石油天然气地质学 第5章盖层研究ppt课件

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：位于储集层之上，阻止油定义：位于储集层之上，阻止油气向上运移的致密不渗透岩层。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。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，不能作更高的情况下则有可能被穿透，不能作盖层。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 部分：含油气盆

2、地的局部隆部分：含油气盆地的局部隆起上起上 （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、粉砂质盖陆源成因：含泥质、粉砂质盖层层 化学成因：含岩盐、石膏、硬化学成因：含岩盐、石膏、硬石膏石膏 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、灰盐混合成因：灰泥、膏盐、灰盐、膏灰、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

3、理：盖层封闭烃类的机理： 毛细管力封闭毛细管力封闭具有较高的排替压力而阻具有较高的排替压力而阻止烃类逸散止烃类逸散 超压封闭超压封闭异常高的孔隙压力而阻止烃类异常高的孔隙压力而阻止烃类逸散逸散 (3) (3) 烃浓度封闭生烃地层以高浓度阻止下伏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。油气向上扩散运移。 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，难以封堵水溶一般只能遮挡游离相的烃，难以封堵水溶相及扩散相烃；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； 在泥岩压实阶段的晚期更为重要；在泥岩压实阶段的晚期更为重要；特点

4、：特点： 异常高压异常高压 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； 在泥岩压实阶段的中期更重要；在泥岩压实阶段的中期更重要； (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)

5、泥页岩泥页岩 与碎屑岩储层并存；与碎屑岩储层并存； (2) (2) 岩盐石膏硬石膏）多发育在碳酸盐岩剖面；岩盐石膏硬石膏）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、

6、数量多、最常见，几乎产于各种沉积特点：分布广、数量多、最常见，几乎产于各种沉积环境中。环境中。 苏联对泥质岩盖层研究较详细，对其成分、分散度、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。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：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。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。就越低，遮挡能力就越强。 含砂质、

7、粉砂质等杂质会大大降低泥质盖层的遮含砂质、粉砂质等杂质会大大降低泥质盖层的遮挡能力；挡能力； 矿物成份：蒙脱石吸收容量大，因此遮挡力强；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.

8、3. 碳酸盐类盖层碳酸盐类盖层 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、一些非渗透性岩石，如泥质石灰岩、硫酸盐化灰岩、石灰岩等。石灰岩等。4. 4. 砂岩盖层：致密砂岩或饱含水砂岩。砂岩盖层：致密砂岩或饱含水砂岩。5. 5. 冰冻成因盖层：见于永久冻土带。冰冻成因盖层：见于永久冻土带。盖层遮挡能力排序：盖层遮挡能力排序： 岩盐岩盐含盐的混合岩类含盐的混合岩类泥页岩泥页岩石膏硬石膏硬石膏稍次）石膏稍次）砂质泥岩砂质泥岩泥灰岩泥灰岩泥质灰岩及硫酸盐泥质灰岩及硫酸盐化石灰岩化石灰岩石灰岩含少量泥质）石灰岩含少量

9、泥质）泥质粉砂泥质粉砂致密砂致密砂岩岩冰冻岩。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 依诺泽姆采夫研究了古比雪夫地区依诺泽姆采夫研究了古比雪夫地区C C油藏之上厚油藏之上厚薄不等的盖层对石油的影响。薄不等的盖层对石油的影响。 石油密度随盖层厚度增石油密度随盖层厚度增加而减小。加而减小。 但只说明该区但只说明该区25M25M不足以保护石油的氧化不足以保护石油的氧化，厚度达一定值之后，厚度达一定值之后，密度再不增大，说明油密度再不增大，说明油藏已得到充分保护。藏已得到充分保护。 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 2. 2. 溶解气组分变化溶解气组

10、分变化 25M25M内甲烷含量随厚内甲烷含量随厚度增大而增大，线性关度增大而增大，线性关系。系。25M25M时不再影响。时不再影响。 重烃随厚度上升而重烃随厚度上升而下降，到下降，到25M25M时不变。时不变。 阐明，阐明，25M25M是理想厚是理想厚度，但是并不是所有地度，但是并不是所有地区都应具有区都应具有25M25M的理想的理想厚度才能作盖层。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。 涅斯捷洛夫对盖层的厚度问题进行了

11、实验和理论计算后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，只要有指出，只要有1 1米厚的粘土层作盖层，就能起到封闭油气的作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。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，认为埋深在分析，认为埋深在1200-30001200-3000米范围内，米范围内，5-105-10米厚的泥岩可封米厚的泥岩可封闭。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

12、石膏盖层下限川南三叠系气藏石膏盖层下限6 610m10m以上是对泥岩而言，对化学岩却无人涉足。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，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：还与埋藏深度有关。影响因素有： 1 1、岩石埋深增加，岩石的压缩作用增强、岩石埋深增加，岩石的压缩作用增强岩石岩石密度增大，体积缩小，孔隙管道结构发生变化，孔密度增大，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。隙管道截面积变小，增强了盖层遮挡能力。 当深度不大，约当深

13、度不大，约1000M1000M时，泥质盖层中粉砂质含时，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。量的多寡对其影响较大。含量上升，遮挡下降。 当深度达当深度达3000M3000M或更深时，压实作用强烈，导致或更深时，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。挡能力变得很相近。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

14、大孔隙孔隙m渗 透渗 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 透渗 透率率md贯贯穿穿压压力力49800.032-0.080.064-0.12.810-418710590.032-0.080.064-0.132410-49518000.025-0.050.04-0.0648.510-530818500.02-0.0640.05-0.14.810-530634000.013-0.030.05-0.0644.410-550937800.02-0.0640.5-0.064510-576 2. 2. 高温高压高温高压 泥岩在高温高压下发生压缩、脱水作用，变

15、成硬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裂隙。若裂隙不是孤立的，则会显著降低泥岩的遮挡能力。挡能力。 E.M.E.M.乌斯苏乌斯苏. .高加索天研所高加索天研所) )以为以为: :泥岩在成岩泥岩在成岩后生作用的早期是流体挡板，进入深处后生作用的早期是流体挡板，进入深处4000-4000-6000M6000M后会开裂变成渗透层。后会开裂变成渗透层。 对西西伯利亚中生界剖面的研究，泥质盖层在对西西伯利亚中生界剖面的研究，泥质盖层在150015002500M2500M

16、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 哈宁根据实验数据编制了一个泥质岩评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。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、气分类依据：孔隙直径、渗滤性质、气体贯穿压力。体贯穿压力。 存在问题：用煤油饱和岩样与地层条存在问题：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，然与油气直接接

17、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。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/cm2)(Kg/cm2)遮挡能力遮挡能力 A A 10-6 10-6 120 120非常高非常高 B B 10-5 10-5 8080 高高 C C 10-4 10-4 55 55 中中 D D 10-3 10-3 30 30 偏低偏低 E E 10-2 10-2 5 5 低低F F 10-1 10-1 0.010

18、.01无 遮 挡 能无 遮 挡 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)遮挡能遮挡能力力10-5105400高高10-5-10-3105-103150-400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 在某些情况下在某些情况下PkPk值较高、值较高、Na+Na+含量高、膨胀性含量高、

19、膨胀性矿物含量高，裂隙少时矿物含量高，裂隙少时56M56M厚的泥岩也可成为工厚的泥岩也可成为工业油气藏的盖层。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厚才可厚才可靠。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 对于储层，一般小于对于储层，一般小于1md1md就不再分析具体数值了。就不再

20、分析具体数值了。而对于盖层，其渗透率精度则要求达到而对于盖层，其渗透率精度则要求达到10-6md10-6md，数值，数值越小，说明遮挡能力越强。一般大于越小，说明遮挡能力越强。一般大于0.01md0.01md的岩石就的岩石就被认为无遮挡能力，不能作盖层。被认为无遮挡能力，不能作盖层。 4. 4. 遮挡系数遮挡系数 1/K 1/K K K的倒数的倒数1/K1/K，因为，因为K K太小太小0.10.001md0.10.001md使用不使用不方便，方便，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) 可根据可根据N.N.

21、N.N.涅斯切罗夫公式来估算，由一定粒级的均匀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：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。nMnd31 6. 6. 泥岩中膨胀性矿物的含量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。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

22、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Na+Na+含量含量 Na+ Na+含量高，则膨胀性、吸水性、塑性都好，遮挡能力含量高，则膨胀性、吸水性、塑性都好，遮挡能力强此指标尚有争议）。强此指标尚有争议）。 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

23、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：盐岩塑性大小顺序：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：粘土矿物种类和含量泥岩塑性的影响：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PKPK） PK PK越大，遮挡越强。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、声波

24、时差测井法评价泥岩盖层封闭性一、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。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，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、排替大小反映了喉道半径的变化，与渗透率、排替压力关系密切。压力关系密切。 大量统计资料表明，声波时差值越大，泥大量统计资料表明，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、吕延防等郝石生、陈