大港油田沙一段中部泥巖蓋層封閉油氣能力和時間有效性

付廣，王岐，史集建

(東北石油大學 地球科學學院，黑龍江 大慶，163318)

大港油田位于渤海灣盆地黃驊坳陷中部，構造上主要包括歧口凹陷、板橋凹陷、板橋斷裂構造帶、南大港潛山構造帶、塘沽新港潛山構造帶以及沈青莊潛山構造帶、白東海2斷裂構造帶、歧東海Ⅰ斷裂構造帶、趙家堡海4斷裂構造帶、三木潛山構造帶、莊裙邊構造帶的部分地區，如圖1所示。該油田從下至上發育有古生界、中生界和新生界古近系孔店組、沙河街組和東營組，新近系館陶組和明化鎮組及第四系地層。油氣從古生界至新近系的明化鎮組皆有分布，但主要分布于沙一段中部和東二段兩套區域性蓋層之下，尤其是沙一段中部區域性蓋層之下油氣更為富集[1-2]。油氣源對比結果表明，油氣主要來自下伏沙三段發育的烴源巖[3-4]，沙一段中部區域性蓋層在能力和時間上能否有效地封閉沙三段生成排出的油氣，對于大港油田油氣聚集成藏與分布將起到重要作用。雖然前人對蓋層封閉油氣的有效性進行過大量研究[5-11]，但主要是針對蓋層封閉時間有效性的研究，而對蓋層封閉能力和時間有效性的綜合研究甚少，對大港油田蓋層封閉能力和時間有效性研究仍是一個空白。因此，開展對大港油田沙一段中部泥巖蓋層封閉能力和時間有效性研究，對于認識其油氣成藏規律和指導油氣勘探均具有重要意義。

1 蓋層發育及分布特征

由鉆井資料統計得到，大港油田沙一段中部泥巖蓋層幾乎全區發育，最大單層厚度可達248.5 m，最小單層厚度為2.8 m。累積最大厚度可達到500 m以上，主要分布在板橋凹陷和板橋斷裂構造帶之間，由此向其四周沙一段中部泥巖蓋層累積厚度逐漸降低，在板橋斷裂構造帶的東北部出現局部高值區，沙一段中部泥巖蓋層累積厚度可達到400 m以上。在大港油田南部邊部沙一段中部泥巖蓋層累積厚度減小至100 m以下，如圖1所示，但在北大港潛山構造帶東南部沙一段中部泥巖蓋層出現局部缺失，造成這套區域性蓋層在此處存在一個天窗，不利于油氣的聚集與保存。

圖1 大港油田沙一段中部泥巖蓋層厚度分布圖Fig.1 Thickness distribution of middle Es1 mudstone caprocks in Dagang Oilfield

2 蓋層封閉能力特征

由文獻[12]可知，排替壓力是反映蓋層封閉能力的最根本參數，排替壓力越大，蓋層封閉能力越強，反之則越弱。大港油田不同層位41塊泥巖蓋層樣品實測排替壓力(見表1)。從表1可以看出：沙一段中部6塊泥巖蓋層樣品排替壓力相對較高，為5.7～19.6 MPa，平均為10.75 MPa，按照文獻[13]中蓋層封閉能力分別為強、較強、中等和弱的評價標準，沙一段中部泥巖蓋層應具有強的封閉能力。

表1 大港油田不同層位泥巖蓋層樣品實測排替壓力Table 1 Measured displacement pressure of mudstone caprocks in different layers of Dagang Oilfield

由于沙一段中部泥巖蓋層實測樣品的排替壓力數據太少，難以反映其在平面上封閉能力的變化特征，為此借用其他層位實測泥巖排替壓力數據與其埋深和泥質含量(其計算方法參照文獻[14])之間關系建立大港油田泥巖蓋層排替壓力的預測公式：

式中：pd為泥巖蓋層排替壓力，MPa；Z為泥巖蓋層埋深，m；R為泥巖蓋層中的泥質含量。

利用鉆井和測井資料，根據式(1)對大港油田沙一段中部泥巖蓋層排替壓力的平面分布進行了預測，結果如圖2所示。由圖2可以看出：大港油田沙一段中部有4個區域的泥巖蓋層排替壓力大于7.5 MPa，第1個區域位于板橋凹陷北部，排替壓力最大可達15 MPa以上，第2個和第3個區域位于歧口凹陷中部，排替壓力可達9 MPa以上，第4個區域位于歧口凹陷南部，由4個高值區向其四周沙一段中部泥巖蓋層排替壓力逐漸較低，在油田邊部減小至3 MPa以下。

按照文獻[13]中蓋層封閉能力的評價標準，大港油田沙一段中部泥巖蓋層總體上具有較強-強的封閉能力。

3 蓋層封閉油氣能力的有效性

大港油田沙一段中部泥巖蓋層具有較強-強的封閉能力，但它能否在能力上有效地封閉油氣，還要取決于其排替壓力與儲層排替壓力和油氣藏剩余壓力之和的差值ΔP，如果蓋層排替壓力大于其儲層排替壓力和油氣藏剩余壓力之和，那么就可以在能力上有效地封閉油氣，有利于油氣的聚集與保存；反之，就不能在能力上有效地封閉油氣，不利于油氣的聚集與保存。

圖2 大港油田沙一段中部泥巖蓋層排替壓力平面分布圖Fig.2 Distribution of displacement pressure of middle Es1 mudstone caprocks in Dagang Oilfield

大港油田沙一段中部油氣藏泥巖蓋層、儲層排替壓力和油氣藏剩余壓力特征如表2所示。

表2 大港油田沙一段中部油氣藏泥巖蓋層、儲層排替壓力和油氣藏剩余壓力特征Table 2 Characters of displacement pressure of mudstone caprocks and reservoirs and surplus pressure of reservoirs in middle Es1 of Dagang Oilfield

由表2可以看出：大港油田9口井油氣層的沙一段中部泥巖蓋層排替壓力為2.7～9.3 MPa，平均為4.86 MPa，其下儲層排替壓力為2.0～3.4 MPa，平均為2.49 MPa，油氣藏剩余壓力為 0.1～1.9 MPa，平均為 0.7 MPa。由此看出，油氣層儲層中除白15-1井和港深78井外，其余7口井蓋層排替壓力均大于儲層排替壓力和油氣藏剩余壓力之和，能有效封閉油氣，有利于油氣在沙一段中部蓋層之下聚集成藏。白15-1井和港深78井油氣藏由于剩余壓力大，超出了蓋層封閉能力，使部分油氣在剩余壓力的作用下向外散失，直到剩余壓力與蓋層排替壓力相等時，油氣散失停止。

4 蓋層封閉油氣時間的有效性

蓋層封閉油氣時間有效性是指蓋層封閉性形成時期與源巖大量排烴期之間的匹配關系，若蓋層封閉性形成時期早于或與源巖大量排烴期同期，則可以封閉住源巖排出的大量油氣，在時間上封閉油氣是有效的；相反，若蓋層封閉性形成時期晚于源巖大量排烴期，則蓋層所能封閉住油氣量大小主要取決于二者之間時間差的大小，二者時間差越小，蓋層所能封閉住的油氣量相對越大，在時間上封閉油氣有效性相對越好；反之則相對越差[15-17]。由此可以看出，要研究蓋層封氣時間的有效性就必須首先確定蓋層封閉性形成時期和源巖的大量排烴期。

源巖生排烴史研究[18]結果表明，大港油田板橋和歧口凹陷沙三段烴源巖在館陶組沉積末期開始進入大量排烴期，明化鎮組沉積中期油生成作用已停止，凝析油生成量明顯減小，但天然氣生成量繼續增大(如圖3所示)。

圖3 大港油田沙一段泥巖蓋層封閉能力演化與烴源巖排烴史演化時間匹配關系Fig.3 Relation of time match between sealing ability evolution of Es1 mudstone caprocks and hydrocarbon expulsion evolution of source rocks in Dagang Oilfield

大港油田沙一段中部泥巖蓋層目前具有較強-強的封閉能力，但這一封閉能力并非一經沉積就形成了。剛一沉積的泥巖蓋層壓實成巖程度低，孔隙度和滲透率高，排替壓力低，不具有封油氣能力。隨著埋深逐漸增加，壓實作用逐漸增強，孔隙度和滲透率逐漸降低，排替壓力逐漸升高，當排替壓力達到某一值后才開始具備封閉能力。大港油田泥巖蓋層排替壓力與氣藏儲量豐度之間關系如圖4所示。由圖4可以看出：大港油田氣藏蓋層排替壓力與儲量豐度之間具有較好的正比關系，即隨著蓋層排替壓力的增加，氣藏儲量豐度逐漸增大；反之則逐漸減小。按照氣藏低、中、高儲量豐度劃分標準，可得到其對應所需要的泥巖蓋層排替壓力分別為2.5 MPa，4.8 MPa和7.6 MPa。按照此標準，由圖3可知：其在東營組沉積中后期開始形成對低儲量豐度油氣藏的封閉能力，在明化鎮組沉積中期開始形成中儲量豐度油氣藏的封閉能力，至今尚未進入形成封閉高儲量豐度油氣藏時期。

圖4 大港油田泥巖蓋層排替壓力與氣藏儲量豐度之間關系Fig.4 Relation between displacement pressure of mudstone caprocks and abundance of gas reserves in Dagang Oilfield

綜合上述沙三段源巖大量排烴期和沙一段中部泥巖蓋層封閉能力形成時期分析可以看出，大港油田沙一段中部泥巖蓋層形成封閉低中儲量豐度油氣藏時期均早于沙三段源巖的開始大量排烴期，對于封閉沙三段源巖生成排出的大量油氣是有效的，有利于形成低中儲量豐度油氣藏，但沙一段中部泥巖蓋層至今尚未進入形成封閉高儲量豐度油氣藏的時期，不能形成高儲量豐度的油氣藏。

5 結論

(1)大港油田沙一段中部泥巖蓋層除在北大港潛山構造帶的南部局部缺失外，全區分布，是油氣聚集與分布封區域性蓋層。

(2)大港油田沙一段中部泥巖蓋層目前具有較強-強封閉能力。

(3)大港油田大部分油氣藏沙一段中部泥巖蓋層排替壓力大于儲層排替壓力和油氣藏剩余壓力之和，在能力上封閉是有效的，只有少部分油氣藏沙一段中部泥巖蓋層排替壓力小于儲層排替壓力和油氣藏剩余壓力之和，不利于油氣藏聚集與保存。沙一段中部泥巖蓋層形成封閉低中儲量豐度油氣藏時期早于沙三段源巖大量排烴期，在時間上封閉沙三段源巖生成排出的大量油氣均是有效的，但目前尚未進入形成封閉高儲量豐度油氣藏的時期，只能形成低中儲量豐度的油氣藏。

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