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(guó)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(yáng)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(qiáng)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(píng)價(jià)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(dòng)力[9]。本文以主要區(qū)域蓋層的突破壓力評(píng)價(jià)為基礎(chǔ)，描述各種微觀特征與突破壓力之間的關(guān)系，進(jìn)而探討泥巖蓋層突破壓力變化的形成機(jī)理，為下?lián)P子區(qū)蓋層評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

1 蓋層微觀參數(shù)與突破壓力的關(guān)系

通過(guò)對(duì)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(jì)(圖1)，發(fā)現(xiàn)蓋層孔隙度的變化對(duì)突破壓力的影響不大，而中值半徑和滲透率的變化卻對(duì)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(jìn)一步統(tǒng)計(jì)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(shí)，突破壓力隨埋深增加而逐漸變大；當(dāng)埋深大于3 100 m時(shí)，除個(gè)別點(diǎn)外，突破壓力隨埋深增加而逐漸變小，說(shuō)明突破壓力受成巖演化控制。周文等[10]對(duì)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(yùn)動(dòng)，蓋層埋藏歷史非常復(fù)雜，簡(jiǎn)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(duì)簡(jiǎn)單，僅經(jīng)歷了晚燕山—喜山運(yùn)動(dòng)，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(yùn)動(dòng)、印支—早燕山運(yùn)動(dòng)和晚燕山—喜山運(yùn)動(dòng)，其中印支—早燕山運(yùn)動(dòng)造成強(qiáng)烈抬升。因此，研究成巖作用對(duì)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(duì)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(guò)統(tǒng)計(jì)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(dòng)，成巖作用強(qiáng)，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(jī)理探討

通過(guò)對(duì)吸附法獲得的吸附—脫附等溫線所測(cè)定微孔結(jié)構(gòu)的研究，可進(jìn)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(cè)定微孔的吸附、脫附等溫線，利用其形態(tài)及對(duì)吸附量的研究，來(lái)判斷微孔隙的形態(tài)并對(duì)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(kāi)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(kāi)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(gè)樣品)，平均孔隙度為11.35%(3.39%～15.69%，共17個(gè)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(shuō)明它們應(yīng)具有一端開(kāi)口有喉道的墨水瓶狀或兩端開(kāi)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(kuò)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(jiān)硬，肉眼可見(jiàn)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(gè)樣品)，平均孔隙度為0.47%(0.37%～0.59%，共7個(gè)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(shuō)明前者具有四面開(kāi)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(gè)樣品統(tǒng)計(jì)平均為2.56 m2/g)均較小，比白堊系小一個(gè)數(shù)量級(jí)(17個(gè)樣品統(tǒng)計(jì)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(qiáng)，泥巖壓實(shí)作用增強(qiáng)，封蓋能力不斷提高；而隨著成巖演化的進(jìn)一步深入，到達(dá)一定量時(shí)，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(dá)到較高的演化階段時(shí)，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(shí)作用下，孔隙度逐漸變小，突破壓力不斷增加；當(dāng)?shù)竭_(dá)較高演化階段時(shí)，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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