王 磊，曹 瑩，曹立虎，姜寶益，王希剛，程清艷

（1.中國(guó)石化石油工程技術(shù)研究院，北京 100101；2.中國(guó)石油天然氣管道工程有限公司，河北 廊坊 065001；3.中國(guó)石油大學(xué) （北京），北京 100029；4.中國(guó)華電集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究總院，北京 100035；5.中石化勝利油田測(cè)井公司，山東 東營(yíng) 257096；6.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第一地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南 洛陽(yáng) 471023）

頁(yè)巖氣作為非常規(guī)天然氣，是指富含有機(jī)質(zhì)、成熟的暗色泥頁(yè)巖或高碳泥頁(yè)巖中由于有機(jī)質(zhì)吸附作用或巖石中存在著裂縫和基質(zhì)孔隙，使之儲(chǔ)集和保存了一定具商業(yè)價(jià)值的生物成因和/或熱解成因天然氣。近些年來(lái)，隨著美國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)采的成功，以及世界對(duì)環(huán)保的重視，對(duì)清潔能源的需求加大，使得非常規(guī)天然氣，尤其是頁(yè)巖氣成為全球油氣開(kāi)發(fā)的新亮點(diǎn)［1－10］。

目前，國(guó)內(nèi)外尚未深入開(kāi)展頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)可行性評(píng)價(jià)理論研究，急需形成一套頁(yè)巖氣藏開(kāi)發(fā)可行性快速評(píng)價(jià)的理論和方法，為優(yōu)選頁(yè)巖氣藏的優(yōu)質(zhì)資源提供依據(jù)，達(dá)到科學(xué)快速開(kāi)發(fā)頁(yè)巖氣藏的目的。為此，本文從頁(yè)巖氣地質(zhì)特征及開(kāi)發(fā)特點(diǎn)出發(fā)，對(duì)比國(guó)內(nèi)外頁(yè)巖氣藏，并篩選出影響頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵地質(zhì)因素和開(kāi)發(fā)因素，利用模糊層次分析法建立頁(yè)巖氣藏快速評(píng)價(jià)的理論和方法，為待開(kāi)發(fā)頁(yè)巖氣藏區(qū)塊的開(kāi)發(fā)可行性評(píng)價(jià)提供高效快速的定量評(píng)價(jià)提供科學(xué)決策依據(jù)。

1 頁(yè)巖氣藏開(kāi)發(fā)評(píng)價(jià)因素篩選及分析

1.1 頁(yè)巖氣藏開(kāi)發(fā)評(píng)價(jià)因素篩選

與煤層氣類似，富含有機(jī)質(zhì)的頁(yè)巖本身可以作為頁(yè)巖氣的氣源巖，又可以作為儲(chǔ)集層，頁(yè)巖氣的地質(zhì)特征和開(kāi)發(fā)特點(diǎn)與常規(guī)天然氣有很大不同［11－16］。

1）頁(yè)巖氣藏資源豐度。資源儲(chǔ)量豐度是衡量頁(yè)巖氣平面上含氣量密度大小的重要參數(shù)。在開(kāi)發(fā)效果評(píng)價(jià)中，頁(yè)巖氣藏資源豐度可以在氣藏探明儲(chǔ)量報(bào)告，以及附表中查得氣藏的探明地質(zhì)儲(chǔ)量和含氣面積，兩者之比即為儲(chǔ)量豐度。資源豐度越高，頁(yè)巖氣藏的開(kāi)發(fā)可行性越高。

2）吸附量。吸附量是指吸附在頁(yè)巖孔隙表面的氣體量。頁(yè)巖氣以游離態(tài)和吸附態(tài)存在于頁(yè)巖儲(chǔ)層中，吸附量的大小直接影響到頁(yè)巖氣的產(chǎn)氣量。美國(guó)開(kāi)發(fā)的頁(yè)巖氣藏中，吸附氣量變化范圍較大，Haynes Ville吸附量?jī)H有10%，而Lewis高達(dá)60%～80%，普遍高于20%。

3）頁(yè)巖氣藏厚度。頁(yè)巖氣藏的厚度是頁(yè)巖氣富集的基本條件之一。頁(yè)巖氣作為自生自儲(chǔ)的非常規(guī)油氣藏，氣藏厚度越大，資源的豐度值越高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)的頁(yè)巖氣藏厚度變化范圍較大，但凈厚度值在10m左右，最高100m左右。

4）總有機(jī)碳含量。總有機(jī)碳含量（TOC）是國(guó)外普遍采用的有機(jī)質(zhì)豐度指標(biāo)，指烴源巖中的油氣逸出后，巖石中殘留下來(lái)的有機(jī)質(zhì)中的碳含量，又稱為剩余有機(jī)碳含量。TOC值?？杀碚骱瑲饬看笮?，特別是當(dāng)兩者呈現(xiàn)正相關(guān)的情況下。美國(guó)的多處研究實(shí)例顯示，頁(yè)巖氣含量與TOC含量之間存在正相關(guān)關(guān)系，有機(jī)質(zhì)中的納米級(jí)微孔隙是頁(yè)巖氣吸附的重要載體。

5）頁(yè)巖氣成熟度。頁(yè)巖中豐富的有機(jī)質(zhì)是生成油氣的基礎(chǔ)，但只有達(dá)到一定的熱演化程度才能開(kāi)始大量生烴。美國(guó)的頁(yè)巖氣產(chǎn)量主要為熱成因，占其總產(chǎn)量的百分之八十五左右，美國(guó)最大的Barnett頁(yè)巖成熟度大于1.1%，我國(guó)的頁(yè)巖氣藏?zé)岢墒於茸兓?，海相偏高（Ro＞2%）

6）儲(chǔ)層物性。頁(yè)巖儲(chǔ)層孔隙和滲透特征都比較復(fù)雜。頁(yè)巖中的孔隙由有機(jī)質(zhì)中的微孔隙和無(wú)機(jī)礦物孔隙兩部分組成。有機(jī)質(zhì)微孔比礦物孔隙多5倍以上。頁(yè)巖中需要考慮基質(zhì)滲透率和總滲透率。基質(zhì)滲透率非常低，一般為10－4～10－8mD，僅存在擴(kuò)散作用，而最終能夠影響頁(yè)巖氣產(chǎn)量升降和采收率的是系統(tǒng)總孔隙度。

7）埋藏深度。埋深是指頁(yè)巖氣藏的埋藏深度。美國(guó)的頁(yè)巖氣藏埋藏深度一般都小于3000m，廣泛分布在183～2591m，分布范圍大；加拿大開(kāi)發(fā)的頁(yè)巖氣藏深度同美國(guó)一樣，范圍較大，一般在122～5000m，我國(guó)頁(yè)巖氣埋藏深度普遍較深，認(rèn)為深于3000m也可以作為資源潛力區(qū)。

8）礦物成分含量。由于頁(yè)巖的超低孔低滲，裂縫是頁(yè)巖氣滲流的主要通道，因此需要對(duì)頁(yè)巖氣進(jìn)行壓裂改造等措施進(jìn)行投產(chǎn)。因此頁(yè)巖是否易于形成微裂縫，對(duì)頁(yè)巖氣層的識(shí)別和商業(yè)化開(kāi)采十分重要。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)外的頁(yè)巖氣核心開(kāi)發(fā)地區(qū)，儲(chǔ)層脆性礦物含量較高，以美國(guó)的Barnett頁(yè)巖為例，其礦物含量高達(dá)40%。

1.2 頁(yè)巖氣藏評(píng)價(jià)參數(shù)有利范圍分析

根據(jù)上述分析，參考國(guó)外頁(yè)巖參數(shù)數(shù)據(jù)，結(jié)合我國(guó)自身情況，分析各個(gè)因素的重要程度，建立有利范圍表（表1）。

表1 頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)參數(shù)有利范圍

2 多因素評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建

模糊一致矩陣表示針對(duì)上一層某元素，本層次與之有關(guān)元素之間相對(duì)重要程度的比較，假定影響上一層某元素C的因素有a1，a2，…，an等，則針對(duì)此元素，可以得到該層次各元素兩兩比較重要程度的模糊判斷矩陣為R。具體步驟是，根據(jù)重要性標(biāo)度定義模糊，進(jìn)而得到模糊一致矩陣，在處理模糊一致矩陣時(shí)，可以按照一致性原則結(jié)合兩兩參數(shù)的重要性抉擇生成模糊一致性矩陣，如果模糊一致矩陣不能反映兩兩參數(shù)重要性差異那就可以采取最小二乘法進(jìn)行計(jì)算。其具體步驟見(jiàn)［17］。

3 頁(yè)巖氣藏潛力區(qū)篩選模擬驗(yàn)證

為了驗(yàn)證模糊層次分析法的可行性，收集了我國(guó)川南、黔北、鄂西等上揚(yáng)子地區(qū)頁(yè)巖氣主要遠(yuǎn)景區(qū)的氣藏指標(biāo)數(shù)據(jù)，如表2所示，利用構(gòu)建的模型對(duì)3個(gè)區(qū)塊進(jìn)行評(píng)價(jià)。

表2 區(qū)塊氣藏參數(shù)

根據(jù)頁(yè)巖氣藏評(píng)價(jià)好壞參數(shù)值，經(jīng)過(guò)歸一化處理，利用最大隸屬度原則，則關(guān)于3個(gè)區(qū)塊的每一個(gè)評(píng)價(jià)參數(shù)的A即可得到

其中，矩陣的行表示同一區(qū)塊不同評(píng)價(jià)參數(shù)的隸屬度，其數(shù)值越大，說(shuō)明此參數(shù)越接近于有利于頁(yè)巖氣藏開(kāi)發(fā)，即開(kāi)發(fā)適宜度越大。為了進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，根據(jù)幾個(gè)參數(shù)敏感程度，建立評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣藏各個(gè)因素的模糊判斷矩陣。

通過(guò)計(jì)算可以得到同一區(qū)塊各評(píng)價(jià)參數(shù)之間開(kāi)發(fā)適宜性的加權(quán)矩陣Wj

通過(guò)Wj與WjT進(jìn)行相乘運(yùn)算得到Mij，通過(guò)計(jì)算可得最后3個(gè)頁(yè)巖氣藏的開(kāi)發(fā)可行性總體評(píng)價(jià)

可以看出，區(qū)塊3開(kāi)發(fā)可行性最高，而區(qū)塊2最差。

4 結(jié)論

1）調(diào)研國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，篩選出頁(yè)巖氣藏開(kāi)發(fā)的評(píng)價(jià)因素，包括有機(jī)碳含量、資源豐度、吸附量、熱成熟度、有效厚度、脆性礦物含量和埋藏深度，并結(jié)合國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣藏情況給出了頁(yè)巖氣藏開(kāi)發(fā)的有利范圍。

2）被廣泛使用于各個(gè)方面的模糊層次分析方法也可以用來(lái)評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)可行性，該方法在評(píng)價(jià)有利和不利開(kāi)發(fā)區(qū)塊時(shí)效果明顯，可為頁(yè)巖氣藏開(kāi)發(fā)有利區(qū)塊篩選提供指導(dǎo)。

［1］劉招軍，董清水，葉松青，等.中國(guó)油頁(yè)巖資源現(xiàn)狀［J］.吉林大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，36（6）：870-876.

［2］杜金虎，楊華，徐春春，等.關(guān)于中國(guó)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)工作的思考［J］.天然氣工業(yè)，2011，31（5）：1-3

［3］劉洪林，王莉，王紅巖，等.中國(guó)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)適用技術(shù)探討［J］.油氣井測(cè)試，2009，18（4）：68-71.

［4］李建秋，曹建紅，段永剛，等.頁(yè)巖氣井滲流機(jī)理及產(chǎn)能遞減分析［J］.天然氣勘探與開(kāi)發(fā)，2011，34（2）：34-36.

［5］韓建斌.頁(yè)巖氣藏中孔裂隙特征及其作用［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2011（2）：147-148.

［6］段永剛，魏明強(qiáng)，李建秋，等.頁(yè)巖氣藏滲流機(jī)理及壓裂井產(chǎn)能評(píng)價(jià)［J］.重慶大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，34（4）：62-65.

［7］魏明強(qiáng)，段永剛，方全堂，等.頁(yè)巖氣藏孔滲結(jié)構(gòu)特征和滲流機(jī)理研究現(xiàn)狀［J］.油氣藏評(píng)價(jià)與開(kāi)發(fā)，2011，1（4）：73-76.

［8］高樹(shù)生，于興河，劉華勛，等.滑脫效應(yīng)對(duì)頁(yè)巖氣井產(chǎn)能影響的分析［J］.開(kāi)發(fā)工程，2011，31（4）：55-58.

［9］劉陽(yáng)，李水英，李春江，等.頁(yè)巖介質(zhì)中放射性核素遷移的實(shí)驗(yàn)研究及其數(shù)學(xué)模型［J］.長(zhǎng)春科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，31（3）：298-301.

［10］徐加放，邱正松，秦濤，等.泥頁(yè)巖壓力傳遞特性的實(shí)驗(yàn)研究［J］.石油鉆探技術(shù).2004，32（1）：23-25.

［11］唐穎，張金川，劉珠江，等.解吸法測(cè)量頁(yè)巖含氣量及其方法的改進(jìn)［J］.新能源.2011，31（10）：1-4.

［12］薛晉霞.油頁(yè)巖物理力學(xué)特性實(shí)驗(yàn)及其原位開(kāi)采非穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)數(shù)學(xué)模型研究［D］太原：太原理工大學(xué)，2007.

［13］張金川，金之鈞，袁明生，等.頁(yè)巖氣成藏機(jī)理和分布［J］.天然氣工藝，2004，24（7）：15-17.

［14］姜文斌，陳永進(jìn)，李敏，等.頁(yè)巖氣成藏特征研究［J］.復(fù)雜油氣藏，2011：1-4.

［15］徐國(guó)盛，徐志星，段亮，等.頁(yè)巖氣研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)［J］.成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版）2011，38（6）：1-4.

［16］丁文龍，許長(zhǎng)春，久凱，等.泥頁(yè)巖裂縫研究進(jìn)展［J］.地球科學(xué)進(jìn)展，2011，26（2）：135-144.

［17］姜寶益.基于模糊層次分析法的油層滲吸潛力評(píng)價(jià)方法［J］.特種油氣藏，2012（12），19（6）：81-84.