江蘇下?lián)P子區(qū)中—古生界蓋層突破壓力特征

劉東鷹

(中國石油化工股份有限公司 江蘇油田分公司 地質(zhì)科學(xué)研究院，江蘇 揚州 225009)

江蘇下?lián)P子區(qū)震旦系—第三系發(fā)育多套泥質(zhì)巖地層，均可作為中、古生界油氣藏的蓋層，主要有寒武系下統(tǒng)幕府山組、奧陶系上統(tǒng)五峰組、志留系下統(tǒng)高家邊組、石炭系下統(tǒng)高麗山組、金陵組、二疊系下統(tǒng)孤峰組、堰橋組、上統(tǒng)龍?zhí)督M、三疊系青龍組、侏羅系西橫山組、白堊系上統(tǒng)浦口組以及第三系的泥巖。由于后期改造[1-4]，有些地層遭受嚴(yán)重剝蝕，分布局限；有些地層變形強烈，連續(xù)性差，只能作為局部直接蓋層。而連續(xù)性較好、厚度較大、分布廣泛的區(qū)域性蓋層主要有3套：寒武系下統(tǒng)幕府山組、志留系下統(tǒng)高家邊組、白堊系上統(tǒng)浦口組[5-8]。蓋層微觀評價總的原則是蓋層的最低突破壓力必須大于油氣藏中流體的驅(qū)動力[9]。本文以主要區(qū)域蓋層的突破壓力評價為基礎(chǔ)，描述各種微觀特征與突破壓力之間的關(guān)系，進而探討泥巖蓋層突破壓力變化的形成機理，為下?lián)P子區(qū)蓋層評價提供依據(jù)。

1 蓋層微觀參數(shù)與突破壓力的關(guān)系

通過對江蘇下?lián)P子區(qū)中—古生界泥質(zhì)巖蓋層樣品的孔隙度、孔隙中值半徑等參數(shù)與突破壓力的關(guān)系統(tǒng)計(圖1)，發(fā)現(xiàn)蓋層孔隙度的變化對突破壓力的影響不大，而中值半徑和滲透率的變化卻對突破壓力產(chǎn)生了較為明顯的作用。表明突破壓力主要受泥巖孔隙中微孔隙和小喉道分布控制，而與總孔隙分布關(guān)系較小。

圖1 江蘇下?lián)P子區(qū)中—古生界泥質(zhì)巖蓋層孔隙度、中值半徑與突破壓力的關(guān)系

2 蓋層突破壓力與埋深的關(guān)系

進一步統(tǒng)計泥質(zhì)巖蓋層埋深與突破壓力的關(guān)系(圖2)，發(fā)現(xiàn)在埋深3 100 m左右突破壓力存在變化。當(dāng)埋深小于3 100 m時，突破壓力隨埋深增加而逐漸變大；當(dāng)埋深大于3 100 m時，除個別點外，突破壓力隨埋深增加而逐漸變小，說明突破壓力受成巖演化控制。周文等[10]對海拉爾盆地泥巖蓋層演化特征的研究也發(fā)現(xiàn)了蓋層封閉性隨埋深變化而由差變好、再由好變差的規(guī)律。

3 蓋層突破壓力與成巖演化的關(guān)系

蘇皖下?lián)P子區(qū)經(jīng)歷了多次構(gòu)造運動，蓋層埋藏歷史非常復(fù)雜，簡單地用埋深表示其成巖作用顯然是不全面的。就區(qū)域性蓋層而言，白堊系浦口組蓋層的埋藏歷史相對簡單，僅經(jīng)歷了晚燕山—喜山運動，晚白堊世有一次抬升，基本可以看作連續(xù)沉積。而志留系高家邊組蓋層則經(jīng)歷了加里東運動、印支—早燕山運動和晚燕山—喜山運動，其中印支—早燕山運動造成強烈抬升。因此，研究成巖作用對蓋層封閉性的影響就需要恢復(fù)其埋藏演化歷史，探討埋藏對蓋層封閉性的作用。

圖2 江蘇下?lián)P子區(qū)中—古生界泥質(zhì)巖蓋層埋深與突破壓力的關(guān)系

鏡質(zhì)體反射率是反映巖石成巖演化階段的有效指標(biāo)。由于受樣品限制，難以建立起鏡質(zhì)體反射率(成巖演化)與突破壓力的關(guān)系。通過統(tǒng)計高家邊組泥質(zhì)巖密度與鏡質(zhì)體反射率的關(guān)系(圖3)，發(fā)現(xiàn)它們之間存在良好的線性關(guān)系，即可以利用泥巖密度參數(shù)探討巖石成巖作用與蓋層封閉性(突破壓力)的關(guān)系。

從蓋層突破壓力與密度的關(guān)系(圖4)可以看出，白堊系浦口組蓋層由于成巖程度較低，泥巖尚未脆性化，所以蓋層突破壓力隨著密度增加而加大；志留系高家邊組蓋層由于早期埋深大，又經(jīng)歷多次構(gòu)造變動，成巖作用強，泥巖脆性程度高，發(fā)育有微裂隙，所以隨著密度(成巖作用)增加，突破壓力變小。

4 蓋層突破壓力成因機理探討

通過對吸附法獲得的吸附—脫附等溫線所測定微孔結(jié)構(gòu)的研究，可進一步分析白堊系浦口組和志留系高家邊組蓋層的毛細(xì)孔形態(tài)，探討突破壓力變化的原因。該方法根據(jù)微孔隙表面具有吸附和凝聚的原理，測定微孔的吸附、脫附等溫線，利用其形態(tài)及對吸附量的研究，來判斷微孔隙的形態(tài)并對孔隙和裂縫加以區(qū)別[11]。依照吸附—脫附等溫線的形態(tài)，將吸附回線分為5類：A類是兩端開口的圓柱形管狀毛細(xì)孔；B類是具有平行壁的狹縫狀毛細(xì)孔；C類是單錐或雙錐形管狀毛細(xì)孔；D類是四面開放的尖劈狀毛細(xì)孔，具這種毛細(xì)孔的材料主要由片狀或膜狀物堆積而成；E類是具有細(xì)頸和體腔寬闊的管狀(串珠狀)或墨水瓶狀的毛細(xì)孔。

圖3 江蘇下?lián)P子區(qū)中—古生界泥質(zhì)巖蓋層鏡質(zhì)體反射率與密度的關(guān)系

圖4 江蘇下?lián)P子區(qū)中—古生界泥質(zhì)巖蓋層突破壓力與密度的關(guān)系

白堊系泰州組、浦口組泥質(zhì)巖蓋層樣品采自蘇南句容地區(qū)和蘇北盆地井下。采自蘇南的樣品深度168～364 m，泥巖手標(biāo)本較疏松；蘇北的樣品分布在1 813～2 261 m，巖石致密。樣品平均密度為2.43 g/cm3(2.29～2.64 g/cm3，共17個樣品)，平均孔隙度為11.35%(3.39%～15.69%，共17個樣品)。吸附回線(圖5)在2～3 nm之間出現(xiàn)吸附量突然下降，然后吸附、脫附2條等溫線近于或完全重合。比較接近于E類。說明它們應(yīng)具有一端開口有喉道的墨水瓶狀或兩端開口而體腔寬闊的管狀毛細(xì)孔形態(tài)。隨著孔隙半徑的增大，回線更接近A類，表明毛細(xì)孔的管狀變小，喉道擴大，還可能相互溝通。

志留系高家邊組泥質(zhì)巖蓋層樣品采自蘇北盆地許古1井3 047～3 594井段，巖石致密堅硬，肉眼可見較多裂縫，多被硅石或方解石充填。樣品平均密度為2.79 g/cm3(2.64～2.88 g/cm3，共7個樣品)，平均孔隙度為0.47%(0.37%～0.59%，共7個樣品)。吸附回線出現(xiàn)2種現(xiàn)象(圖6)，一種是中—微孔段吸附量比較平緩地減少，大致與吸附等溫線平行(3593.54m)；另一種吸附回線在2～3nm之間吸附量從高到低突然下降形成陡坡(3 208.1 m)。但是，兩者吸附回線均不與吸附線重合，只是后者在2 nm孔喉半徑以下相差較小。前者接近于D類，后者接近于B類，說明前者具有四面開口的尖劈形毛細(xì)孔，后者則具有平行壁的狹縫狀毛細(xì)孔。另外，志留系蓋層的吸附量和比表面積(7個樣品統(tǒng)計平均為2.56 m2/g)均較小，比白堊系小一個數(shù)量級(17個樣品統(tǒng)計比表面積平均為20.56 m2/g)，表明大孔隙不存在，而微孔隙也很少或基本消失，所謂“中孔”和“大孔”部分可能是發(fā)育的微裂隙。

圖5 江蘇下?lián)P子區(qū)白堊系浦口組泥巖吸附—脫附等溫線

圖6 江蘇下?lián)P子區(qū)志留系高家邊組泥巖吸附—脫附等溫線

從以上分析可以認(rèn)為，白堊系泥質(zhì)巖具有孔隙型毛細(xì)孔結(jié)構(gòu)特征，而志留系泥巖應(yīng)以裂縫型毛細(xì)孔結(jié)構(gòu)為主。表明隨著地層埋深的加大，成巖作用加強，泥巖壓實作用增強，封蓋能力不斷提高；而隨著成巖演化的進一步深入，到達一定量時，泥巖脆性增加，在地應(yīng)力作用和抬升作用下產(chǎn)生微裂隙，封蓋能力逐步降低。

5 結(jié)論

下?lián)P子區(qū)突破壓力主要受泥巖孔隙中微孔隙和小喉道分布控制，而與總孔隙分布關(guān)系較小。隨著蓋層演化程度的加大，突破壓力先是由小變大；當(dāng)達到較高的演化階段時，突破壓力又由大變小。蓋層突破壓力的變化與泥巖在不同演化階段所具有的微孔隙結(jié)構(gòu)有關(guān)。在較低的演化階段，泥巖具有孔隙型

毛細(xì)孔結(jié)構(gòu)特征，在壓實作用下，孔隙度逐漸變小，突破壓力不斷增加；當(dāng)?shù)竭_較高演化階段時，泥巖脆性增加，在地應(yīng)力作用和抬升作用下產(chǎn)生微裂隙，突破壓力不斷變小，封蓋能力逐步降低。

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