碳酸鹽巖蓋層有效性評價方法研究
——以塔東古城地區為例

金大偉，王海勇，劉世超，張 銘，趙新文

（1.中國石油大慶油田有限責任公司勘探開發研究院，黑龍江大慶163712；2.黑龍江省致密油和泥巖油成藏研究重點實驗室，黑龍江大慶163712）

蓋層是油氣成藏關鍵要素之一，目前蓋層封閉條件的好壞已逐漸成為制約油氣勘探的關鍵，尤其是海相碳酸鹽巖區勘探。大量研究認為，除了傳統的優質蓋層——蒸發巖、泥頁巖之外，碳酸鹽巖不僅可作為儲集體，也可以作為油氣蓋層。統計表明，世界200 余個大型碳酸鹽巖油氣田中，碳酸鹽巖蓋層占20%左右。近年來針對碳酸鹽巖蓋層的研究迅速增多[1-3]，但相對于泥巖蓋層，研究起步較晚。國內對蓋層的研究自“九五”以來得到了飛速的發展，目前用于蓋層微觀封閉性評價參數的測試技術已經較成熟。蓋層封閉機理日益完善，并建立了很多關于蓋層封閉能力的綜合評價方法，蓋層對油氣運聚成藏的影響也越來越受到重視。有專家學者研究認為[4-8]，碳酸鹽巖蓋層封蓋能力的影響因素主要有厚度、泥質含量、連續性、斷裂、火山熱液作用等；評價其封蓋能力的參數有排替壓力、擴散系數、孔隙度、滲透率、比表面等。針對塔東地區存在多套碳酸鹽巖蓋層，但對其封閉能力尚未開展過系統研究。因此，本文以塔里木盆地東部古城地區為例，來探討碳酸鹽蓋層的影響因素及該地區碳酸鹽蓋層封閉性。

1 碳酸鹽巖蓋層的物性評價參數

碳酸鹽類蓋層通常是指碳酸鹽巖占半數至純由碳酸鹽巖組成的一些非滲透性巖石，如泥質石灰巖、致密石灰巖等，但很少發現以純碳酸鹽巖作為蓋層[9]。

碳酸鹽巖蓋層的封閉有效性的影響因素：蓋層在宏觀上受巖性、厚度、分布規模等因素的影響，微觀上受突破壓力、物性、泥質含量等的約束。本次研究選取突破壓力、孔隙度、滲透率、比表面積、泥質含量等參數來進行蓋層的封閉有效性評價。

2 物性評價參數特點

2.1 孔隙度、滲透率

孔滲數值越小，說明遮擋能力越強，越有利于蓋層的封閉有效性。

分析結果表明（表1），研究區1號、2號井碳酸鹽樣品的物性普遍較差，具有成為蓋層的潛力；3 號井碳酸鹽樣品的物性相對較好，不利于形成有效蓋層。

表1 古城地區各井孔滲數據評價表

2.2 覆壓孔隙度、覆壓滲透率

分析結果表明，研究區碳酸鹽巖樣品普遍具有較小的初始孔隙度、滲透率，分別在0.1%～4.8%和（0.00007～0.02312）×10-3μm2；較大的壓縮比，孔隙度壓縮比（φi/φo）最大為13.3%～89.5%之間，滲透率壓縮比（Ki/Ko）在（2.8～81.3）×10-3μm2之間，說明初始孔滲雖小，但是仍有壓縮空間，在地層壓力條件下，有物性持續變差的條件，即具有成為蓋層的潛力。

2.3 比表面

比表面越大，說明樣品顆粒越細，其孔隙度、滲透率就越小，突破壓力越大，越有利于蓋層的封閉有效性。

分析結果表明（表2），研究區致密碳酸鹽巖段的比表面較小，均小于1m2/g，相比于泥巖樣品的10 ～30m2/g 的比表面，碳酸鹽巖較小的比表面不利于蓋層的封閉有效性。

表2 古城地區各井比表面數據評價表

2.4 擴散系數

擴散系數表示氣體（或固體）擴散程度的物理量，擴散系數越小，越有利于天然氣的封閉，越有利于蓋層的封閉有效性。研究區碳酸鹽巖樣品擴散系數均在10-4～10-5cm2/s 之間，相對偏大，是研究區蓋層的封閉有效性的不利因素。

2.5 泥質含量

碳酸鹽巖中的泥質含量可以改善其韌性，其泥質含量越高，可使碳酸鹽類蓋層的封閉性變好且不易因剪切力而形成裂縫，越有利于蓋層的封閉有效性[5,10]。

分析結果表明（表3），研究區致密碳酸鹽巖段的泥質含量大部分較少，介于0.002%～11.778%之間，尤其是2號井和3號井，較少的泥質含量會導致碳酸鹽巖較脆，缺乏韌性，在構造運動影響下，容易產生裂縫，不利于蓋層的封閉有效性性[5,10]。

2.6 突破壓力

有效蓋層是指能夠封閉油氣的直接蓋層。判斷的主要標準是蓋層突破壓力的大小。研究區突破壓力分析數據介于0.5～38.6MPa 之間，其中灰巖的突破壓力普遍大于白云巖，也即灰巖更有利于形成有效蓋層；并通過1號井突破壓力數據確定了突破壓力與孔隙度及滲透率的對應關系（表3、圖1、圖2）。

3 蓋層封閉性劃分標準及評價

研究區具有的優勢蓋層條件為，較大的突破壓力、較小的孔隙度、較小的滲透率；劣勢條件為，過小的比表面、偏大的擴散系數、過低的泥質含量。這種物性特點導致研究區碳酸鹽巖蓋層雖致密且封閉性好，但極易受到構造剪切力的影響而產生裂縫，從而失去封閉有效性。

利用前人研究成果和研究區物性特點[4-5,8,11-13]，制定了研究區的碳酸鹽巖蓋層的封閉有效性的物性評價表（表4），目的是通過物性數據來評價蓋層的封閉有效性。從目前的取芯樣品實驗分析數據來看，塔里木盆地古城地區碳酸鹽巖蓋層的封閉有效性主要在Ⅲ級、Ⅳ級，碳酸鹽巖蓋層條件較差。

4 結論

表3 突破壓力與孔隙度及滲透率的對應關系表

圖1 突破壓力與孔隙度、滲透率關系圖

圖2 不同巖性突破壓力特征圖

（1）本次研究選取突破壓力、孔隙度、滲透率、比表面積、泥質含量等參數來進行蓋層的封閉有效性評價。以蓋層突破壓力為核心指標，參考孔孔隙度、滲透率、比表面積、泥質含量制定了古城地區蓋層封閉有效性的物性評價標準。

（2）塔里木盆地古城地區碳酸鹽巖蓋層實驗分析的突破壓力0.5～38.6MPa之間，孔隙度多數為0.1%～4.8%，滲透率多數為 (0.0107～0.0976) ×10-3μm2，比表面積均小于1，擴散系數在10-4～10-5cm2/s之間、泥質含量在0.002%～11.778%之間。

表4 古城地區碳酸鹽巖蓋層封閉有效性物性評價表

（3）研究區具有的優勢蓋層條件為，較大的突破壓力、較小的孔隙度、較小的滲透率；劣勢條件為，過小的比表面、偏大的擴散系數、過低的泥質含量。這種物性特點導致研究區碳酸鹽巖蓋層雖致密且封閉性好，但極易受到構造剪切力的影響而產生裂縫，從而失去封閉有效性。

（4）從目前的取芯樣品實驗分析數據來看，塔里木盆地古城地區碳酸鹽巖蓋層封閉性主要在Ⅲ級、Ⅳ級，碳酸鹽巖蓋層條件較差。