蔣裕強(qiáng) 付永紅 謝 軍 董大忠 周克明程曉艷 漆 麟 張海杰 陳 超 馬廷虎 谷一凡

1. 西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 2. 中國石油非常規(guī)重點(diǎn)實驗室儲層評價實驗室 3. 中國石油西南油氣田公司4. 中國石油勘探開發(fā)研究院 5. 四川頁巖氣勘探開發(fā)有限責(zé)任公司6. 中國石油川慶鉆探工程公司地質(zhì)勘探開發(fā)研究院 7. 重慶頁巖氣勘探開發(fā)有限責(zé)任公司

0 引言

頁巖氣儲層評價一直是頁巖氣地質(zhì)評價選區(qū)、“甜點(diǎn)區(qū)”及建產(chǎn)核心區(qū)優(yōu)選的關(guān)鍵，明確儲層靜態(tài)基本屬性特征和開發(fā)動態(tài)參數(shù)變化規(guī)律，對于實現(xiàn)頁巖氣高效開發(fā)具有重要的意義。隨著中國頁巖氣勘探開發(fā)快速有序地向著頁巖氣規(guī)?；_采推進(jìn)[1]，對儲層評價又提出了更高的需求。為什么部分儲層品質(zhì)較好甚至相當(dāng)好的頁巖氣井出現(xiàn)低產(chǎn)，而儲層品質(zhì)略差的頁巖氣井卻出現(xiàn)高產(chǎn)，是亟待解答的問題。因此，完善儲層評價內(nèi)容與標(biāo)準(zhǔn)，使頁巖氣選區(qū)、選層更加精準(zhǔn)，有助于頁巖氣的有效開發(fā)，促進(jìn)頁巖氣增產(chǎn)和上產(chǎn)，推動頁巖氣產(chǎn)業(yè)的大發(fā)展。

2010年，Sondergeld等[2]從巖石物理性質(zhì)方面進(jìn)行了頁巖氣儲層評價，分為儲集能力、氣體流動能力和儲層改造能力等3大類，包含了巖石礦物組成、總有機(jī)碳含量（TOC）、孔隙度、含水飽和度、滲透率和可改造性質(zhì)；Chelini等[3]在原儲層評價內(nèi)容的基礎(chǔ)上新增了頁巖氣儲層非均質(zhì)性；蔣裕強(qiáng)等[4]通過對比美國頁巖氣儲層與我國南方海相頁巖氣儲層特征與差異性，率先提出了頁巖氣儲層評價內(nèi)容與標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)性地涵蓋了頁巖氣儲層的有效厚度、儲層地球化學(xué)指標(biāo)（TOC和Ro）、儲層儲集指標(biāo)（孔隙度、滲透率、含氣性、含水飽和度）及可壓裂性指標(biāo)（脆性礦物組成、泊松比、楊氏模量）。2011—2012年，Clarkson等[5-6]在前人的儲層評價基礎(chǔ)上增加了孔徑分布、毛細(xì)管壓力、相對滲透率、電學(xué)性質(zhì)、吸附氣含量等參數(shù)，并形成了較為全面的儲層評價流程。2015年，Miriam等[7]提出了一種采用熱解—傅里葉變換紅外光譜法快速評價頁巖氣儲層含氣靶體位置和質(zhì)量的方法。此后的頁巖氣儲層評價內(nèi)容都是在以上儲層評價內(nèi)容基礎(chǔ)上針對某個指標(biāo)或某個參數(shù)進(jìn)行深入研究，例如：含氣性多研究游離氣和吸附氣的比例；孔徑分布主要研究有機(jī)孔多少及孔徑分布范圍及其控制因素；可壓裂性由脆性指數(shù)和韌性指數(shù)直接評價，同時也加入了水平主應(yīng)力差等。隨著頁巖氣勘探開發(fā)不斷深入，逐漸認(rèn)識到現(xiàn)有儲層評價內(nèi)容均為水力壓裂前的靜態(tài)參數(shù)指標(biāo)，缺乏頁巖氣儲層有效性和壓后動態(tài)參數(shù)評價內(nèi)容。目前儲層評價只能反映出儲層內(nèi)是否有豐富的頁巖氣資源和可壓裂能力，并不能回答哪些孔隙的頁巖氣能有效開發(fā)、哪些屬性是影響壓后頁巖氣開采的關(guān)鍵因素以及壓后排采措施是否合理等難題。因此，完善儲層評價內(nèi)容與標(biāo)準(zhǔn)，評價儲層有效性、評價“自動緩解水鎖”潛力，優(yōu)化壓裂液體系和排采措施，有利于更好實現(xiàn)地質(zhì)—工程一體化進(jìn)程，推進(jìn)頁巖氣的高效開發(fā)及頁巖氣產(chǎn)業(yè)的大發(fā)展。

為此，筆者基于現(xiàn)有的頁巖氣儲層評價方法，分析頁巖氣儲層靜態(tài)評價的不足及其面臨的挑戰(zhàn)，初步探討了頁巖氣儲層有效性評價方法，嘗試建立頁巖壓后動態(tài)評價參數(shù)體系，提出了一套適合我國海相頁巖氣儲層“靜—動”結(jié)合的頁巖氣儲層綜合評價方案，使地質(zhì)與工程有機(jī)結(jié)合，以期為頁巖氣的高效勘探開發(fā)提供科學(xué)的依據(jù)。

1 頁巖氣儲層評價面臨的新挑戰(zhàn)

1.1 頁巖總孔隙度和有效孔隙度認(rèn)識不清

孔隙度是頁巖氣儲層評價的關(guān)鍵，包含總孔隙度和有效孔隙度。目前，頁巖氣儲層總孔隙度和有效孔隙度的理解及測量方法尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，不同實驗室或不同測量方法對同一樣品的孔隙度測量結(jié)果差異顯著（圖1、表1），該差異可達(dá)1～3倍[2]，給儲層評價帶來了困難。

圖1 不同方法測量Z202井頁巖孔隙度結(jié)果對比圖

表1 不同頁巖樣品閉孔率計算結(jié)果統(tǒng)計表

國內(nèi)外頁巖氣儲層孔隙度測量認(rèn)可度較高的巖心分析方法有兩種：GRI方法和GB/T 29172—2012巖心分析方法。前者測量孔隙度時會將巖石破碎，可探測巖石中大量不連通的孔隙空間；后者測量柱塞樣孔隙度，無法探測不連通孔隙空間。因此，GRI方法孔隙度可認(rèn)為是巖石總孔隙度，柱塞樣孔隙度可認(rèn)為是連通孔隙度。此外，國內(nèi)常常以干燥90 ℃后的柱塞樣孔隙度作為頁巖總孔隙度，導(dǎo)致有效孔隙度認(rèn)識差異較大。頁巖礦物組分多樣， 黏土礦物含量高，黏土礦物束縛水含量有較大差異（圖2）。以下問題亟待解答：測量孔隙度時，黏土礦物束縛水是否應(yīng)該去除？頁巖孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，孔徑小，吸附能力強(qiáng)，測量氦氣孔隙度是否需要抽真空？氦氣注入壓力多高才能充分飽和樣品等。

圖2 不同井頁巖干燥90 ℃后核磁共振T2譜圖

頁巖氣儲層分類評價通常劃分為Ⅰ～Ⅲ類儲層，各類儲層的孔隙度下限各不相同，尤其是Ⅲ類儲層孔隙度下限值較?。ㄐ∮?%）[1]。如果不能準(zhǔn)確測量頁巖有效孔隙度，或評價有效孔隙度結(jié)果誤差較大，將直接影響到頁巖氣儲層分級的準(zhǔn)確性。針對頁巖氣儲層礦物組分、潤濕性和孔隙結(jié)構(gòu)的特殊性，總孔隙度和有效孔隙度評價需進(jìn)一步完善，才能為頁巖氣儲量計算、有效評價儲層及采收率評價提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

1.2 頁巖有效孔隙評價有待深入

1972年，國際理論和應(yīng)用化學(xué)協(xié)會（IUРAC）根據(jù)孔隙的絕對大小將孔隙分為微孔（小于2 nm）、中孔（2～ 50 nm）和大孔或宏孔（大于 50 nm）。2012年，Loucks等[9]提出了一個泥頁巖儲層基質(zhì)孔隙三端元分類方案，把基質(zhì)孔隙劃分為3種類型：粒間孔隙、粒內(nèi)孔隙和有機(jī)質(zhì)孔隙。2017年，張鵬飛等[10]基于孔隙孔徑大小建立了頁巖油儲層的孔徑分級方案：微孔—Ⅰ（0～25 nm）、微孔—Ⅱ（25～100 nm）、介孔（100 ～ 1 000 nm）和宏孔（大于 1 000 nm）。3類主流分類方法是以孔徑大小或孔隙成因為參考依據(jù)進(jìn)行劃分，無法反映頁巖氣儲層中流體的運(yùn)移特征，僅從靜態(tài)的角度評價頁巖孔隙特征難以滿足頁巖氣有效開發(fā)的需求。常規(guī)儲層通常采用離心＋核磁共振的方法評價孔隙有效性，但是否適用于頁巖氣儲層尚不明確。圖3-a顯示離心8 000 r/min后的核磁共振T2譜基本保持穩(wěn)定，其譜峰面積占飽和核磁共振T2譜峰面積的30%左右，故離心方法可有效劃分致密砂巖儲層有效性。頁巖離心后的核磁共振T2譜下降趨勢緩慢，且下降程度?。▓D3-b、c），所以離心＋核磁共振的方法難以劃分頁巖氣儲層中的毛細(xì)管束縛水。由于頁巖氣開發(fā)通常采用大型水力壓裂技術(shù)，毛細(xì)管束縛水占據(jù)的空間可能被有效開發(fā)，使離心＋核磁共振方法評價頁巖氣儲層有效性略有不足。因此，針對頁巖氣儲層孔隙有效性及孔隙系統(tǒng)定量分級需有技術(shù)攻關(guān)。

圖3 頁巖和致密砂巖不同離心轉(zhuǎn)速核磁共振T2譜圖

Testamanti等[11]采用漸變干燥方式確定頁巖氣儲層黏土礦物束縛水的T2截止值。Liu Yong等[12]利用離心和漸變干燥方法對頁巖氣儲層進(jìn)行分級，認(rèn)識到流體在孔隙空間中流動性質(zhì)的重要性。但頁巖氣開發(fā)需采用大型水力壓裂，不連通孔隙是否被開采仍需研究（不連通孔隙占總孔隙比例最高可達(dá)69%[8]）。頁巖中孔隙形狀多樣，頁巖壓裂后大量的“喇叭狀”不連通孔隙可能變成有效孔隙而被開發(fā)，正是這些閉孔或“喇叭狀”不連通孔隙的存在，為頁巖氣儲層有效性評價與劃分增加了難度。測量頁巖孔徑分布均是采用頁巖碎樣顆粒，如氮?dú)馕?、二氧化碳吸附、核磁凍融等實驗，但是每種測量方法的樣品顆粒大小各不相同，造成測量結(jié)果表達(dá)連通孔隙和不連通孔隙的信息不同，最終導(dǎo)致柱塞樣測量的孔徑分布和碎樣顆粒測量的孔徑分布匹配度低。頁巖氣儲層存在大量的不連通孔隙必將限制頁巖氣在儲層基質(zhì)中的流動，這些不連通孔隙在頁巖氣開發(fā)過程中是否可采尚待深入研究。

1.3 頁巖水力壓裂后“自動緩解水鎖”潛力缺乏研究

大型水力壓裂已經(jīng)成為頁巖氣成功開發(fā)和增產(chǎn)的主要技術(shù)手段，2×104～3×104m3壓裂液泵入頁巖氣儲層中，而壓裂液返排率往往較低（5%～40%）[13]。成千上萬噸壓裂液滯留于地層中的孔隙、裂縫中，勢必嚴(yán)重影響頁巖氣在地層中的流動。相關(guān)研究表明，壓裂液注入地層主要存在形式有3種：游離于壓裂主裂縫、游離于大孔隙及束縛于大量微孔隙[14-15]，受到儲層礦物組成、孔隙含量及連通性的影響，導(dǎo)致不同屬性的頁巖氣儲層滯留壓裂液能力存在差異，進(jìn)而影響壓裂液返排和單井產(chǎn)量。基于常規(guī)儲層水鎖傷害認(rèn)識，提高壓裂液返排率將對降低儲層傷害至關(guān)重要[16-18]，但頁巖氣儲層開發(fā)過程中表現(xiàn)出了明顯不同的情況。頁巖氣儲層中不僅滯留大量的壓裂液，而且黏土礦物吸水膨脹將產(chǎn)生大量的微裂縫[19-21]，使頁巖氣儲層的滲流能力大大增加，促進(jìn)頁巖氣在儲層中的滲流。美國Нorn River盆地的頁巖氣井通過延長壓裂后的關(guān)井時間（悶井）有效地提高了產(chǎn)氣量，說明壓裂液滲吸對氣體具有交換作用，已得到了實驗和現(xiàn)場驗證[22-23]，表明部分頁巖氣儲層壓后具有“自動緩解水鎖”潛力。然而，“自動緩解水鎖”主要與儲層與壓裂液的相互作用密切相關(guān)，僅靠TOC、孔隙度、滲透率、孔隙結(jié)構(gòu)等頁巖氣儲層評價參數(shù)不足以評價頁巖氣儲層“自動緩解水鎖”的潛力。

申潁浩等[19]認(rèn)為，頁巖“自動緩解水鎖”潛力與頁巖氣儲層吸水能力、擴(kuò)散能力、初始飽和度、黏土礦物含量、類型及離子含量、微裂隙形成能力相關(guān)。蔣裕強(qiáng)等[20]的研究表明，除了以上參數(shù)外，頁巖氣儲層潤濕性、孔隙結(jié)構(gòu)和不連通孔隙多少也與“自動緩解水鎖”密切相關(guān)。雖然研究認(rèn)識到部分頁巖具有“自動緩解水鎖”潛力，但不同屬性儲層的“自動緩解水鎖”潛力強(qiáng)弱關(guān)系不清，極大地制約了頁巖氣儲層產(chǎn)氣率。目前的“自動緩解水鎖”潛力評價參數(shù)和評價體系未統(tǒng)一，難以對頁巖氣開發(fā)提供實質(zhì)性的指導(dǎo)。

1.4 排采措施的特殊性為儲層評價提出新要求

頁巖氣儲層與常規(guī)儲層在開發(fā)方式上具有明顯差異。適合中國頁巖氣排采機(jī)制主要包含“壓后悶井”和“控壓限產(chǎn)”兩大排采新機(jī)制[24]。兩種排采機(jī)制都被認(rèn)為具有以下優(yōu)勢：①持續(xù)產(chǎn)生微裂縫，改善頁巖氣解吸與擴(kuò)散能力，增加泄氣面積；②增加地層吸水量，減少主裂縫壓裂液含量，促進(jìn)裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展；③維持儲層超高能量，增加氣體彈性能；進(jìn)而有效提高了頁巖氣單井產(chǎn)量。以上排采制度對頁巖氣儲層開發(fā)具有顯著效果，但效果差異顯著。不同“自動緩解水鎖”潛力的頁巖氣井是否應(yīng)當(dāng)采用相同的排采措施或悶井時長？因此，不同儲層屬性的頁巖氣井壓后釋壓與悶井時長等參數(shù)有待深入研究。針對不同屬性頁巖氣儲層，尚未提出相關(guān)排采制度與措施，對現(xiàn)有頁巖氣儲層評價提出了新的要求。

2 頁巖氣儲層評價發(fā)展趨勢

現(xiàn)有頁巖氣儲層評價內(nèi)容主要針對頁巖氣勘探開發(fā)前期的選區(qū)、選層和選“甜點(diǎn)”，集中體現(xiàn)為優(yōu)選地質(zhì)甜點(diǎn)、工程甜點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)甜點(diǎn)。但缺乏頁巖氣儲層有效性評價和壓后動態(tài)參數(shù)評價，導(dǎo)致頁巖氣儲層評價內(nèi)容不能滿足頁巖氣快速勘探開發(fā)的需求。因此，頁巖氣儲層評價內(nèi)容需更加精細(xì)化，并向著頁巖壓后動態(tài)參數(shù)體系評價拓展。

2.1 細(xì)化儲層靜態(tài)評價參數(shù)

頁巖氣儲層評價內(nèi)容主要包含頁巖氣儲層生氣能力、儲集能力和可壓裂能力，這3方面的評價參數(shù)均是壓裂前儲層基本靜態(tài)參數(shù)，如TOC、孔隙度、含氣性、巖石礦物組分等。為更好地滿足頁巖氣勘探開發(fā)需求，部分靜態(tài)參數(shù)需要進(jìn)一步挖掘，如總孔隙度、有效孔隙及孔隙系統(tǒng)等，進(jìn)一步提高評價頁巖氣儲層的有效性。

總孔隙度是計算頁巖氣地質(zhì)儲量的基本參數(shù)，若總孔隙度測量結(jié)果偏小，將導(dǎo)致頁巖氣地質(zhì)儲量嚴(yán)重偏低。有效孔隙度是計算頁巖氣儲層探明儲量必不可少的參數(shù)，在一定程度上可反映頁巖氣的可采儲量。由于頁巖中存在大量的不連通孔隙，采用柱塞樣的方式測量頁巖的孔隙度通常只能表達(dá)出連通孔隙的孔隙體積，而忽略了不連通孔隙體積。若將頁巖巖心粉碎至一定程度，勢必打開大量的不連通孔隙，使碎樣孔隙體積大于柱塞樣孔隙體積，其差值可表達(dá)出不連通孔隙體積，也從側(cè)面反映出頁巖孔隙結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。圖1示出，核磁共振孔隙度較氦氣孔隙度大，原因可能為：①核磁共振實驗過程中，樣品經(jīng)過長時間的抽真空處理，而氦孔法沒有對樣品進(jìn)行抽真空，樣品孔隙中有氣體存在，這些氣體占據(jù)了部分孔隙空間；②頁巖孔隙細(xì)小，氦氣分子在較小的注入壓力下難以充分飽和，導(dǎo)致氦氣孔隙度偏小。為了準(zhǔn)確測量頁巖連通孔隙度，需建立一套抽真空和高壓飽和氦氣的實驗方法，為計算有效孔隙奠定基礎(chǔ)。因此，碎樣孔隙度可視為頁巖的總孔隙，柱塞樣孔隙可視為連通孔隙度。

頁巖孔隙中含有較高的含水飽和度，儲層中的水勢必將影響天然氣在孔隙中的流動[25]，尤其是黏土礦物束縛水，其所占體積直接影響了可采空間的評估。圖4顯示，頁巖飽和水后的核磁孔隙度經(jīng)不同溫度干燥處理測量變化可劃分為3個階段，具有3個不同的下降斜率。依據(jù)吉布斯—托馬斯方程，在一定溫度下水蒸氣分子逃逸出孔隙的能力與其受束縛力的大小呈反比。頁巖氣儲層中自由水、毛細(xì)管束縛水、黏土礦物束縛水在孔隙中賦存方式不同，受到的束縛力差異顯著。因此可根據(jù)孔隙度變化斜率差異區(qū)分不同的干燥溫度節(jié)點(diǎn)，進(jìn)而劃分不同流體占據(jù)的孔隙空間。第①階段孔隙度下降較快，表明巖心損失的孔隙水主要以可動水和毛細(xì)管束縛水為主；第②階段孔隙度基本保持不變，這主要由黏土礦物束縛水的束縛力較強(qiáng)引起，故而需要更高的干燥溫度；第③階段，溫度高于120 ℃，黏土礦物束縛水開始大量損失。因此，第①階段干燥80 ℃可劃分可動水＋毛細(xì)管束縛水組合；第②階段巖心基本不損失水；第③階段干燥120 ℃可劃分黏土礦物束縛水。通常情況下，可動水和毛細(xì)管束縛水可通過高速離心的方法進(jìn)行確定。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合漸變干燥的巖心處理方式，應(yīng)用核磁共振技術(shù)將頁巖氣儲層孔隙系統(tǒng)進(jìn)行定量分級劃分（圖5）。

圖4 不同井頁巖樣品飽和水不同干燥溫度后的核磁孔隙度變化圖

圖5 頁巖氣儲層孔隙系統(tǒng)劃分示意圖

采用大型水力壓裂技術(shù)實現(xiàn)了頁巖氣工業(yè)化開采，大規(guī)模壓裂必將打開大量不連通孔隙。因此，在評價頁巖氣儲層有效性時需建立頁巖孔隙下限，結(jié)合孔徑（連通孔隙和不連通孔隙）測試手段確定不連通孔隙的主要孔徑分布范圍，再論證不連通孔隙的壓后開采性，最終實現(xiàn)頁巖氣儲層孔隙有效性評價。通過計算的有效孔隙下限值，統(tǒng)計大于有效孔隙下限的有效孔隙體積大?。ò贿B通孔隙部分），進(jìn)而確定有效孔隙度。

2.2 “自動緩解水鎖”潛力是頁巖氣儲層評價的重要指標(biāo)

應(yīng)頁巖氣高效開發(fā)需求，壓后可開采性評價越來越被重視。目前，微地震廣泛應(yīng)用于壓裂效果評估，但并不能很好地指導(dǎo)頁巖氣壓后的增產(chǎn)和排采措施。為了將儲層評價更好地為現(xiàn)場生產(chǎn)服務(wù)，就必須探尋頁巖氣儲層壓后動態(tài)評價及評價參數(shù)。

為了分析頁巖氣儲層“自動緩解水鎖”潛力差異，筆者選取川南地區(qū)深層頁巖氣井Н202井和R203井頁巖儲層巖心（巖心樣品具有相似的TOC和孔隙度，且未見裂縫；R203井黏土礦物含量略高）進(jìn)行吸水膨脹測試，結(jié)果顯示出兩口井吸水量和膨脹系數(shù)具有顯著差異（圖6）。Н202井儲層單位質(zhì)量巖心具有更高的吸水能力，且吸水膨脹具有持續(xù)漸變特征，持續(xù)吸水時間長。經(jīng)過悶井后儲層吸水、膨脹及產(chǎn)生微裂縫是一個持續(xù)過程，對減少主裂縫中液體具有顯著作用。R203井儲層單位質(zhì)量巖心吸水能力較弱，而吸水膨脹表現(xiàn)為突變特征。經(jīng)悶井后，儲層吸水、膨脹及產(chǎn)生微裂縫快速定型，儲層孔隙或裂縫空間被壓裂液充注，基質(zhì)吸收量少，不利于氣體的流動。圖7顯示，Н202井巖心自吸水后核磁共振T2譜峰出現(xiàn)明顯向右偏移，說明該井吸水產(chǎn)生微裂縫能力較強(qiáng)，由此可見該井可能具有較強(qiáng)“自動緩解水鎖”潛力；而R203井巖心自吸水后核磁共振T2譜峰并未出現(xiàn)明顯右移現(xiàn)象，表明其吸水產(chǎn)生微裂縫能力弱。頁巖氣儲層壓裂后具有依靠毛細(xì)管力吸水的特征，儲層潤濕性偏向（親油、親水和混合型潤濕）影響毛細(xì)管力的大小，是決定吸水滯留能力的又一影響因素，進(jìn)而影響頁巖氣儲層吸水后膨脹強(qiáng)度和產(chǎn)生微裂縫的能力。由此可見，影響“自動緩解水鎖”潛力的因素包含潤濕性、吸水能力、膨脹能力、膨脹方式及吸水產(chǎn)生微裂縫的能力。

頁巖具有較強(qiáng)的吸水滯留能力才能減少壓裂主裂縫中壓裂液的體積，吸水膨脹能力強(qiáng)且具有持續(xù)性，才有可能促進(jìn)微裂縫產(chǎn)生，擴(kuò)展微裂縫波及范圍，增加頁巖氣泄氣面積，提高頁巖氣的采收率?！白詣泳徑馑i”潛力強(qiáng)的頁巖氣儲層有利于減少主裂縫中壓裂液含量，提高頁巖氣流動能力（圖8）。儲層基本靜態(tài)屬性的差異將影響吸水滯留能力、吸水膨脹方式、膨脹率和吸水產(chǎn)生裂縫能力。通常，頁巖氣儲層壓裂后自吸過程中具有先吸水再膨脹，持續(xù)產(chǎn)生微裂縫，增加吸水波及范圍，其先后順序決定了頁巖氣儲層壓后動態(tài)評價參數(shù)權(quán)重的重要性，筆者提出的4大評價參數(shù)可評價頁巖氣儲層“自動緩解水鎖”潛力。

圖6 龍一11小層頁巖吸水膨脹實驗圖

圖7 龍一11小層頁巖吸水過程核磁共振監(jiān)測圖

圖8 頁巖“自動緩解水鎖”示意圖

2.3 建立“靜—動”結(jié)合的綜合儲層評價體系勢在必行

頁巖氣勘探與開發(fā)體現(xiàn)為先勘探找甜點(diǎn)，后開發(fā)評價動態(tài)特征，欲建立完整的頁巖氣儲層評價體系，離不開頁巖氣儲層靜態(tài)地質(zhì)評價和壓后動態(tài)評價。因此，頁巖氣儲層靜態(tài)評價是基礎(chǔ)，壓后動態(tài)評價為補(bǔ)充。只有保障了頁巖氣儲層質(zhì)量，才能實現(xiàn)頁巖氣工業(yè)化開采；只有建立了“靜—動”結(jié)合的儲層評價體系，才能有效地指導(dǎo)頁巖氣高效勘探與開發(fā)。

為了進(jìn)一步實現(xiàn)頁巖氣儲層有效性評價和壓后動態(tài)評價，提出合理增產(chǎn)措施和排采制度是現(xiàn)階段頁巖氣勘探開發(fā)的重點(diǎn)。Н202井和R203井孔隙有效性及孔隙系統(tǒng)劃分表明，Н202井可動水及毛細(xì)管束縛水所占有效孔隙體積較大（表2）。圖6、7顯示出Н202井具有較強(qiáng)的吸水滯留能力、持續(xù)漸變膨脹方式、吸水產(chǎn)生裂縫能力強(qiáng)等特征，展示出較強(qiáng)的“自動緩解水鎖”潛力?！白詣泳徑馑i”潛力弱的R203井需進(jìn)一步改善壓裂液性質(zhì)或其他工藝措施，以提高微裂縫產(chǎn)生能力。在返排措施上，由于R203井吸水能力弱，膨脹速度快，容易造成主裂縫被壓裂液充注，建議采取先排液后悶井，有利于頁巖基質(zhì)對主裂縫壓裂液的吸收，從而緩解水鎖。而Н202井“自動緩解水鎖”潛力大，可適當(dāng)延長壓后悶井時間，促進(jìn)微裂縫在悶井過程中充分產(chǎn)生，增加更多的頁巖氣泄氣面積。

為了實現(xiàn)頁巖氣高效勘探開發(fā)，須建立“靜—動”結(jié)合的儲層評價體系，主要包含生氣能力、儲集能力、可壓裂能力、儲層有效性、“自動緩解水鎖”潛力等方面的評價參數(shù)。該評價體系既能體現(xiàn)頁巖氣儲層品質(zhì)，又能反映儲層可采性。

3 “靜—動”結(jié)合頁巖氣儲層綜合評價體系

基于以上分析，頁巖氣儲層綜合評價體系正從“靜態(tài)”評價向著“靜—動”結(jié)合的綜合評價體系發(fā)展，不僅包含生氣能力、儲集能力、可壓裂能力等靜態(tài)儲層評價內(nèi)容，而且納入了儲層有效性和“自動緩解水鎖”潛力動態(tài)評價內(nèi)容。靜態(tài)評價內(nèi)容主要評價頁巖氣儲層儲氣量大小和儲層是否易于改造；動態(tài)評價內(nèi)容主要評價頁巖氣儲層壓后可采出能力和采用何種排采措施等。目前，頁巖儲層動態(tài)參數(shù)評價仍處于探索研究過程中，研究的井?dāng)?shù)量有限，只能采用定性描述。要實現(xiàn)定量評價還需在頁巖氣儲層勘探開發(fā)過程中不斷實踐完善，故初步推薦的頁巖氣儲層綜合評價標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表2 Н202井、R203井儲層有效性評價結(jié)果表

表3 頁巖氣儲層綜合評價標(biāo)準(zhǔn)表（據(jù)本文參考文獻(xiàn)[4]修改完善）

在頁巖氣勘探開發(fā)過程中，首要評價頁巖氣儲層靜態(tài)屬性特征，反映頁巖氣儲層的儲氣量大小和可改造難易程度。滿足了頁巖氣儲層壓裂開采的最低經(jīng)濟(jì)指標(biāo)后，再評價頁巖氣儲層動態(tài)屬性特征，反映頁巖氣壓后采出難易程度。綜合靜態(tài)和動態(tài)評價，更有利于明確頁巖氣井產(chǎn)氣量差異，進(jìn)而為返排措施制定提供理論和技術(shù)支撐。

4 結(jié)論與認(rèn)識

1）頁巖氣快速上產(chǎn)，給頁巖氣儲層評價提出了新挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)為“儲層有效性、壓后動態(tài)評價參數(shù)體系、壓后排采措施”研究不夠深入，導(dǎo)致現(xiàn)有頁巖氣儲層評價體系相對于實際生產(chǎn)具有嚴(yán)重滯后性。

2）儲層有效性評價主要表現(xiàn)在有效孔隙下限評價，集中體現(xiàn)為黏土礦物束縛水和不連通孔隙對頁巖氣開發(fā)的影響。通過測量離心狀態(tài)和不同干燥溫度狀態(tài)的核磁共振T2譜，初步建立了頁巖氣有效性評價方法，定量劃分了孔隙系統(tǒng)。

3）通過Н202井和R203井對比分析，初步確定了“潤濕性、吸水滯留能力、吸水膨脹方式、膨脹率和吸水產(chǎn)生裂縫能力”等“自動緩解水鎖”潛力評價體系，評價權(quán)重具有依次遞進(jìn)性。

4）頁巖氣儲層靜態(tài)評價是基礎(chǔ)，壓后動態(tài)評價是補(bǔ)充。靜態(tài)評價內(nèi)容主要包含頁巖氣儲層儲氣量大小和儲層改造難易程度；動態(tài)評價內(nèi)容主要包含頁巖氣儲層壓后可采能力和采用何種排采措施。只有建立“靜—動”結(jié)合的頁巖氣儲層評價體系，才能有效地降低頁巖氣勘探開發(fā)風(fēng)險。