石油天然气地质与勘探课件

石油天然气地质与勘探任课人：逄雯山东胜利职业学院第三章储集层和盖层第一节储集层的岩石物性参数第二节碎屑岩储集层第三节碳酸盐岩储集层第四节特殊岩类储集层第五节盖层的类型及其封盖机制

一、盖层的概念及类型二、盖层的封闭机理三、盖层有效性的影响因素第五节盖层的类型及其封盖机制

概念：位于储集层之上，能封隔储集层，阻止其中的油气向上逸散的岩层。

作用：阻碍油气逸散特点：细粒、致密、孔渗性差。第五节盖层的类型及其封盖机制一、

盖层的概念及类型（Caprock）（1）泥质岩类盖层泥岩、页岩、含砂泥岩、钙质泥岩等；粒度细、致密、渗透性低，具有可塑性、吸附性和膨胀性等特征，是良好的盖层岩性，油气田中最常见盖层。分布最广、数量最多。（2）蒸发岩类盖层盐岩、膏岩，是一类最佳的盖层。世界上天然气储量约35%与盐岩和膏岩盖层有关。1.按岩性分类

（3）碳酸盐岩类盖层

泥灰岩、泥质灰岩、致密灰岩；由于碳酸盐岩易被水淋滤、溶蚀形成缝洞，作为盖层有争议。（4）其它岩类盖层铝土岩、火成岩、煤层1.按岩性分类鄂尔多斯盆地晚三叠世油藏，盖层—低孔渗透性砂岩辽河盆地东部坳陷南部地区东营组，盖层——火山岩

——孔径差别；封闭烃柱（1）区域性盖层：指遍布在含油气盆地或者坳（凹）陷中的大部分地区，厚度大，面积大，分布广而稳定的盖层。

—对整个盆地或者坳陷油气聚集起控制作用。（2）局部性盖层(圈闭盖层)：指分布在一个或数个油气保存单元内或者在某些局部构造或者局部构造上某些部位的盖层。

—只对某一地区局部的油气聚集起控制作用。2.按分布范围大小分类：3.根据盖层与油气藏的位置关系:（1）直接盖层：指紧邻储层之上的封闭岩层。可以是局部性盖层，也可以是区域性盖层。（2）上覆盖层：指储集岩上覆直接盖层之上的所有非渗透性岩层。一般是指区域性盖层，对区域性的油气聚集和保存起重要作用。4.特殊盖层:（1）水合物盖层：甲烷在低温或高压下具有与水形成水合物晶体的习性，它们形成晶体后丧失了全部活动能力。这是一种非常有效的盖层。①永久冻土地区大陆边缘的浅部储集层②埋藏浅，其上为冰冷的冷水覆盖的储集层4.特殊盖层:（2）沥青盖层：先期油气藏被破坏，储集层中的轻质油气逸散，重质沥青滞留在储层中对以后运聚的油气起到了盖层作用。

加利福尼亚洲圣华金河谷东部油田的砂岩油藏，盖层焦沥青。产油砂岩段沿上倾方向到露头的短距离范围内充满了焦沥青。按盖层阻止油气运移的方式：排替压力高――毛细管压力封闭（物性封闭）具异常高地层压力――异常高压封闭含烃浓度高――烃浓度封闭二、盖层的封闭机理（一）物性封闭

——依靠盖层与储集层之间的毛细管压力差封堵油气，差值越大，封堵能力越强。又称：毛细管力封闭，薄膜封闭。1.浮压盖层的孔喉小且不连通，像个细孔筛，孔隙表面被水湿润（薄膜封闭），下伏油柱的浮力对水膜施加压力，当浮压不能克服水膜时，油气被阻止。Pb=(ρw-ρp)gh（一）物性封闭

——依靠盖层岩石的毛细管力对油气运移的阻止作用。又称：毛细管力封闭，薄膜封闭。1.浮压盖层的孔喉小且不连通，像个细孔筛，孔隙表面被水湿润（薄膜封闭），下伏油柱的浮力对水膜施加压力，当浮压不能克服水膜时，油气被阻止。Pd=(ρw-ρp)gh（一）物性封闭

——依靠盖层与储集层之间的毛细管压力差封堵油气，差值越大，封堵能力越强。又称：毛细管力封闭，薄膜封闭。1.毛管压力与薄膜封闭水饱和盖层岩石的毛细管力(Pd)是最大孔喉半径（R）、润湿角(θ)、烃-水表面张力(σ)的函数：Pd=2σcosθ/R

它与烃类性质和介质温压条件有关

（一）物性封闭

——依靠盖层岩石的毛细管力对油气运移的阻止作用。又称：毛细管力封闭，薄膜封闭。

在评价毛管压力封闭能力时，常引用排替压力的概念。

排替压力：岩样中非湿润相流体排驱湿润相流体所需的最小压力。即非湿润相开始注入岩样中最大喉道的毛细管力。

它在毛细管压力曲线上为压力最小的拐点。不同粒度的沉积物的排替压力盖层是相对的，只要存在物性差异或排替压力差，即可形成盖层；储盖层接触面上：水为润湿相（强润湿），θ很小，θ＝O油水两相时：向上向下3.最大烃柱的理论高度——向下——储层油要进入盖层必须克服的最小压力。同理，气水两相时：——向下正常静水条件下，促使油气向上突破的动力是浮力F，单位面积上油柱的静浮力即：——盖层才能封住油气。盖层所能封住的最大油柱高度为：同理，还可以推出盖层所能封住的最大气柱高度。∴气藏比油藏对盖层的要求更严格。∴相同条件下，岩层孔径＜5×10－6cm油气盖层；岩层孔径＝5×10－6~2×10－4cm油盖层；岩层孔径＞2×10－4cm非盖层。研究发现：因此：（二）异常高压封闭Superpressuneseals

（1）地层剖面中，某层沉积物所受到的由上覆岩层重力负荷（上覆沉积物的基质和孔隙空间流体的总重量）引起的压力，称地静压力（S），又称上覆岩层压力，积土压力

地层封闭条件下，S由两部分组成：S＝б＋Pf＝

gHρr其中б：沉积物骨架支撑的压力；S：静岩压力；g--重力加速度

H：上覆沉积物的厚度；

ρr--上覆沉积物的平均总体密度

Pf：岩层中孔隙流体压力，又称地层压力；

当上覆沉积物每增加单位厚度时所增加的压力称地静压力梯度。通常指每增加1米沉积物所增加的压力,用pa/m单位表示.取上覆沉积物的平均总体密度为2.3×10³kg/m³,则地静压力梯度约为2.3×10000Pa/m。（2）静水条件下：

岩石孔隙中的流体只承受了上覆岩层中垂直液柱重量所引起的压力－静水压力，即：Z：液柱高度（埋深）（1atm＝105Pa=0.1Mpa）（二）异常高压封闭Superpressuneseals静水压力：由静水柱重量所造成的压力，由连通在地层孔隙中的水柱所产生的压力。

pH

=Hρwg式中：pH---静水压力；

H--上覆水柱的高度；

ρw--水的密度；

g--重力加速度静水压力：

地层剖面中，随埋深↑，S↑，下伏沉积物孔隙度↓、密度↑，流体相应排出

――压实作用。

随S↑，Z↑，孔隙度持续↓，流体相应排出，保持：

Pf=PH――正常压实

当泥质岩层不太厚时，Pf>PH时的Pf：异常高孔隙流体压力Pt=Pf-PH：剩余孔隙流体压力。

当Pt>F浮时，即可对下伏储集层中油气造成封闭。这就是异常高压封闭。欠压实泥岩封闭能力示意图（郝石生，1995）（二）异常高压封闭（超压封闭）是指地层孔隙流体压力比其对应的静水压力高。这种依靠盖层异常流体压力而封闭油气的机理称之为流体压力封闭，简称超压封闭。超压封闭的能力取决超压的大小，超压越高，其封盖能力越高。一旦超压盖层因某种原因而恢复到正常的静水压力状态，超压封闭作用即被毛细管封闭所取代。（天然气扩散运移的主要动力是浓度差，即由高浓度向低浓度扩散运移，以求达到浓度平衡。若岩层有一定的生气能力，正处于生烃过程中，就会出现气的高浓度，并将气向上、下扩散，向下的扩散阻滞了下伏烃向上的扩散。生气强度越大，这种封闭性越强。这种封闭形式常见于生烃期，并可造成异常高压，生烃停止后，这种烃浓度封闭逐渐衰减，异常高压也随之逐渐消失。一定地区通常有若干烃源岩系，主力烃源岩系只是少数，余者可作为浓度盖层，而且生烃能力越强，封闭能力越大。例如：东海盆地西湖凹陷龙井组，起到了保护主力气源岩即下伏平原组所生成的天然气的作用。大港油田浅层生物气的存在，促进了板桥和歧口凹陷热解成因气的聚集成藏。）（三）烃浓度封闭原理：

岩层正处于生烃过程中，出现气的高浓度，并将气向上、下扩散，向下的扩散阻滞了下伏烃向上的扩散。生气强度越大，这种封闭性越强。这种封闭形式常见于生烃期，并可造成异常高压，生烃停止后，这种烃浓度封闭逐渐衰减，异常高压也随之逐渐消失。（三）烃浓度封闭烃浓度封闭示意图（据郝石生，1995）三、影响盖层有效性的因素岩性、成岩程度、矿物成分及含量、厚度和连续性。1、岩性不同岩性的塑性及内部空隙结构不同，封闭能力也存在差异。韧性岩石构成的盖层与脆性岩石相比不易产生断裂和裂缝。在通常条件下，韧性的顺序是盐岩>硬石膏>富含有机质页岩>页岩>粉砂质页岩>钙质页岩>燧石岩。蒸发岩的韧性最大。蒸发岩发育的含油气盆地多形成大型油气田。★三、影响盖层有效性的因素(论述)(一)盖层的岩性

蒸发岩、富含有机质岩泥岩、排替压力大，封盖性强。(二)韧性

韧性岩石构成的盖层与脆性岩石相比不易产生断裂和裂缝。韧性的顺序：盐岩>硬石膏>富含有机质页岩>页岩>粉砂质页岩>钙质页岩>燧石岩。(三)盖层厚度

实际盖层的厚度一般可从几十米到几百米。如科威特布尔干油田，厚30m的阿赫马迪页岩封闭了740x108bbl桶油。我国南海崖13－1气田顶部直接盖层梅二段在崖13－1－1井的单层厚度仅4m。理论上讲，盖层厚度对封闭能力没有直接影响。几英寸厚的粘土岩，足以封住915m的油柱。

盖层厚度越大，其封闭能力越强。盖层厚度越大，其封闭能力越强。主要原因：（1）盖层厚度大，说明沉积环境稳定，沉积物的均质性好。可减少或堵截较大孔隙在垂向上的连通性，增强封闭能力。（2）盖层厚度大，可在横向上保持岩性的相对稳定。即使发生断裂破坏，也不易被断裂错开，保持其分布的稳定性。（3）泥质岩盖层厚度越大，形成欠压实的可能性越大，有利于形成超压封闭。如气柱高度为5ｍ的气藏,盖层厚度最小为3ｍ,而气柱高度为10ｍ的气藏,其最小盖层厚度为6ｍ。气藏的气柱高度与所需泥岩盖层的最小厚度(或称临界厚度)之间存在着正相关关系。随气藏气柱高度的增加,所需的泥岩盖层的最小厚度也逐渐增大。(四)连续性盖层的大范围连续稳定分布对于油气聚集有十分重要的意义。最有利的含气区至少要有一个区域性盖层。面积只有大于油气藏分布范围才能形成有效封闭。盖层面积越大，越有利于形成大油气田。（五）成岩程度成岩早期：泥质岩孔隙大、渗透率高，排替压力低，封闭能力弱；随成岩程度增加，封闭能力增强。（六）矿物成分及含量有机质含量高，孔渗条件差，封闭能