岩石塑性 塑性大，盖层好。塑性大，盖层好。不易产生裂缝。不易产生裂缝。塑性大小顺序塑性大小顺序：盐岩：盐岩硬石膏富有机质页岩硬石膏富有机质页岩页岩页岩粉粉砂质页岩砂质页岩钙质页岩钙质页岩燧石岩燧石岩 泥岩塑性的影响泥岩塑性的影响：粘土矿物种类和含量：粘土矿物种类和含量 韧性大小顺序：蒙脱石韧性大小顺序：蒙脱石高岭石高岭石伊利石伊利石绿泥石绿泥石 11.11.孔隙毛细压力（孔隙毛细压力（P PK K）P PK K越大，遮挡越

24、强。越大，遮挡越强。盖层毛细压力盖层毛细压力储层毛细压力油藏能量，则油藏就能保储层毛细压力油藏能量，则油藏就能保存下来。存下来。第三节第三节 盖层研究新方法盖层研究新方法一、一、声波时差声波时差测井法评价泥岩盖层封闭性测井法评价泥岩盖层封闭性 声波速度的大小与岩性有关，尤其对声波速度的大小与岩性有关，尤其对岩石的孔隙结构岩石的孔隙结构反映反映更为灵敏。更为灵敏。泥岩颗粒小，孔隙半径与喉道半径差别不大，且孔隙大小泥岩颗粒小，孔隙半径与喉道半径差别不大，且孔隙大小分布较均匀，因此泥岩孔隙度大小反映了喉道半径的变化，与分布较均匀，因此泥岩孔隙度大小反映了喉道半径的变化，与渗透率、排替压力关系密切。渗

25、透率、排替压力关系密切。大量统计资料表明，声波时差值越大，泥岩孔隙度越大，大量统计资料表明，声波时差值越大，泥岩孔隙度越大，则排替压力越小；所以，则排替压力越小；所以，泥岩声波时差值与其封闭性之间有较泥岩声波时差值与其封闭性之间有较好的对应关系好的对应关系。郝石生、陈章明、吕延防等（郝石生、陈章明、吕延防等（19951995）：以松辽盆地的数据）：以松辽盆地的数据为例，总结了泥岩、粉砂质泥岩和泥质粉砂岩的排替压力与声为例，总结了泥岩、粉砂质泥岩和泥质粉砂岩的排替压力与声波时差之间的对应经验公式：波时差之间的对应经验公式：泥岩：泥岩：泥岩：泥岩：粉砂质泥岩：粉砂质泥岩：粉砂质泥岩：粉砂质泥岩：泥

26、质粉砂岩：泥质粉砂岩：泥质粉砂岩：泥质粉砂岩：优点优点：解决了盖层样品不足的矛盾，不仅节省经费与时间，而：解决了盖层样品不足的矛盾，不仅节省经费与时间，而且可以对每口井钻遇的层连续采样、评价。且可以对每口井钻遇的层连续采样、评价。缺点缺点：受到井数量的限制，难以在面上扩展到一个盆地（或凹：受到井数量的限制，难以在面上扩展到一个盆地（或凹陷）评价泥岩盖层的封闭性。陷）评价泥岩盖层的封闭性。第三节第三节 盖层研究新方法盖层研究新方法二、二、地震层速度地震层速度法评价泥岩盖层封闭性法评价泥岩盖层封闭性 将上述将上述声波时差声波时差与排替压力关系式转化为与排替压力关系式转化为声波速度声波速度与排替与排

27、替压力关系式，再将压力关系式，再将校正后的地震层速度取代声波速度校正后的地震层速度取代声波速度即可算出即可算出排替压力值。排替压力值。由于地震速度与声波速度二者常有一定的系统误差，一般由于地震速度与声波速度二者常有一定的系统误差，一般地震速度往往大于声波速度，地震速度往往大于声波速度，需进行误差校正需进行误差校正。先算出相应点位的排替压力值，最后编制排替压力等值线先算出相应点位的排替压力值，最后编制排替压力等值线图，便可图，便可对盖层封闭性作出全区评价对盖层封闭性作出全区评价。此外，比较正常压实段与欠压实段泥岩的声波速度或地震此外，比较正常压实段与欠压实段泥岩的声波速度或地震层速度，也层速度，也可对泥岩盖层超压封闭作出评价可对泥岩盖层超压封闭作出评价。