第六章 盖层封闭能力及保存条件研究方法 第一节 盖层的类型及特征 第二节 盖层的封闭机理和评价方法 第三节 断层封闭性研究方法 第四节 油气保存条件综合评价方法 油气封闭机理盖层封闭毛细管封闭烃浓度封闭压力封闭物性封闭水力封闭断层封闭纵向横向水动力封闭油气封闭机理分类替代浓度封闭抑制浓度封闭毛细管封闭盖层的毛细管封闭机理 是盖层的孔喉半径微小至一定程度,致使盖层的最小毛细管阻力大于下伏储集层中流体的剩余压力,此时盖层便具有了阻止储集层中的油气向上逸散的能力Pc=2cos/rPc= 2cos/1/r泥-1/r砂式中Pc 毛细管压力 Pc 储盖层毛管压差 r岩石孔喉半径 两相界面张力毛细管封闭毛细管封闭实例塔北隆起英买力地区压力封闭 它依靠盖层中的异常压力来封闭储层中上浮的油气 压力封闭的性能还与排烃期、封闭期的相对关系有关压力封闭实例松辽盆地青山口组A点嫩江组 超压形成期B点姚家组 超压高峰期C点青山口组 超压结束期 烃浓度封闭机理烃浓度封闭是指盖层具有一定的吸附烃浓度或生烃能力，从而阻滞或抑止天然气扩散运移，这类封闭称为浓度封闭 烃浓度封闭机理烃浓度封闭实例松辽盆地三肇凹陷下白垩统青山口组和登娄库组二段两套泥岩盖层评价参数等级划分（权值）好（1.00.75）较好（0.750.5）中等（0.50.25）差（2.0 MPa盖层排驱压力与集层剩余压力差为2.00.5 MPa盖层排驱压力与储集层剩余压力差为0.50.1MPa盖层排驱压力与储集层剩余压力差0.3盖层与储集层压力系数之差0.30.2盖层与储集层压力系数差0.20.1盖层与储集层压力系数之差p饱已进入生烃门限，且具异常压力，p202010102.53003001501505050沉积环境半深深海相、蒸发岩台地相台地相、滨浅湖相、三角洲前缘相滨岸相、三角洲分流平原亚相河流相、冲积扇相盖层封闭能力划分表油气散失机理1. 我国主要含油气盆地的盖层特征&我国油气藏的盖层以泥岩为主。
我国主要含油气盆地内的泥岩盖层物性封闭能力随其成岩程度的增大而增大；同时随其所含有机质进入生烃门限而具备烃浓度封闭能力，并且烃浓度封闭能力强者均有超压现象我国主要含油气盆地泥岩盖层封闭能力划分标准如下表一、油气藏的保存条件研究 盖层微观及宏观封闭能力等级划分表盖层微观及宏观封闭能力等级划分表评价参数等级划分（权值）好（1.00.75）较好（0.750.5）中等（0.50.25）差（2.0MPa盖层排替压力与储层剩余压力差为2.00.5MPa盖层排替压力与储层剩余压力差为0.50.1MPa盖层排替压力与储层剩余压力差为0.3MPa盖层与储层压力系数之差0.30.2MPa盖层与储层压力系数之差0.20.1MPa盖层与储层压力系数之差P饱已进入生烃门限，且具异常压力，P202010102.5300300150150502.0盖层排替压力2.01.5盖层排替压力1.51.0盖层排替压力1.4盖层压力系数1.41.3盖层压力系数1.31.2盖层压力系数P饱已进入生烃门限，且具有异常压力，P202010102.5150150100100503.53.52.52.51.51.5目前发现的油气藏主要分布在区域盖层较好-中等的范围内（2）断层封闭性研究用逻辑信息法研究断层封闭程度的基本原理：将影响断层封闭的各种地质因素用0和1表示，认为具有相同封闭能力的断层具有类似的地质条件，即类似的影响因素，通过对标准对象（典型已知封闭性断层）影响因素的逻辑运算，筛选出最重要的地质参数，并计算各参数权量，得到由各参数权量构成的断层封闭性判断模型；在此基础上建立模型评判标准，从而对断层的封闭能力进行评价。
以准噶尔盆地的断层作为研究对象，用逻辑信息法判断其封闭性把盖层封闭性研究、断层封闭性研究结合起来，可以对一个油气藏保存条件进行评价 三叠系白碱滩组盖层综合评价图 侏罗系三工河组盖层综合评价图1. 天然气的扩散作用针对目前如何准确地确定扩散计算中的有关参数，自行研制了可控温压的气体扩散系数测定装置，并进行有关的各地质参数的校正解决了能反映各地质时期气藏的扩散量所涉及的扩散系数及其影响因素的校正（1）天然气扩散系数的测定和校正首要解决的问题是扩散系数测定值的可靠性，用自行研制的装置测量天然气扩散系数饱和介质的条件转换温度校正二、油气藏内烃类的散失天然气扩散系数测量仪流程图 随孔隙度、渗透率的增加，干、湿条件下天然气扩散系数的比值逐渐减小式中 DW0 饱和水岩样的天然气扩散系数，m2/s；D0 干样的天然气扩散系数，m2/s；a 干样与湿样条件下矿石扩散系数的比值；岩样孔隙度岩石干样与饱和水样的扩散系数比（）对岩石孔、渗（、K）关系图（2）天然气扩散损失量的估算方法地质模型及数学模型扩散量计算采用费克第一定律：式中Q 天然气扩散损失量，m3；D 天然气扩散系数，m2/S；A 天然气扩散流经面积，m2；t 天然气扩散时间，s；dC/dx天然气浓度梯度，m3/m3/m在稳定条件下，天然气扩散量的大小取决于其在岩石中的扩散系数、浓度梯度、扩散流经面积和扩散时间4个变量，其中只有天然气扩散系数受地层岩性因素的影响将天然气通过H厚地层（泥岩厚度为Hm、砂岩厚度为Hs，H=Hm+Hs），在单气源条件下的扩散，首先，视其为通过H厚度泥岩层的扩散：然后，再将视其为通过H厚度砂岩层的扩散：式中Qm,Qs 天然气通过泥岩、砂岩的扩散量，m3；Dm,Ds 天然气在泥岩、砂岩中的扩散系数，m2/s最后，据单位H厚度地层中泥岩层和砂岩层所占百分比（Rm=Hm/H，Rs=Hs/H），由串联原理计算在单气源条件下通过H厚度地层的天然气扩散量：计算参数不同岩性层的扩散系数、孔隙度、天然气扩散浓度、扩散流经面积、地层水温度及粘度、地层剖面中不同扩散系数层的百分比、气藏中天然气扩散作用的地质时间天然气扩散损失的地质模型 崖13-1气田位于崖13-1低凸起的西北端，是一个断背斜构造，主要产气层陵水组三段砂岩，盖层为梅山组泥岩，气源岩为崖南凹陷的崖城组地层，探明天然气地质储量1000108m3（3）实例分析崖13-1气藏剖面图并示意成藏模式崖13-1气田各地质时期天然气扩散损失量计算表地质时期天然气扩散损失量108m3第四系58.62莺黄晚期46.62莺黄中期54.86莺黄早期59.11 崖13-1气田梅山组-地表扩散系统的天然气扩散损失量为219.21108m3，约占气田储量的20%（1）断层涂抹层分布规律的物理模拟实验实验原理 断层错动时断面两盘的不同岩性之间会产生涂抹层，它将遮挡渗透层内流体的运动。
Amonton定律说明：在低围压下，滑移开始所需要的平行于断层面的切向力与正交于断层面的法向力成正比一般情况下，滑动摩擦系数大于内摩擦系数，所以在低压围岩件下产生滑动所要求的差应力（1-3）比形成另一个破裂带所要求的差应力小，这就使断裂作用往往沿先存断裂面滑移2. 裂缝渗流的散失作用实验装置与材料断层涂抹层实验装置简图 实验材料由砂岩层和泥岩层组成，砂岩层是用石英砂、粘土、膨润土和水泥按比例加水搅拌、烘干而成，粘土层用粘土、膨润土和水泥按比例加水搅拌、烘干而成 底座 剪切施力杆 正应力施力杆 滑动箱 实验结果泥岩涂抹层分布涂抹条带在空间上的分布主要受泥岩厚度、断距、主应力方向及断面粗糙程度的影响泥岩涂抹层连续性与断层断距 的关系对于单个泥岩层所产生的涂抹层，断距较大时，其连续性变差，且在涂抹层末端形成透镜状碎块几组泥岩层的泥岩涂抹层的连续性还要受泥地比的控制泥岩涂抹层分布图泥岩涂抹层连续性与断层断距的关系图泥岩涂抹现象与断层活动时间的关系断层初期活动对涂抹带的建设起着积极作用，继续加载，断距增大，涂抹层减薄、被拉断或被削截泥岩处于塑性状态时，泥岩涂抹层非常发育，说明同生断层涂抹层发育间歇活动断层泥岩涂抹剖面示意图 断层再次活动不会形成明显的剪切带，难以形成断层泥先期断裂后期剪切泥岩涂抹示意图间歇活动断层泥岩涂抹剖面示意图先期断裂后期剪切泥岩涂抹示意图涂抹层厚度、长度与泥岩层厚度、含水量、断距等关系图 泥岩涂抹层的厚度随泥岩层厚度的增大而增大，随断距、含水量的减小而增大； 涂抹层长度随泥岩层的厚度、断距（在一定范围内）、泥岩层塑性的增大而增大涂抹层厚度与泥岩层厚度关系图 涂抹层厚度与断距关系图 涂抹层厚度与含水量关系图 涂抹层长度与泥岩层厚度关系图 涂抹层长度与断距关系图 涂抹层长度与含水量关系图对实验数据进行多元回归分析，得到涂抹层厚度、长度与各参数之间的统计规律：式中Ls涂抹层长度，m；Hs涂抹层厚度，m；Hm断移地层中的泥岩层厚度，m；Fd断层的断距，m；Sw 泥岩层的含水量（实际应用时可用泥岩孔隙度代之），小数实际应用中，在正确分析断层形成与发育历史的基础上，确定断层涂抹层的发育位置，根据断层的断距、断移泥岩层的厚度及成岩程度，利用上式便可计算出断层涂抹层的厚度和长度，由此可为断层封闭性的研究提供基础资料和依据（2）断层侧向封闭性研究断层侧向封闭性是指断层面在其法线方向上阻止目的盘储集层内流体穿断层向另一盘地层中运移的能力。
本课题研究了断层两侧砂、泥岩对接概率用来判断其侧向封闭性砂泥岩对接概率砂泥对接概率是指占断层目的盘砂岩层总厚度的某一百分数的砂岩层被对置盘泥岩层封堵的可能性大小模拟计算的结果是，大部分砂岩层被封堵的概率小，则说明该断层侧向封闭性差；相反，如果大多数砂岩层与对置盘泥岩层封堵概率大，则说明该断层的侧向封闭性好断层两盘垂向沉积序列的模拟沉积序列的模拟实际上是确定垂向岩性状态和厚度分布，根据各种沉积相和砂地比值建立地层厚度分布模型在同一沉积盆地内盆地发育的同一阶段，不同沉积相砂泥岩层的厚度及其分布规律有显著差异，而相同沉积相则具有相似性最常见的小层厚度分布有三种，即正态分布、对数正态分布和指数分布对同一口井中的相同相和不同井中相同相进行对比分析，找出各种沉积相的砂泥岩层小层厚度分布规律，建立同一沉积相的砂泥小层厚度分布模型断层两盘砂泥对接概率的计算根据断层两盘各小层厚度及岩性模拟计算结果，归纳出断层两盘砂泥对置关系的六种情况砂泥对接的六种情况 结合断层泥的分布，判断单砂层被封堵的厚度，并计算出该目的层段内被对置盘封堵的砂层累加厚度占模拟层段中砂层总厚度的百分数，并用直方图将模拟结果表示出来断层侧向封闭程度分级表被封堵砂岩百分数02020404060608080100断层封闭程度差较差中较好好准噶尔盆地西北缘断层封闭概率直方图 横坐标X是封闭程度，表示目的盘的层段内被封堵砂岩厚度占该段砂岩总厚度百分数，分5个区间，分别表示5个级别的断层封闭程度；纵坐标Y是封闭概率，表示多次模拟过程中落人横坐标某个区间内的次数占累积总模拟次数的百分比。
断层侧向封闭性模拟结果与实际封闭能力的比较油田名称断层位置层位沉积相砂地比模拟封闭程度实际封闭程度相对误差目的盘对置盘目的盘对置盘被封堵砂岩占砂岩总厚度的百分数归类储油砂岩占砂岩总厚度的百分数归类大庆三3三102泉三、四河流河流0.180.2352.3中48.1中+0.09三201三2泉三、四河流河流0.220.1570.5较好73.2较好-0.04三2三4泉三、四河流河流0.110.1089.1好91.5好-0.03升61升64泉三、四河流河流0.200.1381.8好85.4好-0.04辽河龙12龙15-21沙河街三角洲平原三角洲0.510.4720.5较差26.6较差-0.02法39法41-41沙河街浅湖浅湖0.290.2746.6中49.3中-0.06黄5黄-12东营河流河流0.400.2664.3较好72.0较好+0.11海16-32海14-2东营三角洲前缘三角洲前缘0.450.3240.7中38.8较好+0.06 对大庆和辽河油田已知封闭能力的断层采用上述方法进行砂泥对接概率模拟，发现模拟结果与实际断层的封闭能力基本一致，模拟误差均值为0.08（3）断层垂向封闭性研究影响断层垂向封闭性主要决定于断面的紧闭程度。
断面的紧闭程度可用断面所受正压力大小来衡量，其计算公式为式中。