定北地區(qū)盒1-1 亞段蓋層評價及對含氣性影響

趙榮華

（中國石化華北油氣分公司勘探開發(fā)研究院，河南鄭州 450006）

油氣覆蓋層問題很早就已被提出，但在勘探實踐中，主要側(cè)重于對圈閉閉合度和儲集空間的研究，而對遮擋油氣的蓋層性質(zhì)研究略顯不足，通過對蓋層進(jìn)行精細(xì)評價，來提高勘探的成功率[1]。直接蓋層的分類評價是鄂爾多斯盆地定北地區(qū)優(yōu)選富集區(qū)重要評價因素之一。在進(jìn)行選區(qū)評價時應(yīng)進(jìn)行綜合評價，不能用蓋層直接評價，還應(yīng)與其他因素相結(jié)合。氣層富集區(qū)的優(yōu)選除與直接蓋層有關(guān)，還與儲層物性、烴源巖的生氣強度、層間斷層有關(guān)。蓋層是氣藏組成的重要要素，不僅控制著天然氣的富集程度，而且還控制了天然氣的平面空間分布[2]。以往對上石盒子組區(qū)域封蓋層研究較多[3]，對直接蓋層的評價相對較少。

本文針對產(chǎn)能差異較大的問題，利用該區(qū)大量生產(chǎn)井的測井、試氣資料，從蓋層礦物組分、含砂量、厚度、氣儲比、排替壓力等方面出發(fā)，探討了局部覆蓋層封閉能力與含氣性的關(guān)系。

1 地層及生儲蓋組合

定北地區(qū)位于鹽池、定邊縣境內(nèi)，研究區(qū)優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育、儲集層發(fā)育、蓋層品質(zhì)好，生儲蓋組合配置佳，上古生界二疊系下石盒子組盒1 段，為該區(qū)的主力氣層之一。晚侏羅世-早白堊世末，該區(qū)生、排烴均達(dá)到高峰，氣態(tài)烴大量排出，在燕山運動中期，通過浮力和異常高壓縱向運移、聚集[3]。下石盒子組、山西組厚層泥巖直接覆蓋在下部儲層之上，為局部蓋層，該井盒1-1 亞段覆蓋在儲層段（3 839.0～3 845.0 m）之上的直接蓋層厚度為35.5 m，該儲層段試氣產(chǎn)量33 881 m3/d。

2 泥巖蓋層宏觀微觀封閉特征

2.1 泥巖蓋層的礦物組合特征

泥巖巖性富含伊利石的泥巖整體封蓋性能相對好于綠泥石為主的泥巖，其封蓋性能主要依賴于其膨脹性、可塑性。伊利石、高嶺石含量占比達(dá)到98%，其余為少量蒙/伊混層礦物（2%），蒙/伊混層礦物內(nèi)蒙脫石含量10%，因此該區(qū)泥巖蓋層質(zhì)量較好。

2.2 含砂量

含砂量的高低直接影響孔隙度、滲透率和排替壓力的大小，研究區(qū)泥巖蓋層含砂量主要分布在5.0%～28.5%，平均含砂量為13%，含砂量較低。泥質(zhì)巖中砂質(zhì)含量與自然伽馬間存在較好的負(fù)相關(guān)性，線性方程式為：

式中：Vsd-泥質(zhì)巖中的砂質(zhì)含量，%；GR-測井自然伽馬值，API。

本文將砂質(zhì)含量小于10%定為Ⅰ類純泥巖，砂質(zhì)含量在10%～25%定為Ⅱ類粉砂質(zhì)泥巖，砂質(zhì)含量大于25%定為Ⅲ類泥質(zhì)粉砂巖。盒1-1 段局部蓋層的主要巖性是泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，統(tǒng)計研究區(qū)28口探井盒1-1 蓋層以Ⅰ類純泥巖為主，占總厚度的78.7%，其次為粉砂質(zhì)泥巖。

2.3 泥巖蓋層的成巖特征

泥巖覆蓋層隨著埋深增加，其封堵效果也隨之增大，但超過一定埋藏深度后，泥巖蓋層封閉性能明顯降低。張樹林等[4]認(rèn)為，泥巖蓋層的封蓋狀態(tài)最佳的埋深在1 500～3 500 m；付廣等[5]認(rèn)為，泥巖在埋深超過3 500 m時，隨著成巖作用增強，泥巖的封蓋能力下降[4-7]。定北地區(qū)盒1 段現(xiàn)今埋深整體在3 500 m 左右；Ro 介于1.3～2.0，有機質(zhì)處于高成熟階段，屬晚成巖B 期。綜合分析表明，定北地區(qū)盒1 段泥巖覆蓋層封蓋效果較好。

2.4 泥巖蓋層的厚度特征

泥巖厚度是影響氣田封蓋條件優(yōu)劣的重要因素，直接蓋層泥厚不僅影響著蓋層封閉的質(zhì)量，還控制著蓋層空間展布范圍。盒1-1 氣層的直接蓋層厚度主體介于10～40 m，均值19.6 m，可以形成直接蓋層或側(cè)向遮擋層。研究區(qū)盒1-1 亞段泥巖累計厚度整體大于25 m的范圍位于西部定北17-定北8-定北18 井區(qū)一帶，產(chǎn)氣井主要分布在泥巖較厚的地區(qū)。盒1-1 產(chǎn)氣井分布位置與該直接蓋層累計厚度具有一定相關(guān)性，且泥巖較厚區(qū)域內(nèi)，產(chǎn)氣井日產(chǎn)量多大于2×104m3。

2.5 氣層/儲層厚度比值

氣層/儲層厚度比值為氣層厚度與儲層厚度的比值，反映蓋層的保存能力強弱。當(dāng)氣儲比等于1 時，說明儲層被氣全充滿，上覆蓋層封閉性能較好。研究區(qū)內(nèi)Ⅰ類純泥巖氣儲比分布范圍0.4～1，Ⅱ類粉砂質(zhì)泥巖，Ⅲ類泥質(zhì)粉砂巖氣儲比分布范圍0～0.4，說明Ⅰ類純泥巖阻止天然氣逸散，形成毛細(xì)管壓力封閉。

2.6 排替壓力

蓋巖排替壓力是對蓋層物性封閉能力評價最直接的參數(shù)，蓋巖排替壓力大，物性封閉就越強，反之就越弱[8-11]。

研究定北地區(qū)上古生界排替壓力和聲波時差的關(guān)系，并提出計算公式：

該區(qū)盒1-1 段泥巖排替壓力具有較強的封堵效果，主體介于5～15 MPa。盒1-1 段泥巖排替壓力平面上整體呈東西部高中間低分布西部鹽池地區(qū)定北17-定北8-定北18 井、東部定邊地區(qū)定北21-定北5-定北29 區(qū)域內(nèi)具有較高的毛細(xì)管封閉能力且排替壓力逐漸增大，有利于盒1-1 內(nèi)天然氣藏保存，阻止天然氣垂向運移。

3 蓋層分類評價

根據(jù)研究區(qū)蓋層的封閉機理，分別選取含砂量、厚度、氣儲比、排替壓力等多個泥巖蓋層評價參數(shù)，對泥巖蓋層的封蓋性能進(jìn)行分類評價。對有效蓋層進(jìn)行下限值的確定，由于各項評價參數(shù)對蓋層封堵性的影響因子不同，且對這些測井參數(shù)根據(jù)貢獻(xiàn)大小賦予不同的權(quán)值（見表1）。根據(jù)評價參數(shù)權(quán)值大小，以此來擬定蓋層質(zhì)量等級（見表2）。

表1 判別參數(shù)權(quán)值表

表2 蓋層等級劃分表

圖1 定北區(qū)塊單井直接蓋層一類蓋層評價圖（定北17）

（1）一類蓋層為主，儲蓋配置好，蓋層厚度大（見圖1），盒1-1 亞段蓋層巖性純泥巖為主，含砂量3.2%，Ⅰ類純泥巖厚度27.6 m，Ⅱ類粉砂質(zhì)泥巖厚度7.8 m，儲層物性好，含氣性好，氣儲比值大接近1，含氣飽和度63.3%，氣產(chǎn)量達(dá)到3×104m3/d，排替壓力為14.6 MPa。蓋層巖性較純，質(zhì)量較好，在其蓋層分布的范圍內(nèi)，能有效地阻止油氣垂直運移，其下生成的油氣不能在浮力作用下穿過蓋層向上運移，而是聚集在其下的儲集層系內(nèi)。根據(jù)權(quán)級大小便可劃分蓋層等級，分析蓋層的質(zhì)量并編制蓋層分布平面圖，一類蓋層主要分布在定北17、定北5 和定北19 井區(qū)。

（2）二類蓋層為主，盒1-1 亞段蓋層巖性以Ⅱ類粉砂質(zhì)泥巖為主，含砂量23%，Ⅱ類粉砂質(zhì)泥巖厚度為17.1 m，Ⅰ類純泥巖厚度5.5 m，氣儲比值為0.375，氣產(chǎn)量0.646 1×104m3/d，排替壓力為9.2 MPa。盒1-1 亞段儲層含氣性差，通過蓋層逸散或向上運移。二類蓋層平面上分布在定北8 井區(qū)和定北23 井區(qū)。

（3）三類蓋層為主，盒1-1 亞段蓋層巖性以Ⅲ類泥質(zhì)粉砂巖為主，含砂量為34%，Ⅲ類泥質(zhì)粉砂巖厚度為8.1 m，Ⅱ類粉砂質(zhì)泥巖厚度1.9 m。含氣飽和度35.5%，射孔段儲層物性好，但氣儲比值為0，無氣產(chǎn)出，排替壓力為7.6 MPa。盒1-1 亞段儲層含氣性差，三類蓋層相對封閉能力較差，氣體通過蓋層逸散或向上運移，平面上分布在定北29 井區(qū)。

4 直接泥巖蓋層與含氣性關(guān)系

砂巖含氣飽和度與上覆泥巖蓋層的厚度、自然伽馬、聲波時差之間存在正相關(guān)關(guān)系。當(dāng)Sg 大于50%，直接蓋層厚度則需要大于23 m（見圖2），由此可見盒1-1 亞段直接泥巖蓋層對定北氣田的保存起到重要作用，說明直接蓋層越厚，越利于氣藏保存。泥巖蓋層自然伽馬值越大，泥巖巖性越純，對下覆氣藏的封蓋性越好。泥巖聲波時差和砂巖含氣飽和度之間具有明顯的線性關(guān)系，泥巖聲波時差越大，砂巖含氣飽和度愈大；反之則愈小。泥巖蓋層存在“欠壓實”，形成了高孔隙流體壓力。砂巖含氣飽和度較高，上部直接蓋層孔隙壓力高，具有壓力封閉的條件，能阻止下覆砂巖層的天然氣逸散。

5 認(rèn)識與結(jié)論

（1）綜合分析了研究區(qū)盒1-1 亞段泥質(zhì)巖蓋層宏觀特征及微觀特征，并選取含砂量、厚度、氣儲比及排替壓力等多個參數(shù)，對泥巖蓋層封蓋性能進(jìn)行精細(xì)分類評價，泥巖蓋層含砂量小于10%，巖性為Ⅰ類純泥巖、厚度在25～40 m、氣儲比大于0.4 和排替壓力10～15 MPa，綜合評價為一類蓋層。

圖2 砂巖含氣飽和度與上覆泥巖蓋層的厚度、自然伽馬、聲波時差交匯圖

（2）定北氣田盒1-1 亞段內(nèi)的泥質(zhì)巖顯示較好的封閉能力。一類、二類泥巖蓋層的分布多位于工業(yè)氣流或低產(chǎn)氣流區(qū)，其結(jié)果與該區(qū)地質(zhì)條件基本吻合，說明在盒1-1 亞段產(chǎn)氣井分布上起一定封堵作用，對定北氣田的保存具有重要作用。

（3）砂巖含氣飽和度與上覆泥巖蓋層的厚度、自然伽馬、聲波時差之間存在正相關(guān)關(guān)系。