1樓：石油工業出版社
油氣進入圈閉後，由於烴柱浮力、水動力及儲層超壓（合稱儲層剩餘壓力）的作用促使流體繼續運移甚至散失而使油氣藏遭到破壞。蓋層的主要作用就是阻滯油氣逸散，保護油氣聚集，是形成油氣藏的必要條件之一。當蓋層排替壓力大於儲層流體的剩
表3—1 油氣蓋層分佈一覽表
續表圖3—1 蓋層封閉條件示意圖
餘壓力時，就可以有效地阻止油氣的縱向散失，稱為靜態封閉（圖3—1）；反之，油氣就可能通過蓋層逸散，此時蓋層以其微細孔喉和較低的滲透性，依其粘滯阻力發揮阻滯油氣運移的作用，稱為動態封閉。天然氣分子量小，粘度低，流動性大，即使沒有壓差存在，在濃度梯度作用下還會進行擴散運移，如果蓋層自身即是烴源層，具有較高的烴濃度，或具有較強的吸附能力，降低了儲蓋層間的濃度梯度，則可減緩甚至抑止油氣的擴散散失，稱為濃度封閉。
在地質歷史過程中，油氣的聚集與散失在很大程度上取決於蓋層的封蓋效能，微觀封蓋能力主要通過物性、巖礦、地化、岩石力學和突破壓力及擴散係數等專項引數（表3—2）來評價，前面幾項引數已被述及，且在蓋層評價中亦十分重要，只是研究物件及應用角度不同。本節主要針對蓋層分析評價的專項分析引數即突破壓力、有效擴散係數、比表面、微孔分佈、粒度分析等引數的測定及其地質應用進行介紹。
表3—2 蓋層評價分析專案一覽表
1.突破壓力測定及地質應用突破壓力是指非潤溼相流體排驅潤溼相流體的最小壓力，採用岩心驅替法測定。排替壓力是指岩石中最大連通孔徑所對應的最小毛細管壓力，是樣品的固有引數，一般採用壓汞法測定。
蓋層的排替壓力是靜態封閉壓力，當儲層剩餘壓力小於蓋層的排替壓力時，油氣則完全被阻滯，不能通過蓋層散失。岩心驅替法測定的突破壓力是排替壓力與粘滯阻力之和，為動態封閉壓力，其中粘滯阻力pμ是流體在運動過程中毛細管壁產生的粘滯力，其大小與最大毛細管半徑ro、運移路徑長度l、流體粘度μ和時間t有關：
對於特定岩心和流體系統，突破時間越長則粘滯力越小，突破壓力越接近於排替壓力，當t→+ω時，pμ→0，突破壓力即等於排替壓力。用岩心驅替法測定蓋層樣品的突破壓力時，通過控制突破時間即可求得排替壓力。
採用壓汞法確定蓋層樣品的排替壓力目前仍存在較大分歧（楊家琦等，1995），張義綱（1991）、鄧宗淮（1990）和肖無然（1990）等立足於berg（1975）、xahuh（1973）、downey schmwalter（1980）等對烴類飽和度大於10%左右時才能發生二次運移的觀點，提出過汞飽和度為10%所對應的毛細管壓力pc即為蓋層的排替壓力。實際上在壓汞試驗中，汞總是優先進入最大量級的孔隙喉道，汞的排替壓力pdc應以進汞曲線開始出現穩定階段時對應的毛細管壓力來確定。經驅替實驗證實，應用穩定進汞曲線確定排替壓力更接近實際，由此採用pdc做為壓汞法排替壓力。
在蓋層中往往初始飽和的是水，封蓋的是油或氣，因此在油氣藏蓋層評價時需要將壓汞法測定的排替壓力換算為烴水的排替壓力。對於微孔隙發育的蓋巖，還可用氧吸附法測定的孔分佈求排替壓力（肖元然，1990）。
1）突破壓力的影響因素（1）沉積環境的影響。
沉積環境控制了沉積物的物質組成及其結構，由此引起蓋層封閉能力的差異。在水體面積較大、穩定的沉積環境中形成的泥質岩蓋層質純，顆粒細小，砂質含量低，微孔發育，突破壓力高，如深海相、深湖相沉積的泥頁岩具有較高的封蓋能力；在近物源、水體較動盪的沉積環境中形成的泥質岩質不純，微細孔隙含量偏高，突破壓力低，如河流環境形成的泥岩封蓋效能差。吐哈盆地侏羅系地層泥質岩蓋層突破壓力隨含砂量的增加，突破壓力降低（圖3—2）。
圖3—2 不同含砂量泥岩突破壓力圖
碳酸鹽巖蓋層受沉積環境的影響主要與泥質含量有關，純灰巖性脆，易產生裂隙而降低封蓋能力，而泥灰岩則塑性條件相對較好不易產生裂隙，如在鄂爾多斯盆地深水斜坡、斜坡及瀉湖相形成的碳酸鹽巖蓋層。
（2）成巖階段的影響。
在不同的成巖階段，泥質岩蓋層的封蓋能力也發生明顯的變化。泥質岩中礦物成分轉化十分明顯，早成巖階段蒙脫石含量高，具有較強的膨脹性，但壓實程度較低，封蓋性一般；晚成巖a期蒙脫石大量轉化為伊/矇混層，受壓實作用強，具有基質狀、紊流狀或層流狀微結構，孔隙水平定向、孔隙度低，滲透性差、封蓋效能好；晚成巖期粘土礦物以伊利石和高嶺石為主，堅硬、性脆，其封蓋效能取決於構造運動的強弱及裂隙發育程度（表3—3）。
膏巖成巖階段主要分為四期，早成巖期石膏脫水變為硬石膏，自形膏巖礦物呈壓實定向排列；晚成巖a期硬石膏重結晶，由自形晶變為柱狀、板狀、板片狀半自形晶；晚成巖b期在側向擠壓作用下，硬石膏重新變形，重結晶形成糖粒狀它形巨晶結構；退後生成巖期使膏巖暴露地表，由於表生風化淋濾作用，退化為變水石膏及石膏。
表3—3 泥質岩蓋層與成巖階段關係表（據趙慶波）
硬石膏具有微孔隙發育，滲透率低，排替壓力高的特點，在地層條件下易發生塑性變形，不易形成裂隙，具有極強的封閉能力。某盆地侏羅系硬石膏在圍壓50mpa，溫度為70℃時突破壓力達25～32mpa，而變水石膏突破壓力為5～10mpa，石膏突破壓力在5mpa以下。
（3）溫度及壓力條件的影響。
突破壓力隨溫度及壓力條件變化也十分顯著，主要表現為由於地層埋深增加，孔隙被壓縮，特別是塑性大的膏巖變化尤其明顯（表3—4），隨著溫度及壓力的提高，突破壓力增大52%～525%，泥岩和灰巖變化相對較小。
2）突破壓力在地質評價中的應用突破壓力由於受沉積環境、成岩作用、地層溫壓條件及構造應力作用等多種因素的影響，雖具有一定規律，但也不盡然。同一地區同一沉積環境，不同埋深、不同物質組成，其突破壓力也可能差異較大。因此在進行蓋層評價時應根據研究區內各種地質條件的影響程度，結合儲層及其它實測資料進行評價。
表3—4 不同模擬條件下突破壓力變化表
排替壓力主要是阻滯油氣的滲流運移，是毛細封閉的重要評價引數。排替壓力越高，突破壓力越大或突破時間越長，則表明蓋層的最大連通孔徑越小，毛細阻力越大，封蓋能力越強。除了上述直接測定引數外，還可用相對封閉壓力、封蓋係數及封蓋氣柱高度等引數將儲層和蓋層納入同一系統中進行分析評價，這樣結果將更加可靠。
（1）相對封閉壓力：
蓋層封閉壓力與儲層剩餘壓力的差值，即：pr1=pd-δpres；或採用蓋層封閉壓力與儲層剩餘壓力的比值，即：pr2=pd/δpres。
（2）封蓋係數：
式中tw——蓋層的突破時間，s；h——蓋層厚度，cm。
如果氣藏的形成時間為t，則定義封蓋係數為：tw與t的比值。
（3）封閉烴柱高度：
在不考慮地層超壓及水動力條件下，蓋層封閉油氣的條件是pdc≥pf，由此可得封閉的最大烴柱高度為：
式中thc——封閉最大烴柱高度，m；ρw、ρhc——水和烴的密度，g/cm3；g——重力加速度，9.8m2/s。
2.有效擴散係數測定及地質應用擴散是指在濃度梯度作用下，氣體分子由高濃度區通過各種介質向低濃度區自由遷移達到濃度平衡的一種物理過程。擴散快慢以擴散係數來表述，岩石的有效擴散係數是指沿擴散方向，在單位時間通過單位面積岩石的擴散流的流量與濃度梯度的比率。
油氣藏中，儲層與蓋層之間存在的濃度梯度會促使天然氣通過蓋層進行擴散運移，成為油氣散失的另一方式。
擴散係數的大小反映了擴散運移速率的快慢，如常規孔滲資料一樣，可用其評價蓋層的***壞。擴散係數越小，則通過蓋層的散失速度越慢，封蓋效能越好。同理還可用其它間接引數來進行蓋層評價，主要引數有擴散速率因子、擴散阻滯時間和擴散阻滯係數（楊家琦等，1995）等引數。
當然，最有效、最直觀的蓋層評價指標是擴散散失量及濃度封閉因子。
1）擴散速率因子擴散運移不僅受岩石擴散係數影響，還受蓋層厚度和時間的影響。擴散速率因子定義為單位濃度差下的擴散通量密度，即擴散係數與蓋層厚度的比值：
如果td大於氣藏形成時間，則說明氣藏形成後擴散前緣至今還未穿越蓋層，氣藏基本未遭受破壞，這反映了蓋層對擴散運移的抑制能力，反之則說明存在擴散散失，二者之比稱為擴散阻滯係數：
ed越大，蓋層對擴散的阻滯能力越強，油氣儲存越好。
3.比表面和微孔分佈的測定及地質應用做為蓋層的巖類，如鹽巖、石膏、泥質岩等，微孔特別發育，特別是小於100nm的孔隙佔的比例很大，因此具有極大的比表面，同時其連通性差，迂曲度大，從而導致滲透率低、突破壓力高、封閉能力好。然而用常規方法難以測定如此微小的孔隙含量，採用液氮吸附法則可很好地描述微細孔隙分佈規律，評價蓋層的封蓋能力。
吸附法可給出較多有意義的引數用於蓋層封蓋能力評價，主要引數包括：
（1）吸附等溫線：由於岩石的孔隙形態不同，其吸/脫附時中毛細凝聚過程也不一樣，表現在吸附等溫線中即吸附和脫附回線的形態各異，將吸附等溫線歸納為五種型別，分別對應不同的孔隙結構形態（圖3—3）。
圖3—3 各種型別吸附回線及其所反映的各種孔隙結構a類：兩分支的分離位於中等壓力處，分支很陡，反映的定向端開放的管狀毛細孔；b類：分支在飽和蒸汽壓處很陡，脫附分支在中等相對壓力處也很陡，反映的是具平行狹板狀毛細孔；c類：
分支開在中等壓力處，反映的是一種典型的錐形或雙錐形孔；d類：反映四面開放的尖劈形毛細孔；e類：吸附分支緩慢上升，而脫附分支在中等壓力處很陡，表明具有墨水瓶形的孔隙。
開放性孔隙和細頸瓶形孔隙產生吸附回線而封閉笥孔隙將不產生吸附回線。
（2）根據吸附等溫線獲得的樣品孔隙分佈，依據不同孔徑範圍的孔隙所佔的比例可判別孔隙發育程度，同時還可計算出平均孔徑、中值半徑、優勢孔徑範圍等引數用於對比評價。平均孔徑越小，優勢孔徑越低，則表明微孔越發育，其封蓋效能就越好。
（3）比表面是單位質量岩石孔隙的總表面積，其值越大，表明微孔所佔比例越高，對烴氣的吸附能力也越強，越易對油氣形成封閉。
4.泥質岩粒度的測定及應用由於受沉積環境的影響，泥質岩的顆粒均較細，但在不同的沉積相帶中，其顆粒組成又有較大的差異。不同的組成，造成其形成的岩石孔隙結構不同，其力學性質也有所差異，從而影響到蓋層的封蓋能力。
泥質岩中最大顆粒一般100～300nm，鐳射法測定粒徑範圍為0.1～500μm或更寬，採用鐳射法測試其粒度構成是行之有效的方法。
粒度分析主要給出粒度頻率分佈曲線和累積曲線，以及粒度中值、平均孔徑或含砂量等引數，主要反映沉積時水動力條件，是沉積環境的具體體現。
在不同沉積環境下泥質岩粒度分佈不同，深海相泥岩顆粒較細，粒度中值一般為8～10μm，而河流相泥質岩顆粒相對較粗，均質程度差，粒度中值在12～18μm以上（圖3—4）。
在不同的沉積環境條件下，粒度分佈不同，其成巖後孔隙結構、孔隙連通性等都有所差異，粒度分析利於更好地評價和**泥質岩蓋層的封蓋效能。
總之，蓋層的主要作用是阻滯油氣的散失，其封閉方式主要包括毛細封閉（靜態和動態封閉）和濃度封閉。評價其封閉能力的實驗引數有：有孔隙度、滲透率及毛管壓力等物性引數，x—衍射、薄片分析等巖礦引數，有機碳及r。
等地化引數和楊氏模量及泊松比等力學引數。這些引數用於評價蓋層的基本屬性，判識其是否能夠做為蓋層，同時還有一些專項分析引數，如突破壓力、有效擴散係數、封閉烴柱高度、封蓋係數、擴散阻滯係數等用於定量評價蓋層的封蓋能力。將儲蓋層進行系統評價時可用相對封閉壓力系數，濃度封閉因子等引數進行綜合評價。
在進行封蓋層評價時，可以從中選擇主要引數進行綜合分析，既要分析蓋層本身的封閉效能，又要考慮儲蓋層的配置關係，並需結合區域地質特點才能對封蓋層進行合理、準確的評價。
圖3—4 不同沉積環境泥岩蓋層粒度及孔徑分佈特徵圖
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