石油天然气地质学第5章盖层研究.ppt
第五章 油气藏盖层研究第一节 盖层概述一、盖层概念 1.定义：位于储集层之上，阻止油气向上运移的致密不渗透岩层。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。即：盖层的有效性是相对的。,2.盖层分类 局部：含油气盆地的局部隆起上（1）按分布规模 区域：含油气盆地全区覆盖 相对均质盖层（其它岩性夹层25）按成分 不均质盖层（其它岩性夹层25）陆源成因：含泥质、粉砂质盖层 化学成因：含岩盐、石膏、硬石膏 按成因 冰冻成因：含冰冻砂、粉砂 混合成因：灰泥、膏盐、灰盐、膏灰、泥冰 特殊盖层：水合物盖层 沥青盖层,3 盖层封闭烃类的机理：毛细管力封闭具有较高的排替压力而阻止烃类逸散 超压封闭异常高的孔隙压力而阻止烃类逸散(3)烃浓度封闭生烃地层以高浓度阻止下伏油气向上扩散运移。特点：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；对于石油比天然气更重要，气易溶于水；在泥岩压实阶段的晚期更为重要；,特点：异常高压 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；在泥岩压实阶段的中期更重要；(3)烃浓度封闭 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；本身是烃源岩，同样具有毛管压力封闭；,二、盖层与岩性的关系从世界现有油田来看，可作盖层的岩性有：(1)泥（页）岩 与碎屑岩储层并存；(2)岩盐石膏（硬石膏）多发育在碳酸盐岩剖面；(3)泥灰岩、泥质石灰岩、石灰岩裂缝不发育地区；(4)冰冻砂岩、致密砂岩少见据统计(H.D.Klemme,1977),世界上334个大油气田中 泥页岩盖层占65，蒸发岩类 占33，致密灰岩类占2,1.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。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。影响该类盖层的因素：膨胀性矿物（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。粒度组分：分散性（粉碎程度）越高，其渗透率就越低，遮挡能力就越强。含砂质、粉砂质等杂质会大大降低泥质盖层的遮挡能力；矿物成份：蒙脱石吸收容量大，因此遮挡力强；,2.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。它们所遮挡的油藏的充填程度最为饱满（常达80100）油气藏高度大。含盐岩层随深度增大塑性增大，由于“流动效应”，它们能愈合裂缝、断裂，使油气不致流失。单独由石膏（特别是硬石膏）组成的盖层，其遮挡能力不如盐岩。石膏与岩盐塑性是硬石膏的三倍，所以由硬石膏组成的盖层的油藏油柱高度不大，油充满系数小。只有石膏与岩盐结合或成互层，才能大幅度提高遮挡能力。,3.碳酸盐类盖层 通常是指碳酸盐岩占半数至纯由碳酸盐岩组成的一些非渗透性岩石，如泥质石灰岩、硫酸盐化灰岩、石灰岩等。4.砂岩盖层：致密砂岩或饱含水砂岩。5.冰冻成因盖层：见于永久冻土带。盖层遮挡能力排序：岩盐含盐的混合岩类泥（页）岩石膏（硬石膏稍次）砂质泥岩泥灰岩泥质灰岩及硫酸盐化石灰岩石灰岩含少量泥质）泥质粉砂致密砂岩冰冻岩。,三、盖层遮挡能力与厚度的关系 依诺泽姆采夫研究了古比雪夫地区C油藏之上厚薄不等的盖层对石油的影响。,石油密度随盖层厚度增加而减小。但只说明该区25M不足以保护石油的氧化，厚度达一定值之后，密度再不增大，说明油藏已得到充分保护。,三、盖层遮挡能力与厚度的关系,甲烷,已烷更高烷类,2.溶解气组分变化 25M内甲烷含量随厚度增大而增大，线性关系。25M时不再影响。重烃随厚度上升而下降，到25M时不变。说明，25M是理想厚度，但是并不是所有地区都应具有25M的理想厚度才能作盖层。,结论：厚度不是决定因素。厚度与油藏高度无对比关系。一般认为，盖层厚度与封闭能力之间，没有绝对关系。涅斯捷洛夫对盖层的厚度问题进行了实验和理论计算后指出，只要有1米厚的粘土层作盖层，就能起到封闭油气的作用。如果再加上时间因素，也只需要几米厚就足够了。别列托对西高加索区下白垩统油层的盖层进行了统计和分析，认为埋深在1200-3000米范围内，5-10米厚的泥岩可封闭。我国：松辽盆地：泥岩盖层厚度下限20m 川南三叠系气藏石膏盖层下限610m以上是对泥岩而言，对化学岩却无人涉足。,四、盖层遮挡能力与深度的关系 盖层遮挡性能除与岩性、厚度有密切关系外，还与埋藏深度有关。影响因素有：1、岩石埋深增加，岩石的压缩作用增强岩石密度增大，体积缩小，孔隙管道结构发生变化，孔隙管道截面积变小，增强了盖层遮挡能力。当深度不大，约1000M时，泥质盖层中粉砂质含量的多寡对其影响较大。含量上升，遮挡下降。当深度达3000M或更深时，压实作用强烈，导致孔隙度大大减小，使泥质粉砂岩与粉砂质泥岩的遮挡能力变得很相近。,表1 埋深不同的岩石孔隙管道直径渗透率和贯穿压力对比,2.高温高压 泥岩在高温高压下发生压缩、脱水作用，变成硬泥岩（泥板岩），其塑性降低，岩性变脆，并出现裂隙。若裂隙不是孤立的，则会显著降低泥岩的遮挡能力。E.M.乌斯（苏.高加索天研所)认为:泥岩在成岩后生作用的早期是流体挡板，进入深处（4000-6000M）后会开裂变成渗透层。对西西伯利亚中生界剖面的研究，泥质盖层在15002500M深度性能最佳。,第二节 盖层的分类评价一、盖层的分类评价 1.A.A.哈宁的盖层分类评价 哈宁根据实验数据编制了一个泥质岩评价表。这是对盖层所作的首次划分尝试。分类依据：孔隙直径、渗滤性质、气体贯穿压力。存在问题：用煤油饱和岩样与地层条件根本不同。地层条件下作为盖层的泥岩虽然与油气直接接触，但盖层中通常含有水，这种水处于毛管中，是难以置换出来的。划分过细,泥岩遮挡能力评价表（哈宁）,R.A皮利普建议的岩石遮挡能力评价表,二、评价盖层遮挡能力的一些常用参数指标 1.厚度：泥岩厚25m为理想厚度 在某些情况下（Pk值较高、Na+含量高、膨胀性矿物含量高，裂隙少时）56M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20M厚才可靠。2.贯穿压力（P贯）与贯穿压差（贯）贯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。这两个数值越大，盖层遮挡能力越强。,3.渗透率K 对于储层，一般小于1md就不再分析具体数值了。而对于盖层，其渗透率精度则要求达到10-6md，数值越小，说明遮挡能力越强。一般大于0.01md的岩石就被认为无遮挡能力，不能作盖层。4.遮挡系数 1/K K的倒数1/K，因为K太小（0.10.001md）使用不方便，1/K则为整数，数值越大，遮挡越强。,5.孔隙管道的直径(d)可根据N.N.涅斯切罗夫公式来估算，由一定粒级的均匀颗粒组成的孔隙管道直径：式中：n泥质颗粒面积 M孔隙度 d孔隙管道的平均直径 一般说来，d越小，盖层遮挡能力就越强。,6.泥岩中膨胀性矿物的含量 蒙脱石含量越高，遮挡能力越强，对盖层厚度的要求相应可以降低。7.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、粉砂含量越高，遮挡力越差。泥质系数-泥岩总厚度/盖层总厚度。系数越大，遮挡能力越强。8.盖层中交换Na+含量 Na+含量高，则膨胀性、吸水性、塑性都好，遮挡能力强（此指标尚有争议）。,9.盖层的分散度 分散度（粉碎程度）越高，其渗透率就越小。10.盖层岩石塑性 塑性大，盖层好。不易产生裂缝。塑性大小顺序：盐岩硬石膏富有机质页岩页岩粉砂质页岩钙质页岩燧石岩 泥岩塑性的影响：粘土矿物种类和含量 韧性大小顺序：蒙脱石高岭石伊利石绿泥石 11.孔隙毛细压力（PK）PK越大，遮挡越强。盖层毛细压力储层毛细压力油藏能量，则油藏就能保存下来。,第三节 盖层研究新方法一、声波时差测井法评价泥岩盖层封闭性 声波速度的大小与岩性有关，尤其对岩石的孔隙结构反映更为灵敏。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。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，泥岩声波时差值与其封闭性之间有较好的对应关系。,郝石生、陈章明、吕延防等（1995）：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波时差之间的对应经验公式：,泥岩：,粉砂质泥岩：,泥质粉砂岩：,优点：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。缺点：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。,第三节 盖层研究新方法二、地震层速度法评价泥岩盖层封闭性 将上述声波时差与排替压力关系式转化为声波速度与排替压力关系式，再将校正后的地震层速度取代声波速度即可算出排替压力值。由于地震速度与声波速度二者常有一定的系统误差，一般地震速度往往大于声波速度，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图，便可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层速度，也可对泥岩盖层超压封闭作出评价。,
