馮國(guó)良，孫萬(wàn)高，王一帆，白建峰，史艷麗，楊文輝

（1.中油國(guó)際（乍得）上游項(xiàng)目公司，乍得 恩賈梅納BP1102；2.中國(guó)石油 玉門(mén)油田分公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院，甘肅 酒泉 735019；3.中油國(guó)際海外研究中心，北京 100083）

乍得D 盆地位于非洲大陸中部，勘探面積約8 000 km2，是在中—新生代泛大陸解體背景下，受中非剪切帶控制的陸內(nèi)裂谷盆地[1-3]，研究區(qū)包括北部陡坡帶、洼槽帶、中部低隆帶、南部緩坡帶和東北部轉(zhuǎn)換帶5 個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元（圖1）。D 盆地自下而上沉積了白堊系、古近系、新近系及第四系，其中下白堊統(tǒng)為主要勘探目的層，厚度1 700～5 000 m，自下而上可劃分為Mangara 組，Kedeni 組，Doba 組和Koumra 組。20 世紀(jì)70年代以來(lái)，先后部署4口探井，僅D4井在Kedeni組獲得低產(chǎn)油流，D1井、D2井和D5井均未獲得油氣，評(píng)價(jià)認(rèn)為盆地內(nèi)不存在區(qū)域蓋層或蓋層質(zhì)量差，難以形成規(guī)模油藏。在北部陡坡帶部署的D3 井獲高產(chǎn)油流，在東北部轉(zhuǎn)換帶部署的D6井未獲得油氣，分析認(rèn)為泥巖蓋層發(fā)育程度為主要影響因素。

圖1 乍得D盆地構(gòu)造單元（a）及下白堊統(tǒng)劃分（b）Fig.1.(a)Structural units and(b)stratigraphic division of the Lower Cretaceous in the D basin in Chad

筆者通過(guò)鉆井資料分析及成藏研究認(rèn)為，中部低隆帶、南部緩坡帶Kedeni 組和Doba 組發(fā)育的辮狀河三角洲前緣砂體及北部陡坡帶Kedeni 組和Doba 組發(fā)育的扇三角洲前緣砂體與泥巖蓋層配置，形成良好的成藏組合[4]（圖1）。然而，受盆地內(nèi)有利沉積相帶窄，缺乏穩(wěn)定區(qū)域蓋層的影響，6口井中僅D3井在Kedeni組獲得高產(chǎn)油流，而前人工作主要集中于盆地構(gòu)造模式分析，鮮有開(kāi)展系統(tǒng)的蓋層評(píng)價(jià)研究[4-7]。

作為油氣成藏要素之一，蓋層是保存條件研究的核心內(nèi)容。蓋層的性能及分布，直接影響著油氣在儲(chǔ)集層中的聚集和保存。泥巖蓋層封閉機(jī)理一般有3種：毛細(xì)管力封閉，泥巖由于其毛細(xì)管力大而具有物性封閉的能力；高壓異常封閉，厚層泥巖由于存在高壓異常而具有封閉能力；烴濃度封閉，暗色泥巖由于是烴源巖而具有烴濃度封閉的能力。D 盆地泥巖蓋層屬于毛細(xì)管力封閉，對(duì)毛細(xì)管力封閉機(jī)理而言，泥巖蓋層的突破壓力是評(píng)價(jià)的關(guān)鍵參數(shù)[8-10]。

D 盆地勘探程度低，對(duì)盆地蓋層條件的研究較薄弱，蓋層品質(zhì)和展布不清，制約了盆地的油氣勘探。本文在鉆井資料較少、缺乏泥巖實(shí)驗(yàn)分析數(shù)據(jù)的情況下，從單井著手，充分利用錄井、測(cè)井和測(cè)試資料，計(jì)算出含砂量、孔隙度、厚度、突破壓力等反映泥巖封閉能力的重要參數(shù)[11-17]，對(duì)單井單層泥巖蓋層品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)；結(jié)合突破壓力與層速度的關(guān)系和泥地比與地震屬性的關(guān)系，對(duì)蓋層平面展布進(jìn)行了分級(jí)評(píng)價(jià)。應(yīng)用評(píng)價(jià)結(jié)果，部署的D7 井和D8 井與鉆前蓋層評(píng)價(jià)結(jié)果一致，證實(shí)其評(píng)價(jià)結(jié)果能為D盆地的油氣勘探提供依據(jù)。

1 泥巖蓋層測(cè)井評(píng)價(jià)參數(shù)的計(jì)算方法

泥巖蓋層的質(zhì)量主要反映在微觀封閉能力和宏觀展布范圍2 個(gè)方面[18-21]，較強(qiáng)的微觀封閉能力和一定的宏觀展布范圍是形成有效、高質(zhì)量區(qū)域泥巖蓋層的必要條件。反映泥巖蓋層微觀封閉能力的參數(shù)包括突破壓力、泥巖含砂量、總孔隙度、有效孔隙度等，其中突破壓力是最直接的參數(shù)；宏觀展布范圍主要受單層泥巖厚度及其穩(wěn)定性的制約。鑒于D 盆地?zé)o蓋層巖石樣品實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，筆者利用測(cè)井資料計(jì)算得到上述關(guān)鍵參數(shù)，并嘗試開(kāi)展了研究區(qū)泥巖蓋層定量評(píng)價(jià)。

泥巖可近似看成由含砂量、泥質(zhì)含量和孔隙度組成[9-12]，即：

式中Vsd——含砂量，%；

Vsh——泥質(zhì)含量，%；

?——孔隙度，%。

1.1 含砂量

含砂量是刻畫(huà)泥巖蓋層品質(zhì)的重要參數(shù)。一般認(rèn)為，含砂量增大，有效孔隙相應(yīng)增大，泥質(zhì)含量降低，泥巖的滲流能力增強(qiáng)，脆性變好，易于產(chǎn)生裂縫，從而導(dǎo)致突破壓力降低，封閉能力變差。

本文利用自然伽馬測(cè)井曲線，結(jié)合中子—密度交會(huì)圖、電阻率測(cè)井曲線，計(jì)算出含砂量，盡可能提高測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)處理巖性剖面的精度。

1.2 孔隙度

孔隙度包括總孔隙度和有效孔隙度，孔隙度是影響突破壓力的最直接因素，孔隙度越大，突破壓力越小。

總孔隙度反映泥巖的壓實(shí)程度，總孔隙度越小，壓實(shí)程度越高，孔喉半徑越小，泥巖孔隙毛細(xì)管力越大，封閉能力越強(qiáng)。分析總孔隙度同突破壓力的關(guān)系的前提條件，是把泥巖蓋層看成均一化的理想蓋層。實(shí)際上，泥巖結(jié)構(gòu)與孔隙在一定分布范圍內(nèi)差異較大，例如受各種成巖作用和構(gòu)造作用，常產(chǎn)生次生孔隙、微裂縫等。因此，除了考慮總孔隙度對(duì)泥巖蓋層封閉能力的影響之外，還應(yīng)充分考慮有效孔隙度的影響。

總孔隙度和有效孔隙度利用中子—密度交會(huì)技術(shù)來(lái)計(jì)算，其關(guān)鍵點(diǎn)是干黏土和濕黏土的體積密度以及中子測(cè)井值的確定。

1.3 厚度

厚度是決定蓋層封閉能力的宏觀因素。國(guó)內(nèi)外學(xué)者普遍認(rèn)為，只要有幾米厚泥巖就能封閉油氣，但厚度的增加，空間展布面積的增大，能提高蓋層的質(zhì)量。單層泥巖厚度越大，分布越廣，封閉油氣的能力及范圍就越大；反之，封閉油氣的能力及范圍就越小。本文依據(jù)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)單層泥巖厚度。

1.4 突破壓力

突破壓力是指巖石中最大連通孔隙的潤(rùn)濕相流體被非潤(rùn)濕相流體排替所需要的最低壓力，是反映蓋層微觀封閉能力的最直接、最根本的參數(shù)[22-26]。

大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，泥巖的突破壓力與其孔隙度之間存在明顯的反比關(guān)系[9-17]。根據(jù)文獻(xiàn)［17］的突破壓力與孔隙度關(guān)系圖版，泥巖的突破壓力與總孔隙度、有效孔隙度均呈非線性函數(shù)變化，但兩者的變化規(guī)律有所不同，當(dāng)有效孔隙度小于20%，總孔隙度小于30%時(shí)，突破壓力隨孔隙度的增加明顯降低；當(dāng)有效孔隙度大于20%，總孔隙度大于30%時(shí)，突破壓力保持不變，趨向于零。同時(shí)，有效孔隙度與突破壓力關(guān)系曲線的曲率明顯比總孔隙度與突破壓力關(guān)系曲線的曲率大，說(shuō)明有效孔隙度較總孔隙度對(duì)突破壓力的影響更明顯，對(duì)蓋層封閉能力的作用更強(qiáng)。

鑒于D 盆地?zé)o泥巖樣品突破壓力實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，本文采用中子—密度交會(huì)技術(shù)計(jì)算總孔隙度和有效孔隙度，然后根據(jù)突破壓力與孔隙度關(guān)系圖版[17]，計(jì)算突破壓力。

用總孔隙度求取突破壓力：

式中pbt——由總孔隙度確定的突破壓力，MPa；

?t——總孔隙度，%。

用有效孔隙度求取突破壓力:

式中pbe——由有效孔隙度確定的突破壓力，MPa；

?e——有效孔隙度，%。

突破壓力取由總孔隙度和有效孔隙度所確定的突破壓力中的最小值：

式中pb——突破壓力，MPa。

D3 井在Kedeni 組鉆遇油層厚度為60.2 m，油氣藏油氣柱高度為75.0 m，對(duì)應(yīng)的油氣藏油氣柱壓力為0.74 MPa。該油氣藏的直接泥巖蓋層厚度為82.3 m，計(jì)算的泥巖蓋層突破壓力為3.46 MPa，油氣藏油氣柱壓力小于泥巖蓋層突破壓力，與鉆探結(jié)果相符，說(shuō)明計(jì)算的突破壓力可以作為評(píng)價(jià)泥巖蓋層封閉能力的參數(shù)。

2 單井泥巖蓋層評(píng)價(jià)

利用上述計(jì)算方法，結(jié)合測(cè)井資料計(jì)算出研究區(qū)內(nèi)6 口井的泥巖含砂量、總孔隙度、有效孔隙度、泥巖厚度、突破壓力等參數(shù)，進(jìn)行Kedeni 組和Doba 組2 套主要泥巖蓋層的定量評(píng)價(jià)。采用李國(guó)平等[8-9]泥巖物性封閉蓋層的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)研究區(qū)單井泥巖蓋層進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)（表1）。評(píng)價(jià)結(jié)果表明，洼槽帶和北部陡坡帶D1井、D2井、D3井和D4井的泥巖蓋層各項(xiàng)評(píng)價(jià)參數(shù)均好于中部低隆帶的D5 井，東北部轉(zhuǎn)換帶的D6 井最差；縱向上，Kedeni 組泥巖突破壓力大于Doba 組，Kedeni組泥巖蓋層封閉能力較好。

表1 D盆地6口井Doba組和Kedeni組泥巖蓋層參數(shù)統(tǒng)計(jì)及評(píng)價(jià)結(jié)果Table 1.Statistic and evaluation results of the parameters of the mudstone caprocks in Doba and Kedeni formations from 6 wells in the D basin

3 泥巖蓋層平面展布特征

在區(qū)域上要形成有效的高質(zhì)量泥巖蓋層，須同時(shí)具備較強(qiáng)的微觀封閉能力和較廣的宏觀展布范圍。突破壓力是反映泥巖蓋層微觀封閉能力的最直接參數(shù)，泥巖厚度可反映蓋層分布的穩(wěn)定性和宏觀展布范圍。

3.1 泥巖展布特征

鑒于D 盆地面積大、鉆井少且地震資料多為二維，已發(fā)現(xiàn)油藏多為砂泥巖互層，單層泥巖在地震上不好識(shí)別追蹤，泥地比盡管不代表單層泥巖的發(fā)育程度，但可間接反映地層中泥巖的總體發(fā)育程度，因此，本文用泥地比代替泥巖厚度評(píng)價(jià)泥巖蓋層的空間分布連續(xù)性。通過(guò)分析D 盆地泥地比與地震屬性的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，泥地比與地震多道相關(guān)屬性呈較好的線性關(guān)系，因此，利用測(cè)井處理得到的巖性剖面，統(tǒng)計(jì)出單井上Doba 組和Kedeni 組的泥地比，結(jié)合地震多道相關(guān)屬性進(jìn)行外推，繪制出Doba 組和Kedeni 組泥地比平面分布圖（圖2）。

圖2 D盆地下白堊統(tǒng)Doba組和Kedeni組泥地比與地震多道相關(guān)屬性關(guān)系及泥地比平面分布Fig.2.Relationships between mud-to-formation ratio and multi-trace seismic attributes and the plane distribution of the mud-to-formation ratio in the Lower Cetaceous Doba and Kedeni formations in the D basin

Kedeni 組泥巖蓋層發(fā)育，有西厚東薄、中間厚向南向北變薄的趨勢(shì)，洼槽帶和北部陡坡帶泥地比高，最大可達(dá)100%；中部低隆帶和南部緩坡帶次之，最大泥地比為85%；東北部轉(zhuǎn)換帶泥地比最低，最大為55%。Doba 組泥巖蓋層發(fā)育，變化趨勢(shì)與Kedeni 組相似，洼槽帶和北部陡坡帶泥地比高，最大可達(dá)90%；中部低隆帶和南部緩坡帶次之，最大泥地比為80%；東北部轉(zhuǎn)換帶泥地比最低，最大為50%。

3.2 突破壓力展布特征

突破壓力與孔隙度呈負(fù)相關(guān)，孔隙度與聲波時(shí)差呈正相關(guān)[18]。D盆地井點(diǎn)處的突破壓力與層速度相關(guān)性好，因此，利用井點(diǎn)處的突破壓力與層速度進(jìn)行相關(guān)擬合，繪制出D盆地泥巖突破壓力平面分布圖（圖3）。

圖3 D盆地下白堊統(tǒng)Doba組和Kedeni組突破壓力與層速度關(guān)系及突破壓力平面分布Fig.3.Relationship between break-out pressure and interval velocity and the plane distribution of the break-out pressure in the Lower Cretaceous Doba and Kedeni formations in the D basin

Kedeni組泥巖突破壓力平面分布顯示，洼槽帶和北部陡坡帶突破壓力大，最大可達(dá)20 MPa，中部低隆帶和南部緩坡帶次之，最大為12 MPa，東北部轉(zhuǎn)換帶突破壓力最低。Doba組泥巖突破壓力平面分布顯示，洼槽帶和北部陡坡帶突破壓力較大，最大為5 MPa，中部低隆帶和南部緩坡帶次之，最大為3 MPa，東北部轉(zhuǎn)換帶突破壓力最低。

3.3 泥巖蓋層綜合評(píng)價(jià)

將突破壓力和泥地比平面分布圖疊合，可直觀反映泥巖蓋層品質(zhì)的好壞。本文用突破壓力與泥地比的乘積作為權(quán)值，來(lái)綜合反映泥巖蓋層品質(zhì)，即突破壓力越大，泥地比越大，權(quán)值越大，泥巖蓋層品質(zhì)越好；突破壓力越小，泥地比越小，權(quán)值越小，蓋層品質(zhì)越差。

根據(jù)D盆地鉆井及油藏分析，結(jié)合權(quán)值平面分布特征，將泥巖蓋層分為4級(jí)，即權(quán)值大于6為Ⅰ類(lèi)，2～6為Ⅱ類(lèi)，1～2為Ⅲ類(lèi)，小于1為Ⅳ類(lèi)（圖4）。

圖4 D盆地下白堊統(tǒng)Doba組和Kedeni組泥巖蓋層綜合評(píng)價(jià)Fig.4.Comprehensive evaluation of the mudstone caprocks in the Lower Cretaceous Doba and Kedeni formations in the D basin

Kedeni 組在洼槽帶和北部陡坡帶處發(fā)育Ⅰ類(lèi)和Ⅱ類(lèi)泥巖蓋層，封閉能力強(qiáng)；中部低隆帶和南部緩坡帶主要發(fā)育Ⅱ類(lèi)泥巖蓋層，Ⅲ類(lèi)泥巖蓋層次之，封閉能力較強(qiáng)；東北部轉(zhuǎn)換帶鉆井資料少，泥巖蓋層不發(fā)育，為Ⅳ類(lèi)泥巖蓋層。Doba 組在洼槽帶和北部陡坡帶處發(fā)育Ⅱ類(lèi)泥巖蓋層，封閉能力較強(qiáng)；中部低隆帶和南部緩坡帶主要發(fā)育Ⅱ類(lèi)和Ⅲ類(lèi)泥巖蓋層；東北部轉(zhuǎn)換帶泥巖蓋層不發(fā)育，為Ⅳ類(lèi)泥巖蓋層。

4 應(yīng)用效果

油氣勘探實(shí)踐表明，蓋層的發(fā)育程度對(duì)油氣成藏具有重要的控制作用。對(duì)D 盆地鉆探分析和油藏解剖認(rèn)為，油氣成藏受構(gòu)造、儲(chǔ)集層及保存條件3 個(gè)因素控制，油氣富集程度及分布受控于蓋層發(fā)育及斷層兩盤(pán)巖性側(cè)向?qū)忧闆r。

通過(guò)對(duì)D 盆地下白堊統(tǒng)Kedeni 組和Doba 組2 套泥巖蓋層的評(píng)價(jià)，認(rèn)為Kedeni組泥巖蓋層品質(zhì)整體上好于Doba 組，具有泥巖含砂量低、孔隙度低和突破壓力高的特征，從而進(jìn)一步明確Kedeni組為D盆地主力成藏組合，Doba 組泥巖蓋層品質(zhì)較差，可作為兼探的次要成藏組合。

根據(jù)泥巖蓋層評(píng)價(jià)結(jié)果，結(jié)合油源、圈閉、沉積相、構(gòu)造演化等，優(yōu)選北部陡坡帶、中部低隆帶和南部緩坡帶為油氣聚集的有利區(qū)帶，也是泥巖蓋層發(fā)育且品質(zhì)好的區(qū)域。中部低隆帶新部署的D7井在Doba組和Kedeni 組試油均獲高產(chǎn)油流，D8 井僅在Kedeni 組試油獲高產(chǎn)油流，鉆井顯示泥巖蓋層評(píng)價(jià)結(jié)果與鉆前預(yù)測(cè)結(jié)果基本一致（圖2、圖3、表2）。

表2 D盆地D7井、D8井Doba組和Kedeni組泥巖蓋層參數(shù)統(tǒng)計(jì)及評(píng)價(jià)結(jié)果Table 2.Statistics and evaluation results of the parameters of the mudstone caprocks in Doba and Kedeni formations from D7 and D8 wells in the D basin

綜上所述，本文所得泥巖蓋層評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)D 盆地油氣勘探具有良好指導(dǎo)意義，該研究方法可為類(lèi)似低勘探程度盆地，特別是缺少泥巖巖心實(shí)測(cè)資料或缺乏實(shí)測(cè)條件的境外勘探項(xiàng)目的泥巖蓋層評(píng)價(jià)提供一定借鑒。

5 結(jié)論

（1）測(cè)井、錄井資料是評(píng)價(jià)泥巖厚度、質(zhì)量的重要資料，利用中子—密度交會(huì)技術(shù)計(jì)算泥巖總孔隙度、有效孔隙度等參數(shù)，并求取泥巖突破壓力的方法在D盆地可行。

（2）D 盆地下白堊統(tǒng)發(fā)育Kedeni 組和Doba 組2 套泥巖蓋層，Kedeni 組泥巖蓋層整體上好于Doba 組，具泥巖含砂量低、孔隙度低和突破壓力高的特征，這也是Kedeni組油氣明顯較Doba組富集的主要原因。

（3）平面上，D 盆地Kedeni 組和Doba 組泥巖蓋層在洼槽帶和北部陡坡帶突破壓力和泥地比最高，泥巖蓋層封閉能力強(qiáng)，為Ⅰ類(lèi)和Ⅱ類(lèi)泥巖蓋層；中部低隆帶和南部緩坡帶次之，為Ⅱ類(lèi)和Ⅲ類(lèi)泥巖蓋層；東北部轉(zhuǎn)換帶鉆井資料少，初步評(píng)價(jià)為Ⅳ類(lèi)泥巖蓋層，品質(zhì)較差，其認(rèn)識(shí)有待驗(yàn)證。

（4）中部低隆帶和北部陡坡帶蓋層、油源、圈閉及儲(chǔ)集層條件相對(duì)更有利，為具有規(guī)模發(fā)現(xiàn)潛力的區(qū)帶，已為近期鉆探試油所證實(shí)；南部緩坡帶部分區(qū)域位于蓋層和儲(chǔ)集層耦合有利區(qū)，是下步勘探的有利目標(biāo)區(qū)。