定北地区盒1-1 亚段盖层评价及对含气性影响

赵荣华

（中国石化华北油气分公司勘探开发研究院，河南郑州 450006）

油气覆盖层问题很早就已被提出，但在勘探实践中，主要侧重于对圈闭闭合度和储集空间的研究，而对遮挡油气的盖层性质研究略显不足，通过对盖层进行精细评价，来提高勘探的成功率[1]。直接盖层的分类评价是鄂尔多斯盆地定北地区优选富集区重要评价因素之一。在进行选区评价时应进行综合评价，不能用盖层直接评价，还应与其他因素相结合。气层富集区的优选除与直接盖层有关，还与储层物性、烃源岩的生气强度、层间断层有关。盖层是气藏组成的重要要素，不仅控制着天然气的富集程度，而且还控制了天然气的平面空间分布[2]。以往对上石盒子组区域封盖层研究较多[3]，对直接盖层的评价相对较少。

本文针对产能差异较大的问题，利用该区大量生产井的测井、试气资料，从盖层矿物组分、含砂量、厚度、气储比、排替压力等方面出发，探讨了局部覆盖层封闭能力与含气性的关系。

1 地层及生储盖组合

定北地区位于盐池、定边县境内，研究区优质烃源岩发育、储集层发育、盖层品质好，生储盖组合配置佳，上古生界二叠系下石盒子组盒1 段，为该区的主力气层之一。晚侏罗世-早白垩世末，该区生、排烃均达到高峰，气态烃大量排出，在燕山运动中期，通过浮力和异常高压纵向运移、聚集[3]。下石盒子组、山西组厚层泥岩直接覆盖在下部储层之上，为局部盖层，该井盒1-1 亚段覆盖在储层段（3 839.0～3 845.0 m）之上的直接盖层厚度为35.5 m，该储层段试气产量33 881 m3/d。

2 泥岩盖层宏观微观封闭特征

2.1 泥岩盖层的矿物组合特征

泥岩岩性富含伊利石的泥岩整体封盖性能相对好于绿泥石为主的泥岩，其封盖性能主要依赖于其膨胀性、可塑性。伊利石、高岭石含量占比达到98%，其余为少量蒙/伊混层矿物（2%），蒙/伊混层矿物内蒙脱石含量10%，因此该区泥岩盖层质量较好。

2.2 含砂量

含砂量的高低直接影响孔隙度、渗透率和排替压力的大小，研究区泥岩盖层含砂量主要分布在5.0%～28.5%，平均含砂量为13%，含砂量较低。泥质岩中砂质含量与自然伽马间存在较好的负相关性，线性方程式为：

式中：Vsd-泥质岩中的砂质含量，%；GR-测井自然伽马值，API。

本文将砂质含量小于10%定为Ⅰ类纯泥岩，砂质含量在10%～25%定为Ⅱ类粉砂质泥岩，砂质含量大于25%定为Ⅲ类泥质粉砂岩。盒1-1 段局部盖层的主要岩性是泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩，统计研究区28口探井盒1-1 盖层以Ⅰ类纯泥岩为主，占总厚度的78.7%，其次为粉砂质泥岩。

2.3 泥岩盖层的成岩特征

泥岩覆盖层随着埋深增加，其封堵效果也随之增大，但超过一定埋藏深度后，泥岩盖层封闭性能明显降低。张树林等[4]认为，泥岩盖层的封盖状态最佳的埋深在1 500～3 500 m；付广等[5]认为，泥岩在埋深超过3 500 m时，随着成岩作用增强，泥岩的封盖能力下降[4-7]。定北地区盒1 段现今埋深整体在3 500 m 左右；Ro 介于1.3～2.0，有机质处于高成熟阶段，属晚成岩B 期。综合分析表明，定北地区盒1 段泥岩覆盖层封盖效果较好。

2.4 泥岩盖层的厚度特征

泥岩厚度是影响气田封盖条件优劣的重要因素，直接盖层泥厚不仅影响着盖层封闭的质量，还控制着盖层空间展布范围。盒1-1 气层的直接盖层厚度主体介于10～40 m，均值19.6 m，可以形成直接盖层或侧向遮挡层。研究区盒1-1 亚段泥岩累计厚度整体大于25 m的范围位于西部定北17-定北8-定北18 井区一带，产气井主要分布在泥岩较厚的地区。盒1-1 产气井分布位置与该直接盖层累计厚度具有一定相关性，且泥岩较厚区域内，产气井日产量多大于2×104m3。

2.5 气层/储层厚度比值

气层/储层厚度比值为气层厚度与储层厚度的比值，反映盖层的保存能力强弱。当气储比等于1 时，说明储层被气全充满，上覆盖层封闭性能较好。研究区内Ⅰ类纯泥岩气储比分布范围0.4～1，Ⅱ类粉砂质泥岩，Ⅲ类泥质粉砂岩气储比分布范围0～0.4，说明Ⅰ类纯泥岩阻止天然气逸散，形成毛细管压力封闭。

2.6 排替压力

盖岩排替压力是对盖层物性封闭能力评价最直接的参数，盖岩排替压力大，物性封闭就越强，反之就越弱[8-11]。

研究定北地区上古生界排替压力和声波时差的关系，并提出计算公式：

该区盒1-1 段泥岩排替压力具有较强的封堵效果，主体介于5～15 MPa。盒1-1 段泥岩排替压力平面上整体呈东西部高中间低分布西部盐池地区定北17-定北8-定北18 井、东部定边地区定北21-定北5-定北29 区域内具有较高的毛细管封闭能力且排替压力逐渐增大，有利于盒1-1 内天然气藏保存，阻止天然气垂向运移。

3 盖层分类评价

根据研究区盖层的封闭机理，分别选取含砂量、厚度、气储比、排替压力等多个泥岩盖层评价参数，对泥岩盖层的封盖性能进行分类评价。对有效盖层进行下限值的确定，由于各项评价参数对盖层封堵性的影响因子不同，且对这些测井参数根据贡献大小赋予不同的权值（见表1）。根据评价参数权值大小，以此来拟定盖层质量等级（见表2）。

表1 判别参数权值表

表2 盖层等级划分表

图1 定北区块单井直接盖层一类盖层评价图（定北17）

（1）一类盖层为主，储盖配置好，盖层厚度大（见图1），盒1-1 亚段盖层岩性纯泥岩为主，含砂量3.2%，Ⅰ类纯泥岩厚度27.6 m，Ⅱ类粉砂质泥岩厚度7.8 m，储层物性好，含气性好，气储比值大接近1，含气饱和度63.3%，气产量达到3×104m3/d，排替压力为14.6 MPa。盖层岩性较纯，质量较好，在其盖层分布的范围内，能有效地阻止油气垂直运移，其下生成的油气不能在浮力作用下穿过盖层向上运移，而是聚集在其下的储集层系内。根据权级大小便可划分盖层等级，分析盖层的质量并编制盖层分布平面图，一类盖层主要分布在定北17、定北5 和定北19 井区。

（2）二类盖层为主，盒1-1 亚段盖层岩性以Ⅱ类粉砂质泥岩为主，含砂量23%，Ⅱ类粉砂质泥岩厚度为17.1 m，Ⅰ类纯泥岩厚度5.5 m，气储比值为0.375，气产量0.646 1×104m3/d，排替压力为9.2 MPa。盒1-1 亚段储层含气性差，通过盖层逸散或向上运移。二类盖层平面上分布在定北8 井区和定北23 井区。

（3）三类盖层为主，盒1-1 亚段盖层岩性以Ⅲ类泥质粉砂岩为主，含砂量为34%，Ⅲ类泥质粉砂岩厚度为8.1 m，Ⅱ类粉砂质泥岩厚度1.9 m。含气饱和度35.5%，射孔段储层物性好，但气储比值为0，无气产出，排替压力为7.6 MPa。盒1-1 亚段储层含气性差，三类盖层相对封闭能力较差，气体通过盖层逸散或向上运移，平面上分布在定北29 井区。

4 直接泥岩盖层与含气性关系

砂岩含气饱和度与上覆泥岩盖层的厚度、自然伽马、声波时差之间存在正相关关系。当Sg 大于50%，直接盖层厚度则需要大于23 m（见图2），由此可见盒1-1 亚段直接泥岩盖层对定北气田的保存起到重要作用，说明直接盖层越厚，越利于气藏保存。泥岩盖层自然伽马值越大，泥岩岩性越纯，对下覆气藏的封盖性越好。泥岩声波时差和砂岩含气饱和度之间具有明显的线性关系，泥岩声波时差越大，砂岩含气饱和度愈大；反之则愈小。泥岩盖层存在“欠压实”，形成了高孔隙流体压力。砂岩含气饱和度较高，上部直接盖层孔隙压力高，具有压力封闭的条件，能阻止下覆砂岩层的天然气逸散。

5 认识与结论

（1）综合分析了研究区盒1-1 亚段泥质岩盖层宏观特征及微观特征，并选取含砂量、厚度、气储比及排替压力等多个参数，对泥岩盖层封盖性能进行精细分类评价，泥岩盖层含砂量小于10%，岩性为Ⅰ类纯泥岩、厚度在25～40 m、气储比大于0.4 和排替压力10～15 MPa，综合评价为一类盖层。

图2 砂岩含气饱和度与上覆泥岩盖层的厚度、自然伽马、声波时差交汇图

（2）定北气田盒1-1 亚段内的泥质岩显示较好的封闭能力。一类、二类泥岩盖层的分布多位于工业气流或低产气流区，其结果与该区地质条件基本吻合，说明在盒1-1 亚段产气井分布上起一定封堵作用，对定北气田的保存具有重要作用。

（3）砂岩含气饱和度与上覆泥岩盖层的厚度、自然伽马、声波时差之间存在正相关关系。