碳酸盐岩盖层有效性评价方法研究——以塔东古城地区为例

金大伟，王海勇，刘世超，张 铭，赵新文

（1.中国石油大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江大庆163712；2.黑龙江省致密油和泥岩油成藏研究重点实验室，黑龙江大庆163712）

盖层是油气成藏关键要素之一，目前盖层封闭条件的好坏已逐渐成为制约油气勘探的关键，尤其是海相碳酸盐岩区勘探。大量研究认为，除了传统的优质盖层——蒸发岩、泥页岩之外，碳酸盐岩不仅可作为储集体，也可以作为油气盖层。统计表明，世界200 余个大型碳酸盐岩油气田中，碳酸盐岩盖层占20%左右。近年来针对碳酸盐岩盖层的研究迅速增多[1-3]，但相对于泥岩盖层，研究起步较晚。国内对盖层的研究自“九五”以来得到了飞速的发展，目前用于盖层微观封闭性评价参数的测试技术已经较成熟。盖层封闭机理日益完善，并建立了很多关于盖层封闭能力的综合评价方法，盖层对油气运聚成藏的影响也越来越受到重视。有专家学者研究认为[4-8]，碳酸盐岩盖层封盖能力的影响因素主要有厚度、泥质含量、连续性、断裂、火山热液作用等；评价其封盖能力的参数有排替压力、扩散系数、孔隙度、渗透率、比表面等。针对塔东地区存在多套碳酸盐岩盖层，但对其封闭能力尚未开展过系统研究。因此，本文以塔里木盆地东部古城地区为例，来探讨碳酸盐盖层的影响因素及该地区碳酸盐盖层封闭性。

1 碳酸盐岩盖层的物性评价参数

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一些非渗透性岩石，如泥质石灰岩、致密石灰岩等，但很少发现以纯碳酸盐岩作为盖层[9]。

碳酸盐岩盖层的封闭有效性的影响因素：盖层在宏观上受岩性、厚度、分布规模等因素的影响，微观上受突破压力、物性、泥质含量等的约束。本次研究选取突破压力、孔隙度、渗透率、比表面积、泥质含量等参数来进行盖层的封闭有效性评价。

2 物性评价参数特点

2.1 孔隙度、渗透率

孔渗数值越小，说明遮挡能力越强，越有利于盖层的封闭有效性。

分析结果表明（表1），研究区1号、2号井碳酸盐样品的物性普遍较差，具有成为盖层的潜力；3 号井碳酸盐样品的物性相对较好，不利于形成有效盖层。

表1 古城地区各井孔渗数据评价表

2.2 覆压孔隙度、覆压渗透率

分析结果表明，研究区碳酸盐岩样品普遍具有较小的初始孔隙度、渗透率，分别在0.1%～4.8%和（0.00007～0.02312）×10-3μm2；较大的压缩比，孔隙度压缩比（φi/φo）最大为13.3%～89.5%之间，渗透率压缩比（Ki/Ko）在（2.8～81.3）×10-3μm2之间，说明初始孔渗虽小，但是仍有压缩空间，在地层压力条件下，有物性持续变差的条件，即具有成为盖层的潜力。

2.3 比表面

比表面越大，说明样品颗粒越细，其孔隙度、渗透率就越小，突破压力越大，越有利于盖层的封闭有效性。

分析结果表明（表2），研究区致密碳酸盐岩段的比表面较小，均小于1m2/g，相比于泥岩样品的10 ～30m2/g 的比表面，碳酸盐岩较小的比表面不利于盖层的封闭有效性。

表2 古城地区各井比表面数据评价表

2.4 扩散系数

扩散系数表示气体（或固体）扩散程度的物理量，扩散系数越小，越有利于天然气的封闭，越有利于盖层的封闭有效性。研究区碳酸盐岩样品扩散系数均在10-4～10-5cm2/s 之间，相对偏大，是研究区盖层的封闭有效性的不利因素。

2.5 泥质含量

碳酸盐岩中的泥质含量可以改善其韧性，其泥质含量越高，可使碳酸盐类盖层的封闭性变好且不易因剪切力而形成裂缝，越有利于盖层的封闭有效性[5,10]。

分析结果表明（表3），研究区致密碳酸盐岩段的泥质含量大部分较少，介于0.002%～11.778%之间，尤其是2号井和3号井，较少的泥质含量会导致碳酸盐岩较脆，缺乏韧性，在构造运动影响下，容易产生裂缝，不利于盖层的封闭有效性性[5,10]。

2.6 突破压力

有效盖层是指能够封闭油气的直接盖层。判断的主要标准是盖层突破压力的大小。研究区突破压力分析数据介于0.5～38.6MPa 之间，其中灰岩的突破压力普遍大于白云岩，也即灰岩更有利于形成有效盖层；并通过1号井突破压力数据确定了突破压力与孔隙度及渗透率的对应关系（表3、图1、图2）。

3 盖层封闭性划分标准及评价

研究区具有的优势盖层条件为，较大的突破压力、较小的孔隙度、较小的渗透率；劣势条件为，过小的比表面、偏大的扩散系数、过低的泥质含量。这种物性特点导致研究区碳酸盐岩盖层虽致密且封闭性好，但极易受到构造剪切力的影响而产生裂缝，从而失去封闭有效性。

利用前人研究成果和研究区物性特点[4-5,8,11-13]，制定了研究区的碳酸盐岩盖层的封闭有效性的物性评价表（表4），目的是通过物性数据来评价盖层的封闭有效性。从目前的取芯样品实验分析数据来看，塔里木盆地古城地区碳酸盐岩盖层的封闭有效性主要在Ⅲ级、Ⅳ级，碳酸盐岩盖层条件较差。

4 结论

表3 突破压力与孔隙度及渗透率的对应关系表

图1 突破压力与孔隙度、渗透率关系图

图2 不同岩性突破压力特征图

（1）本次研究选取突破压力、孔隙度、渗透率、比表面积、泥质含量等参数来进行盖层的封闭有效性评价。以盖层突破压力为核心指标，参考孔孔隙度、渗透率、比表面积、泥质含量制定了古城地区盖层封闭有效性的物性评价标准。

（2）塔里木盆地古城地区碳酸盐岩盖层实验分析的突破压力0.5～38.6MPa之间，孔隙度多数为0.1%～4.8%，渗透率多数为 (0.0107～0.0976) ×10-3μm2，比表面积均小于1，扩散系数在10-4～10-5cm2/s之间、泥质含量在0.002%～11.778%之间。

表4 古城地区碳酸盐岩盖层封闭有效性物性评价表

（3）研究区具有的优势盖层条件为，较大的突破压力、较小的孔隙度、较小的渗透率；劣势条件为，过小的比表面、偏大的扩散系数、过低的泥质含量。这种物性特点导致研究区碳酸盐岩盖层虽致密且封闭性好，但极易受到构造剪切力的影响而产生裂缝，从而失去封闭有效性。

（4）从目前的取芯样品实验分析数据来看，塔里木盆地古城地区碳酸盐岩盖层封闭性主要在Ⅲ级、Ⅳ级，碳酸盐岩盖层条件较差。