碳酸鹽巖蓋層有效性評價方法研究
——以塔東古城地區(qū)為例

金大偉，王海勇，劉世超，張 銘，趙新文

（1.中國石油大慶油田有限責任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江大慶163712；2.黑龍江省致密油和泥巖油成藏研究重點實驗室，黑龍江大慶163712）

蓋層是油氣成藏關鍵要素之一，目前蓋層封閉條件的好壞已逐漸成為制約油氣勘探的關鍵，尤其是海相碳酸鹽巖區(qū)勘探。大量研究認為，除了傳統(tǒng)的優(yōu)質(zhì)蓋層——蒸發(fā)巖、泥頁巖之外，碳酸鹽巖不僅可作為儲集體，也可以作為油氣蓋層。統(tǒng)計表明，世界200 余個大型碳酸鹽巖油氣田中，碳酸鹽巖蓋層占20%左右。近年來針對碳酸鹽巖蓋層的研究迅速增多[1-3]，但相對于泥巖蓋層，研究起步較晚。國內(nèi)對蓋層的研究自“九五”以來得到了飛速的發(fā)展，目前用于蓋層微觀封閉性評價參數(shù)的測試技術已經(jīng)較成熟。蓋層封閉機理日益完善，并建立了很多關于蓋層封閉能力的綜合評價方法，蓋層對油氣運聚成藏的影響也越來越受到重視。有專家學者研究認為[4-8]，碳酸鹽巖蓋層封蓋能力的影響因素主要有厚度、泥質(zhì)含量、連續(xù)性、斷裂、火山熱液作用等；評價其封蓋能力的參數(shù)有排替壓力、擴散系數(shù)、孔隙度、滲透率、比表面等。針對塔東地區(qū)存在多套碳酸鹽巖蓋層，但對其封閉能力尚未開展過系統(tǒng)研究。因此，本文以塔里木盆地東部古城地區(qū)為例，來探討碳酸鹽蓋層的影響因素及該地區(qū)碳酸鹽蓋層封閉性。

1 碳酸鹽巖蓋層的物性評價參數(shù)

碳酸鹽類蓋層通常是指碳酸鹽巖占半數(shù)至純由碳酸鹽巖組成的一些非滲透性巖石，如泥質(zhì)石灰?guī)r、致密石灰?guī)r等，但很少發(fā)現(xiàn)以純碳酸鹽巖作為蓋層[9]。

碳酸鹽巖蓋層的封閉有效性的影響因素：蓋層在宏觀上受巖性、厚度、分布規(guī)模等因素的影響，微觀上受突破壓力、物性、泥質(zhì)含量等的約束。本次研究選取突破壓力、孔隙度、滲透率、比表面積、泥質(zhì)含量等參數(shù)來進行蓋層的封閉有效性評價。

2 物性評價參數(shù)特點

2.1 孔隙度、滲透率

孔滲數(shù)值越小，說明遮擋能力越強，越有利于蓋層的封閉有效性。

分析結果表明（表1），研究區(qū)1號、2號井碳酸鹽樣品的物性普遍較差，具有成為蓋層的潛力；3 號井碳酸鹽樣品的物性相對較好，不利于形成有效蓋層。

表1 古城地區(qū)各井孔滲數(shù)據(jù)評價表

2.2 覆壓孔隙度、覆壓滲透率

分析結果表明，研究區(qū)碳酸鹽巖樣品普遍具有較小的初始孔隙度、滲透率，分別在0.1%～4.8%和（0.00007～0.02312）×10-3μm2；較大的壓縮比，孔隙度壓縮比（φi/φo）最大為13.3%～89.5%之間，滲透率壓縮比（Ki/Ko）在（2.8～81.3）×10-3μm2之間，說明初始孔滲雖小，但是仍有壓縮空間，在地層壓力條件下，有物性持續(xù)變差的條件，即具有成為蓋層的潛力。

2.3 比表面

比表面越大，說明樣品顆粒越細，其孔隙度、滲透率就越小，突破壓力越大，越有利于蓋層的封閉有效性。

分析結果表明（表2），研究區(qū)致密碳酸鹽巖段的比表面較小，均小于1m2/g，相比于泥巖樣品的10 ～30m2/g 的比表面，碳酸鹽巖較小的比表面不利于蓋層的封閉有效性。

表2 古城地區(qū)各井比表面數(shù)據(jù)評價表

2.4 擴散系數(shù)

擴散系數(shù)表示氣體（或固體）擴散程度的物理量，擴散系數(shù)越小，越有利于天然氣的封閉，越有利于蓋層的封閉有效性。研究區(qū)碳酸鹽巖樣品擴散系數(shù)均在10-4～10-5cm2/s 之間，相對偏大，是研究區(qū)蓋層的封閉有效性的不利因素。

2.5 泥質(zhì)含量

碳酸鹽巖中的泥質(zhì)含量可以改善其韌性，其泥質(zhì)含量越高，可使碳酸鹽類蓋層的封閉性變好且不易因剪切力而形成裂縫，越有利于蓋層的封閉有效性[5,10]。

分析結果表明（表3），研究區(qū)致密碳酸鹽巖段的泥質(zhì)含量大部分較少，介于0.002%～11.778%之間，尤其是2號井和3號井，較少的泥質(zhì)含量會導致碳酸鹽巖較脆，缺乏韌性，在構造運動影響下，容易產(chǎn)生裂縫，不利于蓋層的封閉有效性性[5,10]。

2.6 突破壓力

有效蓋層是指能夠封閉油氣的直接蓋層。判斷的主要標準是蓋層突破壓力的大小。研究區(qū)突破壓力分析數(shù)據(jù)介于0.5～38.6MPa 之間，其中灰?guī)r的突破壓力普遍大于白云巖，也即灰?guī)r更有利于形成有效蓋層；并通過1號井突破壓力數(shù)據(jù)確定了突破壓力與孔隙度及滲透率的對應關系（表3、圖1、圖2）。

3 蓋層封閉性劃分標準及評價

研究區(qū)具有的優(yōu)勢蓋層條件為，較大的突破壓力、較小的孔隙度、較小的滲透率；劣勢條件為，過小的比表面、偏大的擴散系數(shù)、過低的泥質(zhì)含量。這種物性特點導致研究區(qū)碳酸鹽巖蓋層雖致密且封閉性好，但極易受到構造剪切力的影響而產(chǎn)生裂縫，從而失去封閉有效性。

利用前人研究成果和研究區(qū)物性特點[4-5,8,11-13]，制定了研究區(qū)的碳酸鹽巖蓋層的封閉有效性的物性評價表（表4），目的是通過物性數(shù)據(jù)來評價蓋層的封閉有效性。從目前的取芯樣品實驗分析數(shù)據(jù)來看，塔里木盆地古城地區(qū)碳酸鹽巖蓋層的封閉有效性主要在Ⅲ級、Ⅳ級，碳酸鹽巖蓋層條件較差。

4 結論

表3 突破壓力與孔隙度及滲透率的對應關系表

圖1 突破壓力與孔隙度、滲透率關系圖

圖2 不同巖性突破壓力特征圖

（1）本次研究選取突破壓力、孔隙度、滲透率、比表面積、泥質(zhì)含量等參數(shù)來進行蓋層的封閉有效性評價。以蓋層突破壓力為核心指標，參考孔孔隙度、滲透率、比表面積、泥質(zhì)含量制定了古城地區(qū)蓋層封閉有效性的物性評價標準。

（2）塔里木盆地古城地區(qū)碳酸鹽巖蓋層實驗分析的突破壓力0.5～38.6MPa之間，孔隙度多數(shù)為0.1%～4.8%，滲透率多數(shù)為 (0.0107～0.0976) ×10-3μm2，比表面積均小于1，擴散系數(shù)在10-4～10-5cm2/s之間、泥質(zhì)含量在0.002%～11.778%之間。

表4 古城地區(qū)碳酸鹽巖蓋層封閉有效性物性評價表

（3）研究區(qū)具有的優(yōu)勢蓋層條件為，較大的突破壓力、較小的孔隙度、較小的滲透率；劣勢條件為，過小的比表面、偏大的擴散系數(shù)、過低的泥質(zhì)含量。這種物性特點導致研究區(qū)碳酸鹽巖蓋層雖致密且封閉性好，但極易受到構造剪切力的影響而產(chǎn)生裂縫，從而失去封閉有效性。

（4）從目前的取芯樣品實驗分析數(shù)據(jù)來看，塔里木盆地古城地區(qū)碳酸鹽巖蓋層封閉性主要在Ⅲ級、Ⅳ級，碳酸鹽巖蓋層條件較差。