沈群，孫同文，樊樹峰，汪振杰

（1.東北石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，黑龍江 大慶 163318；2.延邊大學(xué)理學(xué)院，吉林 延吉 133002；3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）資源學(xué)院，湖北 武漢 430074）

1 地質(zhì)概況

南堡凹陷位于渤海灣盆地黃驊坳陷的北部，陸上與海上凹陷面積的總和是1 932 km2，為黃驊坳陷新生代裂谷盆地的二維負(fù)向構(gòu)造單元，南堡凹陷下第三系具有北斷南超的箕狀斷陷的特征。其從上向下發(fā)育第四系、明化鎮(zhèn)組、新近系的館陶組、東營(yíng)組、沙河街組和古近系的孔店組地層[1-3]。截至目前，南堡凹陷已發(fā)現(xiàn)陸上（高尚堡、老爺廟）和灘海（南堡1—5）油田。油氣在縱向上分布廣泛，其中沙三段是主要的含油帶，從東營(yíng)組到明化鎮(zhèn)組是重要的含油氣層系，相對(duì)富集的中淺層油氣占總儲(chǔ)量的70%左右，中淺層又以東一段油氣最多。油氣源對(duì)比結(jié)果表明，油氣主要來(lái)自下伏沙三段或沙一段—東三段發(fā)育的烴源巖，東一段儲(chǔ)層的區(qū)域性蓋層為館三段火山巖，東一段油氣的含量除了受到自身制約、與源巖的位置關(guān)系等因素影響外，在很大程度上受區(qū)域性阻烴的限制[4-5]。

前人主要在對(duì)蓋層封閉油氣有效性或時(shí)間有效性上進(jìn)行了大量研究，而筆者不僅開展了南堡凹陷蓋層封閉能力有效性和時(shí)間有效性進(jìn)行綜合研究，而且還對(duì)蓋層排替壓力與油氣藏剩余壓力的差值Δp進(jìn)行分析，從而來(lái)研究Δp與天然氣相態(tài)和產(chǎn)能之間的關(guān)系，這對(duì)于認(rèn)識(shí)油氣成藏規(guī)律和油氣勘探具有重要意義。

2 蓋層封閉油氣有效性

2.1 時(shí)間有效性

蓋層封閉油氣的時(shí)間有效性是指蓋層封閉性形成時(shí)期與源巖大量排烴期之間的匹配關(guān)系。如果蓋層形成封閉能力時(shí)間比烴源巖大量排烴期早或者與其同一時(shí)期，則可以封閉住源巖排出的大量油氣，在時(shí)間上能夠有效的封閉油氣[6-7]；相反，如果蓋層形成封閉能力時(shí)間比烴源巖大量排烴期晚，則蓋層所能封閉住的油氣量主要與二者之間時(shí)間差有關(guān)。二者時(shí)間差越小，蓋層所能封閉住的油氣量相對(duì)越大，在時(shí)間上封閉油氣有效性相對(duì)越好；反之，則相對(duì)越差[8]。由此可以看出，要研究蓋層封閉油氣時(shí)間的有效性，就必須首先確定蓋層封閉性形成時(shí)期和源巖的大量排烴期。

2.1.1 烴源巖發(fā)育情況

沙三段烴源巖是南堡凹陷最重要的烴源巖，其生烴量占南堡凹陷70%以上。沙三段發(fā)育了高豐度的優(yōu)質(zhì)烴源巖，有效烴源巖厚度在250 m左右，TOC高達(dá)5%以上，鏡質(zhì)體反射率Ro在0.8%以上。烴源巖中有機(jī)質(zhì)豐度較高，其重要的來(lái)源是無(wú)定形體和藻質(zhì)體，干酪根以Ⅰ型和Ⅱ型為主，且演化程度很高，目前已過(guò)生油高峰。由于烴源巖形成于南堡凹陷主裂陷幕，此時(shí)湖盆水體最深，湖盆范圍最廣，發(fā)育大面積深湖相灰色、灰黑色泥巖、鈣質(zhì)泥巖、油頁(yè)巖，且厚度大，平面上分布穩(wěn)定，因此具有巨大的生烴潛力。

烴源巖生排烴史研究結(jié)果表明，南堡凹陷沙三段烴源巖在館陶組沉積末期開始進(jìn)入大量排烴期，明化鎮(zhèn)組沉積中期達(dá)到排烴高峰期，之后正常原油和輕質(zhì)油生成作用明顯減弱，且正常原油減小速度更快，而天然氣生成作用減弱較輕，直至第四系沉積末期依然保持較強(qiáng)的生成作用（見圖1）。

2.1.2 蓋層發(fā)育情況

南堡凹陷共發(fā)育6套主要蓋層，自下而上分別為沙三—沙二段、沙一上、東三上、東二上、館下段和明下段。從目前油氣藏分布可知，各套蓋層目前均具有較強(qiáng)—強(qiáng)的封閉能力，但這一封閉能力并非一經(jīng)沉積就形成了。剛一沉積的泥巖蓋層壓實(shí)成巖程度低，孔隙度和滲透率高，排替壓力低，不具有封閉油氣能力。隨著埋深增加，壓實(shí)作用逐漸增強(qiáng)，孔隙度和滲透率逐漸降低，排替壓力逐漸升高，當(dāng)排替壓力達(dá)到某一值后才開始具備封閉能力。

通過(guò)蓋層微觀封閉能力與油氣產(chǎn)能關(guān)系研究表明，泥巖蓋層對(duì)低豐度天然氣藏形成封閉作用的排替壓力值在2.00 MPa左右，對(duì)中—高豐度天然氣藏形成封閉作用的排替壓力值在4.00 MPa左右。而且蓋層能夠封閉的氣藏儲(chǔ)量豐度隨著蓋層排替壓力的增加而逐漸增大。由于明下段蓋層為全區(qū)分布的區(qū)域性蓋層，且目前整個(gè)南堡凹陷已發(fā)現(xiàn)油氣均在此蓋層以下分布，說(shuō)明此套蓋層封閉能力不存在問題，因此，以下重點(diǎn)對(duì)沙三—沙二段、沙一上、東三上、東二上4套蓋層進(jìn)行封閉時(shí)間和能力的有效性分析。

各套蓋層封閉能力形成時(shí)期與烴源巖排氣期之間匹配關(guān)系見圖2?？梢钥闯觯瑬|二上段、東三上段、沙一上段和沙二—沙三段蓋層在明化鎮(zhèn)組沉積末期到東三段沉積中后期不同階段形成對(duì)低豐度天然氣藏和中—高成熟度油氣藏的封閉能力，并且在明化鎮(zhèn)中期的排烴高峰期，5套蓋層排替壓力達(dá)2.00～11.00 MPa，大于蓋層有效封閉工業(yè)氣流界限，在時(shí)間上能夠有效封閉天然氣。

圖1 南堡凹陷烴原巖演化及生烴曲線

2.2 能力有效性

南堡凹陷各套蓋層具有較強(qiáng)—強(qiáng)的封閉能力。蓋層是否具有能夠有效的對(duì)油氣進(jìn)行封閉的能力，主要取決于蓋層排替壓力與油氣藏剩余壓力的相對(duì)大小。在油氣成藏的關(guān)鍵時(shí)期，如果蓋層排替壓力比油氣藏剩余壓力大（Δp＞0），則在能力上封閉油氣是有效的，有利于油氣的聚集與保存[9-10]，且差值越大容納的油氣量的潛力就越大；相反，當(dāng)蓋層排替壓力小于油氣藏剩余壓力 （Δp＜0），蓋層之下油氣將會(huì)穿過(guò)蓋層向上運(yùn)移，直到蓋層排替壓力與油氣藏剩余壓力達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡為止[11-12]。

圖2 南堡凹陷泥巖蓋層封閉能力演化與烴源巖排烴史演化時(shí)間匹配關(guān)系

通過(guò)對(duì)南堡凹陷現(xiàn)今蓋層排替壓力測(cè)試及油氣藏剩余壓力計(jì)算可知，南堡凹陷16口井20個(gè)層位蓋層排替壓力值為0.04～11.92 MPa，平均2.66 MPa，其相對(duì)應(yīng)的下部?jī)?chǔ)層中，油氣藏剩余壓力-6.63～17.44 MPa，平均2.10 MPa。其中，16個(gè)層位現(xiàn)今蓋層排替壓力大于油氣藏剩余壓力，Δp為正值，4個(gè)層位為負(fù)值。通過(guò)已知?dú)饩纳w層排替壓力和儲(chǔ)層剩余壓力相對(duì)大小比較可以看出（見圖3），南堡凹陷蓋層對(duì)天然氣封閉能力是有效的，可以保證已聚集的天然氣不散失，在能力上能夠有效封閉天然氣。

圖3 南堡凹陷16口產(chǎn)氣井蓋層排替壓力與儲(chǔ)層剩余壓力統(tǒng)計(jì)

3 Δp與天然氣相態(tài)及產(chǎn)能的關(guān)系

由于目前技術(shù)手段等的限制，無(wú)法準(zhǔn)確恢復(fù)成藏關(guān)鍵時(shí)期蓋層排替壓力及油氣藏剩余壓力，也就不能直接評(píng)價(jià)蓋層對(duì)油氣的保存。實(shí)測(cè)Δp反映了現(xiàn)今蓋層與天然氣藏壓力的動(dòng)態(tài)關(guān)系[13-14]。通過(guò)繪制Δp和天然氣相態(tài)之間關(guān)系圖可知有以下對(duì)應(yīng)關(guān)系：Δp＜0時(shí)，為純氣；0＜Δp≤5 MPa時(shí)， 為氣頂氣、 凝析氣；Δp＞5 MPa時(shí)，為油溶氣（見圖 4）。

圖4 Δp與天然氣相態(tài)關(guān)系

同時(shí)，Δp與天然氣產(chǎn)能表現(xiàn)為負(fù)相關(guān) （見圖5），即Δp越小時(shí)產(chǎn)能越大，反之則越小。純氣藏或氣頂氣藏時(shí)，氣產(chǎn)能相對(duì)較高，但與蓋層間壓力差較小，甚至發(fā)生部分滲露（Δp＜0）；油溶氣藏時(shí)，壓差較大，在蓋層封氣下限內(nèi)，當(dāng)Δp小于一定值時(shí)為較好的天然氣藏。

圖5 Δp與天然氣產(chǎn)能關(guān)系

4 結(jié)論

1）蓋層時(shí)間有效性分析表明，如果蓋層形成封閉能力時(shí)間都比烴源巖大量排烴期早或者與其同一時(shí)期，那么蓋層對(duì)油氣藏形成封閉能力的時(shí)間是有效的；如果蓋層形成封閉能力的時(shí)間比烴源巖大量排烴期晚，則蓋層對(duì)油氣藏封閉時(shí)間無(wú)效。

2）蓋層能力有效性分析表明，如果Δp為正值，則蓋層對(duì)油氣藏封閉能力有效；如果Δp為負(fù)值，則蓋層對(duì)油氣藏?zé)o封閉能力。

3）Δp與天然氣產(chǎn)能關(guān)系分析表明，Δp反映了現(xiàn)今蓋層與天然氣藏壓力的動(dòng)態(tài)關(guān)系，并與天然氣產(chǎn)能呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，即Δp越小時(shí)產(chǎn)能越大，反之則越小。純氣藏或氣頂氣藏，產(chǎn)能相對(duì)較高，但與蓋層間壓力差較小，甚至發(fā)生部分滲露（Δp＜0），油溶氣藏壓差較大在蓋層封氣下限內(nèi)，當(dāng)Δp小于一定值時(shí)代表較好的天然氣藏。

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