大港油田沙一段中部泥岩盖层封闭油气能力和时间有效性

付广，王岐，史集建

(东北石油大学 地球科学学院，黑龙江 大庆，163318)

大港油田位于渤海湾盆地黄骅坳陷中部，构造上主要包括歧口凹陷、板桥凹陷、板桥断裂构造带、南大港潜山构造带、塘沽新港潜山构造带以及沈青庄潜山构造带、白东海2断裂构造带、歧东海Ⅰ断裂构造带、赵家堡海4断裂构造带、三木潜山构造带、庄裙边构造带的部分地区，如图1所示。该油田从下至上发育有古生界、中生界和新生界古近系孔店组、沙河街组和东营组，新近系馆陶组和明化镇组及第四系地层。油气从古生界至新近系的明化镇组皆有分布，但主要分布于沙一段中部和东二段两套区域性盖层之下，尤其是沙一段中部区域性盖层之下油气更为富集[1-2]。油气源对比结果表明，油气主要来自下伏沙三段发育的烃源岩[3-4]，沙一段中部区域性盖层在能力和时间上能否有效地封闭沙三段生成排出的油气，对于大港油田油气聚集成藏与分布将起到重要作用。虽然前人对盖层封闭油气的有效性进行过大量研究[5-11]，但主要是针对盖层封闭时间有效性的研究，而对盖层封闭能力和时间有效性的综合研究甚少，对大港油田盖层封闭能力和时间有效性研究仍是一个空白。因此，开展对大港油田沙一段中部泥岩盖层封闭能力和时间有效性研究，对于认识其油气成藏规律和指导油气勘探均具有重要意义。

1 盖层发育及分布特征

由钻井资料统计得到，大港油田沙一段中部泥岩盖层几乎全区发育，最大单层厚度可达248.5 m，最小单层厚度为2.8 m。累积最大厚度可达到500 m以上，主要分布在板桥凹陷和板桥断裂构造带之间，由此向其四周沙一段中部泥岩盖层累积厚度逐渐降低，在板桥断裂构造带的东北部出现局部高值区，沙一段中部泥岩盖层累积厚度可达到400 m以上。在大港油田南部边部沙一段中部泥岩盖层累积厚度减小至100 m以下，如图1所示，但在北大港潜山构造带东南部沙一段中部泥岩盖层出现局部缺失，造成这套区域性盖层在此处存在一个天窗，不利于油气的聚集与保存。

图1 大港油田沙一段中部泥岩盖层厚度分布图Fig.1 Thickness distribution of middle Es1 mudstone caprocks in Dagang Oilfield

2 盖层封闭能力特征

由文献[12]可知，排替压力是反映盖层封闭能力的最根本参数，排替压力越大，盖层封闭能力越强，反之则越弱。大港油田不同层位41块泥岩盖层样品实测排替压力(见表1)。从表1可以看出：沙一段中部6块泥岩盖层样品排替压力相对较高，为5.7～19.6 MPa，平均为10.75 MPa，按照文献[13]中盖层封闭能力分别为强、较强、中等和弱的评价标准，沙一段中部泥岩盖层应具有强的封闭能力。

表1 大港油田不同层位泥岩盖层样品实测排替压力Table 1 Measured displacement pressure of mudstone caprocks in different layers of Dagang Oilfield

由于沙一段中部泥岩盖层实测样品的排替压力数据太少，难以反映其在平面上封闭能力的变化特征，为此借用其他层位实测泥岩排替压力数据与其埋深和泥质含量(其计算方法参照文献[14])之间关系建立大港油田泥岩盖层排替压力的预测公式：

式中：pd为泥岩盖层排替压力，MPa；Z为泥岩盖层埋深，m；R为泥岩盖层中的泥质含量。

利用钻井和测井资料，根据式(1)对大港油田沙一段中部泥岩盖层排替压力的平面分布进行了预测，结果如图2所示。由图2可以看出：大港油田沙一段中部有4个区域的泥岩盖层排替压力大于7.5 MPa，第1个区域位于板桥凹陷北部，排替压力最大可达15 MPa以上，第2个和第3个区域位于歧口凹陷中部，排替压力可达9 MPa以上，第4个区域位于歧口凹陷南部，由4个高值区向其四周沙一段中部泥岩盖层排替压力逐渐较低，在油田边部减小至3 MPa以下。

按照文献[13]中盖层封闭能力的评价标准，大港油田沙一段中部泥岩盖层总体上具有较强-强的封闭能力。

3 盖层封闭油气能力的有效性

大港油田沙一段中部泥岩盖层具有较强-强的封闭能力，但它能否在能力上有效地封闭油气，还要取决于其排替压力与储层排替压力和油气藏剩余压力之和的差值ΔP，如果盖层排替压力大于其储层排替压力和油气藏剩余压力之和，那么就可以在能力上有效地封闭油气，有利于油气的聚集与保存；反之，就不能在能力上有效地封闭油气，不利于油气的聚集与保存。

图2 大港油田沙一段中部泥岩盖层排替压力平面分布图Fig.2 Distribution of displacement pressure of middle Es1 mudstone caprocks in Dagang Oilfield

大港油田沙一段中部油气藏泥岩盖层、储层排替压力和油气藏剩余压力特征如表2所示。

表2 大港油田沙一段中部油气藏泥岩盖层、储层排替压力和油气藏剩余压力特征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口井油气层的沙一段中部泥岩盖层排替压力为2.7～9.3 MPa，平均为4.86 MPa，其下储层排替压力为2.0～3.4 MPa，平均为2.49 MPa，油气藏剩余压力为 0.1～1.9 MPa，平均为 0.7 MPa。由此看出，油气层储层中除白15-1井和港深78井外，其余7口井盖层排替压力均大于储层排替压力和油气藏剩余压力之和，能有效封闭油气，有利于油气在沙一段中部盖层之下聚集成藏。白15-1井和港深78井油气藏由于剩余压力大，超出了盖层封闭能力，使部分油气在剩余压力的作用下向外散失，直到剩余压力与盖层排替压力相等时，油气散失停止。

4 盖层封闭油气时间的有效性

盖层封闭油气时间有效性是指盖层封闭性形成时期与源岩大量排烃期之间的匹配关系，若盖层封闭性形成时期早于或与源岩大量排烃期同期，则可以封闭住源岩排出的大量油气，在时间上封闭油气是有效的；相反，若盖层封闭性形成时期晚于源岩大量排烃期，则盖层所能封闭住油气量大小主要取决于二者之间时间差的大小，二者时间差越小，盖层所能封闭住的油气量相对越大，在时间上封闭油气有效性相对越好；反之则相对越差[15-17]。由此可以看出，要研究盖层封气时间的有效性就必须首先确定盖层封闭性形成时期和源岩的大量排烃期。

源岩生排烃史研究[18]结果表明，大港油田板桥和歧口凹陷沙三段烃源岩在馆陶组沉积末期开始进入大量排烃期，明化镇组沉积中期油生成作用已停止，凝析油生成量明显减小，但天然气生成量继续增大(如图3所示)。

图3 大港油田沙一段泥岩盖层封闭能力演化与烃源岩排烃史演化时间匹配关系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岩盖层目前具有较强-强的封闭能力，但这一封闭能力并非一经沉积就形成了。刚一沉积的泥岩盖层压实成岩程度低，孔隙度和渗透率高，排替压力低，不具有封油气能力。随着埋深逐渐增加，压实作用逐渐增强，孔隙度和渗透率逐渐降低，排替压力逐渐升高，当排替压力达到某一值后才开始具备封闭能力。大港油田泥岩盖层排替压力与气藏储量丰度之间关系如图4所示。由图4可以看出：大港油田气藏盖层排替压力与储量丰度之间具有较好的正比关系，即随着盖层排替压力的增加，气藏储量丰度逐渐增大；反之则逐渐减小。按照气藏低、中、高储量丰度划分标准，可得到其对应所需要的泥岩盖层排替压力分别为2.5 MPa，4.8 MPa和7.6 MPa。按照此标准，由图3可知：其在东营组沉积中后期开始形成对低储量丰度油气藏的封闭能力，在明化镇组沉积中期开始形成中储量丰度油气藏的封闭能力，至今尚未进入形成封闭高储量丰度油气藏时期。

图4 大港油田泥岩盖层排替压力与气藏储量丰度之间关系Fig.4 Relation between displacement pressure of mudstone caprocks and abundance of gas reserves in Dagang Oilfield

综合上述沙三段源岩大量排烃期和沙一段中部泥岩盖层封闭能力形成时期分析可以看出，大港油田沙一段中部泥岩盖层形成封闭低中储量丰度油气藏时期均早于沙三段源岩的开始大量排烃期，对于封闭沙三段源岩生成排出的大量油气是有效的，有利于形成低中储量丰度油气藏，但沙一段中部泥岩盖层至今尚未进入形成封闭高储量丰度油气藏的时期，不能形成高储量丰度的油气藏。

5 结论

(1)大港油田沙一段中部泥岩盖层除在北大港潜山构造带的南部局部缺失外，全区分布，是油气聚集与分布封区域性盖层。

(2)大港油田沙一段中部泥岩盖层目前具有较强-强封闭能力。

(3)大港油田大部分油气藏沙一段中部泥岩盖层排替压力大于储层排替压力和油气藏剩余压力之和，在能力上封闭是有效的，只有少部分油气藏沙一段中部泥岩盖层排替压力小于储层排替压力和油气藏剩余压力之和，不利于油气藏聚集与保存。沙一段中部泥岩盖层形成封闭低中储量丰度油气藏时期早于沙三段源岩大量排烃期，在时间上封闭沙三段源岩生成排出的大量油气均是有效的，但目前尚未进入形成封闭高储量丰度油气藏的时期，只能形成低中储量丰度的油气藏。

[1]黄传炎, 王华, 吴永平, 等. 歧口凹陷第三系层序格架下的油气藏富集规律[J]. 吉林大学学报: 地球科学版, 2010, 40(5):986-994.HUANG Chuan-yan, WANG Hua, WU Yong-ping, et al.Analysis of the hydrocarbon enrichment regularity in the sequence stratigraphic framework of Tertiary in Qikou Sag[J].Journal of Jilin University: Earth Science Edition, 2010, 40(5):986-994.

[2]蒲秀刚, 吴永平, 周建生, 等. 歧口凹陷岩性地层油气藏特征及勘探潜力[J]. 石油学报, 2007, 28(2): 35-39.PU Xiu-gang, WU Yong-ping, Zhou Jian-sheng, et al.Characteristics and exploration potential of lithologic-stratigraphic hydrocarbon reservoirs in Qikou Sag of Dagang Oilfield[J]. Acta Petrolei Sinica, 2007, 28(2): 35-39.

[3]王振升, 于学敏, 国建英, 等. 歧口凹陷天然气地球化学特征及成因分析[J]. 天然气地球科学, 2010, 21(4): 683-691.WANG Zhen-sheng, YU Xue-min, GUO Jian-ying, et al.Geochemical characteristics and genesis of natural gas in Qikou sag[J]. Natural Gas Geoscience, 2010, 21(4): 683-691.

[4]吴元燕, 付建林, 周建生, 等. 歧口凹陷含油系统及其评价[J].石油学报, 2000, 21(6): 18-22.WU Yuan-yan, FU Jian-lin, ZHOU Jian-sheng, et al. Evaluation of hydrocarbon system in Qikou Sag[J]. Acta Petrolei Sinica,2000, 21(6): 18-22.

[5]付广, 陈章明, 万龙贵. 烃浓度盖层封闭天然气的有效性及其研究意义[J]. 沉积学报, 1997, 15(1): 147-151.FU Guang, CHEN Zhang-ming, WAN long-gui. The sealing efficiency for natural gas by the hydrocarbon concentration caprock and its significance[J]. Acta Sedimentological Sinica,1997, 15(1): 147-151.

[6]吕延防, 付广, 于丹. 中国大中型气田盖层封盖能力综合评价及其对成藏的贡献[J]. 石油与天然气地质, 2005, 26(6):742-745.LŪ Yan-fang, FU Guang, YU Dan. Comprehensive evaluation of sealing ability of cap rock in China’s large and medium gas fields and their contribution to gas accumulation[J]. Oil & Gas Geology, 2005, 26(6): 742-745.

[7]许书堂, 杨玉娥, 张东霞, 等. 东濮凹陷深层气盖层封闭性及有效性研究[J]. 断块油气田, 2010, 17(3): 317-319.XU Shu-tang, YANG Yu-e, ZHANG Dong-xia, et al. Study on sealing capacity and effectiveness of deep gas cap rock in Dongpu Depression[J]. Fault-block Oil & Gas Field, 2010, 17(3):317-319.

[8]赵玉珍. 我国高储量丰度大中型气田形成的盖层封闭能力有效性[J]. 大庆石油学院学报, 2010, 34(3): 7-9.ZHAO Yu-zhen. Effectiveness of seal gas ability of cap rock for the formation of large and medium gas fields with high reserve abundance in China[J]. Journal of Daqing Petroleum Institute,2010, 34(3): 7-9.

[9]于丹, 付晓飞, 吕延防. 徐家围子断陷深层天然气盖层特征及封盖性评价[J]. 吉林大学学报: 地球科学版, 2009, 39(5):776-779.YU Dan, FU Xiao-fei, LŪ Yan-fang. Cap-rock characteristic and sealing ability evaluation of deep Xujiaweizi Fault Dpression[J].Journal of Jilin University: Earth Science Edition, 2009, 39(5):776-779.

[10]袁玉松, 孙冬胜, 周雁, 等. 四川盆地川东南地区“源-盖”匹配关系研究[J]. 地质论评, 2010, 56(6): 835-837.YUAN Yu-song, SUN Dong-sheng, ZHOU Yan, et al. Relation between hydrocarbon generation history of source rocks and sealing history of mudstone cap-rocks in the southeast Sichuan Basin[J]. Geological Review, 2010, 56(6): 835-837.

[11]付广, 孙建军, 徐淑艳. 从源盖时空匹配关系预测徐家围子断陷的天然气远景[J]. 天然气地球学报, 2004, 14(6): 582-583.FU Guang, SUN Jian-jun, XU Shu-yan. Forecasting of gas prospecting in Xujiaweizi region from match relation between sourcerock and cap-rocks[J]. Natural Gas Geoscience, 2004,14(6): 582-583.

[12]房德权, 宋岩, 夏新宇. 准噶尔盆地南缘西部天然气封盖层的有效性[J]. 石油实验地质, 1999, 21(2): 137-140.FANG De-quan, SONG Yan, XIA Xin-yu. Effectiveness of natural gas seals in the western part of the southern fringe of the Junggar Basin[J]. Experimental Petroleum Geology, 1999, 21(2):137-140.

[13]姜振学, 付广, 梁海龙. 三肇地区青山口组泥岩盖层封气有效性研究[J]. 大庆石油学院学报, 1996, 20(2): 19-22.JIANG Zhen-xue, FU Guang, LIANG Hai-long. Research on sealing effectivity of the mudstone caprock of Qingshankou Formations in Shanzhao Region of Songliao Basin[J]. Journal of Daqing Petrolum Institute, 1996, 20(2): 19-22.

[14]牟敦山, 付广, 胡明. 徐深气田盖层封气有效性研究[J].沉积学报, 2011, 29(1): 158-162.MU Dun-shan, FU Guang, HU Ming. Research on sealing gas effectiveness of cap rock in Xushen Gasfield[J]. Acta Sedimentological Sinica, 2011, 29(1): 158-162.

[15]吕延防, 付广, 高大岭, 等. 油气藏封盖研究[M]. 北京: 石油工业出版社, 1996: 4-30.LŪ Yan-fang, FU Guang, Gao Da-ling, et al. Research on seal of oil-gas reservoirs[M]. Beijing Petroleum Industry Press, 1996:4-30.

[16]吕延防, 黄劲松, 付广, 等. 砂泥岩薄互层段中断层封闭性的定量研究[J].石油学报, 2009, 30(6): 826-827.LŪ Yan-fang, HUANG Jin-song, FU Guang, et al. Quantitative study on fault sealing ability in sandstone and mudstone thin interbed [J]. Acta Petrolei Sinica, 2009, 30(6): 826-827.

[17]吕延防, 陈章明, 付广. 松辽盆地朝长地区青山口组天然气盖层封闭特征及封闭有效性[J]. 石油勘探与开发, 1993, 20(1):55-61.LŪ Yan-fang, CHEN Zhang-ming, FU Guang. A study on the sealing property and the effectiveness of Qingshankou Formations as a gas cap rock in Chaochang Area, Songliao Basin[J]. Petrolem Exploratione and Development, 1993, 20(1):55-61.

[18]廖前进, 于俊利, 杨池银, 等. 歧口凹陷偏腐泥型气源岩资源潜力及成藏条件[R]. 天津: 大港石油管理局勘探开发研究院,1994: 10-20.LIAO Qian-jin, YU Jun-li, YANG Chi-yin, et al. Resource potential and accumulation conditions of gas source rocks with near-sapropel type in Qikou sag[R]. Tianjing: Dagang Oilfield Exploration and Development Institute, 1994: 10-20.