沈云琦，金之鈞，3，蘇建政，3，李志明，3，牛 駿

（1. 中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083； 2. 中國國家能源頁巖油研發(fā)中心，北京 100083；3. 中國頁巖油氣富集機理與有效開發(fā)國家重點實驗室，北京 100083）

近年來，隨著美國頁巖油的成功勘探與開發(fā)，頁巖油已然成為當(dāng)今世界上值得關(guān)注的熱門非常規(guī)油氣領(lǐng)域之一。據(jù)美國能源信息署①EIA.US crude oil and natural gas proved reserves，year-end 2017［R］. Washington：U.S. Department of Energy，2018：1-48.公布的報告，截止到2017年底，美國頁巖油證實儲量為27.36×108t，約占當(dāng)年美國原油和凝析油總證實儲量的48%，預(yù)測到2040年，美國頁巖油產(chǎn)量將達(dá)到129.6×104t/d，占石油總產(chǎn)量約為67.3%。美國能源信息署［1］初步估算，中國頁巖油可采儲量可達(dá)43.84×108t，全球排第三位。

中國在多個盆地開展了對陸相頁巖油勘探開發(fā)的探索［2-4］，主要集中在準(zhǔn)噶爾盆地、鄂爾多斯盆地、松遼盆地、渤海灣盆地和江漢盆地等泥頁巖層段［5］。中國頁巖油儲層主要為陸相頁巖，與美國海相頁巖油儲層有很大差別，主要表現(xiàn)在烴源巖類型多、有機質(zhì)豐度高、儲層巖性復(fù)雜、厚度和分布規(guī)模及可壓性變化大、頁巖油流動性和飽和度受熱成熟度影響大、沉積相變快，以及非均質(zhì)性強等方面［4，6］。在中國陸相頁巖油勘探實踐中發(fā)現(xiàn)，紋理發(fā)育層段往往是頁巖油高產(chǎn)層段，渤海灣盆地濟陽坳陷有多口探井在沙三（沙河街組三段）下亞段-沙四上亞段頁巖中測試到工業(yè)油流，峰值日產(chǎn)油可達(dá)161 t，江漢盆地潛江凹陷蚌湖地區(qū)也在潛江組頁巖中測試到工業(yè)油流。其中濟陽坳陷頁巖油儲層紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r相（灰質(zhì)泥巖）發(fā)育密集水平層理，紋層主要由富有機質(zhì)粘土紋層和亮晶方解石紋層組成，層間微孔隙和方解石礦物晶間孔發(fā)育，有機質(zhì)豐度高，同時較高的脆性礦物含量，導(dǎo)致裂縫發(fā)育，從而溝通孔隙，形成有效的油氣儲集體［7］。潛江凹陷潛江組頁巖油儲層沉積構(gòu)造主要以小于1 mm 的紋層狀和大于等于1 mm 層狀構(gòu)造為主，同時包含少量紋層不發(fā)育的塊狀構(gòu)造［8］。由此進(jìn)一步表明中國陸相頁巖油儲層中滲透率具有極強的非均質(zhì)性和明顯的各向異性，在前人研究中將頁巖儲層作為各向同性來處理，與實際情況偏差較大。因此，本研究的重點是中國陸相頁巖油儲層滲透率，特別是水平滲透率與垂直滲透率各向異性，即平行層理方向與垂直層理方向滲透率的各向異性。

滲透率的各向異性，即水平滲透率和垂直滲透率是影響油藏驅(qū)替特性以及產(chǎn)能的重要變量［9］。不同于砂巖，特別是致密砂巖，泥頁巖表現(xiàn)出極強的滲透率各向異性，由于泥巖具有層理發(fā)育的特點，使得頁巖沿層理面形成微裂縫，影響滲透率的各向異性［10］。黑色有機頁巖的波速具有各向異性特征，因此黑色頁巖滲透率各向異性主要由其自身微觀結(jié)構(gòu)引起［11］。同時，沿層理方向發(fā)育的半徑較大的孔隙對滲透率貢獻(xiàn)較大［12-13］。因此，盡管研究頁巖滲透率存在很多難點，但是仍有許多學(xué)者對這一課題進(jìn)行了研究，來自美國的密西西比巴奈特頁巖，俄克拉荷馬州伍德福德頁巖，科羅拉多州曼柯斯頁巖，阿巴拉契亞山脈馬塞勒斯頁巖，泥盆系和奧陶系頁巖，德國早侏羅系頁巖和加拿大合恩河利亞德盆地泥盆系頁巖等的研究表明：①總體滲透率各向異性在2～5個數(shù)量級；②根據(jù)頁巖內(nèi)礦物含量的不同，如鈣質(zhì)、硅質(zhì)和泥質(zhì)含量的不同，水平滲透率高于垂直滲透率1～4個數(shù)量級；③隨著有效應(yīng)力的增加，滲透率有下降趨勢，呈指數(shù)關(guān)系，且垂直滲透率更為敏感，降低幅度更大［14-22］。

滲透率測試方法有多種。巖屑壓力衰減法［23］測量過程無圍壓，測量值偏大，樣品、實驗過程和計算方法沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，而且?guī)r屑孔隙結(jié)構(gòu)不代表儲層真實情況；巖心柱壓力衰減法［24］和壓力恢復(fù)法［21-22］無法客觀反映微裂縫對滲透率的影響。而本研究試驗的部分頁巖油儲層樣品發(fā)育層理縫，有些樣品發(fā)育構(gòu)造微裂縫。這些裂縫對儲層滲透率會有一定的影響，因此這兩種方法不適用；脫氣法［25］主要適用于頁巖氣儲層，而本研究的對象是頁巖油儲層，因此此方法不適用；穩(wěn)態(tài)法［26］雖然原理簡單且操作方便，但是在測量過程中易發(fā)生氣體滑脫效應(yīng)，影響實驗結(jié)果；理論公式法［27］和核磁共振法［28］均以數(shù)學(xué)計算為基礎(chǔ)，物理模擬不足，客觀性較低；壓力脈沖衰減法［29］自提出以來，經(jīng)過40 多年的發(fā)展，已經(jīng)成為理論成熟、操作方便和求解簡單的一種方法。目前，該方法在國內(nèi)外頁巖儲層滲透率測量中應(yīng)用廣泛，適用于非均質(zhì)性強的、含有層理縫和構(gòu)造微裂縫的頁巖油儲層滲透率測試，為本研究實驗的主要方法。

本研究分析了水平滲透率和垂直滲透率的量化關(guān)系以及影響因素，以期獲得滲透率關(guān)鍵參數(shù)。為此，首先利用壓力脈沖衰減法，對中國典型陸相頁巖油儲層的樣品進(jìn)行測試，再明確影響滲透率的因素，隨后討論不同影響因素下水平滲透率與垂直滲透率的量化關(guān)系，最終揭示水平滲透率與垂直滲透率特征，為中國陸相頁巖油的有效開發(fā)提供基礎(chǔ)理論依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

本研究選取中國渤海灣盆地濟陽坳陷和江漢盆地潛江凹陷頁巖油儲層作為重點研究對象。其中，濟陽坳陷是渤海灣盆地內(nèi)部的一個次級單元，位于其東南部，由于地球動力學(xué)背景與渤海灣盆地一致，所以與其有相對一致的構(gòu)造演化過程。眾所周知，渤海灣盆地是一個富油氣盆地，濟陽坳陷是其油氣最為豐富的坳陷之一［30］。其東臨懇東-青坨子凸起，西北與埕寧隆起區(qū)相連，南部相連魯西隆起區(qū)，北部與埕子口凸起相鄰（圖1），面積大約2.9 × 104km2。從平面展布上看，整體呈東南走向，坳陷收斂方向為西南，撒開方向為東北［31］。車鎮(zhèn)凹陷、沾化凹陷、惠民凹陷和東營凹陷是濟陽坳陷發(fā)育的4 個次級凹陷。濟陽坳陷斷陷發(fā)育是從古近系孔店組早期開始，活動一直持續(xù)到古近系東營組末期結(jié)束，共經(jīng)歷了孔店組、沙四段、沙三段-沙二下亞段、沙二上亞段-東營組4 個階段的幕式演化［32-33］。本研究的層位為沙四上亞段和沙三下亞段。其中沙四段整體為湖相沉積環(huán)境，沙四下亞段巖相為泥巖夾砂巖和灰?guī)r，沙四上亞段巖相主要為半深湖相泥巖和油頁巖，同時夾石膏質(zhì)泥巖、白云巖和雜色泥巖。沙三下亞段沉積時期，盆地下沉強烈，導(dǎo)致盆地的可容空間快速變大，標(biāo)志著湖盆的發(fā)展進(jìn)入鼎盛時期。在此期間，整個濟陽坳陷被湖泊沉積體系覆蓋，局部的凸起地區(qū)為三角洲沉積環(huán)境，并發(fā)育三角洲砂體。湖盆整體處于溫暖潮濕的氣候，并有大量淡水注入湖盆，使得在沙三下亞段沉積了具有較大厚度的半深湖-深湖泥頁巖，巖性主要包括灰褐色油頁巖、頁巖以及泥巖。

圖1 濟陽坳陷地質(zhì)概況示意圖（據(jù)參考文獻(xiàn)［39］和［40］修改）Fig.1 Sketch map showing the geological setting of Jiyang Depression（modified after references［39-40］）

潛江凹陷蘊藏著較為豐富的石油資源，屬于新生代內(nèi)陸斷陷鹽湖湖盆，整體在中生界和古生界基底之上，地理位置位于江漢盆地中部。凹陷面積約為2 500 km2，北界為潛北斷裂帶，自西向東與其相接的是荊門凹陷、樂鄉(xiāng)關(guān)隆起、漢水凹陷和永隆河隆起。凹陷東北部為岳口低凸起，在西南部為丫角新溝低凸起，這兩個凸起均以斜坡狀與潛江凹陷過渡。通海口斷層與通海口凸起為潛江凹陷的東南界［34-36］（圖2）。潛江凹陷是整個江漢盆地沉降速度最快、基底埋藏深度最深的凹陷，同時也是整個江漢盆地在潛江組沉積時的沉降中心、匯聚中心和濃縮中心，潛江組鹽系地層的物源在北部，且為單向供給，鹽度高、強蒸發(fā)封閉環(huán)境是潛江組主要的沉積環(huán)境，同時在沉積過程中也伴隨著間歇性潮濕環(huán)境，在這種沉積環(huán)境下，厚度達(dá)6 000 m 的地層中鹽韻律層和砂巖段頻繁交互，形成了極具特色的陸相鹽湖盆的沉積地層組合［37-38］。潛江組鹽系地層層序結(jié)構(gòu)為鮮明的多韻律，縱向上，潛江組自下而上可分為4 段，分別是潛四段（Eq4）、潛三段（Eq3）、潛二段（Eq2）和潛一段（Eq1）。潛江凹陷北部是以砂泥巖為主的三角洲沉積區(qū)，南部是以鹽韻律層為主的鹽湖沉積區(qū)，砂泥巖與鹽韻律頻繁互層是過渡區(qū)的主要巖性特征，在整個潛江組沉積過程中，3 個最大湖泛面時期是富有機質(zhì)頁巖的主要發(fā)育時期。

2 樣品、實驗設(shè)備與實驗方法

本研究選取了勝利油田濟陽坳陷和江漢油田潛江凹陷14 口典型頁巖油探井的巖心樣品，分別是勝利油田濟陽坳陷的FY1 井、LY1 井、NY1 井、L3 井、L67 井、L69 井、Y107 井、Y17 井、Y282 井、Y284 井、Y285 井、CH108井、B191井，江漢油田潛江凹陷的BYY2（圖2），其中BYY2 井取樣層位是潛四段，其余井取樣層位是沙三下亞段-沙四上亞段。樣品總計81 塊，獲得水平滲透率和垂直滲透率實驗數(shù)據(jù)總計149 個，同時引用了若干四川盆地龍馬溪組海相頁巖氣儲層水平以及垂直滲透率作為對比研究［41-42］。

圖2 潛江凹陷地質(zhì)概況示意圖Fig.2 Sketch map showing the geological setting of Qianjiang Sag

壓力脈沖衰減法滲透率測試原理主要是對一定規(guī)格的柱塞狀巖石樣品，飽和某一壓力的氣體，待壓力穩(wěn)定后，可以通過降低下游壓力，建立巖心上游端和下游端的壓差；在氣體滲流過程中，上游壓力不斷降低，下游壓力不斷升高，并逐漸趨于平衡；通過建立上下游平均壓力與時間的函數(shù)關(guān)系，計算頁巖的滲透率。本研究試驗地點是中國石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院無錫地質(zhì)研究所，所用設(shè)備是PES ENTERPRISE INC 制造的，型號為S-Perm 2000 壓力脈沖滲透率測試設(shè)備，測試氣體為氦氣。此設(shè)備主要由巖心夾持器、上游室、下游室、壓力傳感器和壓差傳感器等部件組成，其滲透率測量范圍是0.000 001 × 10-3～1 ×10-3μm2，圍壓最大可加載到10 000 psi（68.95 MPa），壓力精度為0.1%FS，壓差精度0.25%FS，要求樣品尺寸長度為1.27～5.08 cm，直徑為2.5～3.8 cm，這些設(shè)備參數(shù)可滿足試驗要求以及保證實驗數(shù)據(jù)的可靠性。

3 層理縫對陸相頁巖水平滲透率與垂直滲透率的影響

針對于江漢油田潛江凹陷的BYY2 井頁巖油儲層，利用脈沖壓力衰減法進(jìn)行滲透率測試，總共測試樣品15 個，獲取水平滲透率垂直滲透率一共17 組數(shù)據(jù)，其中柱塞樣品測試13 塊，樣品直徑2.5 cm，長度范圍在1.6～5.5 cm，有2 塊柱塞為垂直層理取樣，由于制樣難度較大，方樣制樣且測試成功的樣品一共2塊。通過實驗測試得出水平滲透率范圍在0.000 22×10-3～24.900 00 × 10-3μm2，垂直滲透率范圍在0.000 02 ×10-3～0.002 50×10-3μm2。針對于勝利油田濟陽坳陷頁巖油儲層，測得水平滲透率和垂直滲透率一共72 組數(shù)據(jù)，其中柱塞樣品測試36塊，樣品直徑2.5 cm，長度范圍在2.0～5.0 cm。通過實驗測試得出水平滲透率范圍在0.046×10-3～31.000×10-3μm2，垂直滲透率范圍在0.002 3×10-3～2.430 0×10-3μm2。

層理縫發(fā)育程度是決定中國陸相頁巖油儲層水平滲透率與垂直滲透率的關(guān)鍵因素，按照層理縫發(fā)育程度可以分為層理縫不發(fā)育、層理縫相對發(fā)育以及層理縫發(fā)育3 種類型的儲層，層理縫不發(fā)育的儲層樣品測試周期長，水平滲透率低。隨著層理縫的逐漸發(fā)育，測試周期也隨之縮短，水平滲透率也逐漸增大，增大倍數(shù)可達(dá)105倍（圖3）。

圖3 江漢盆地潛江凹陷BYY2井潛四下亞段陸相頁巖油儲層層理縫發(fā)育程度影響滲透率變化Fig.3 Influence of bedding-parallel fractures development on permeability variation of continental shale oil reservoirs in the lower submemeber of Qian 4 Member in Well BYY2，Qianjiang Sag，Jianghan Basin

根據(jù)上述原因，本研究選取了層理縫發(fā)育和層理縫不發(fā)育兩種類型樣品來進(jìn)行測試分析。研究表明，潛江凹陷頁巖油儲層總體水平滲透率高于垂直滲透率，當(dāng)層理縫發(fā)育時，水平滲透率高于垂直滲透率5個數(shù)量級；當(dāng)層理縫不發(fā)育時，水平滲透率比垂直滲透率高20倍左右（圖4）。

圖4 江漢盆地潛江凹陷BYY2井潛四下亞段頁巖油儲層水平滲透率與垂直滲透率對比Fig.4 Comparison of horizontal permeability and vertical permeability of shale oil reservoirs in the lower submember of Qian 4 Member in Well BYY2，Qianjiang Sag，Jianghan Basin

勝利油田濟陽坳陷頁巖油儲層水平滲透率和垂直滲透率的量級關(guān)系與潛江凹陷相比更為復(fù)雜，整體垂直滲透率小于水平滲透率，且相差范圍較大，但是由于濟陽坳陷頁巖油儲層受到構(gòu)造活動影響，局部發(fā)育構(gòu)造微裂縫，而且垂向切穿層理，因此垂直滲透率大于水平滲透率，水平滲透率與垂直滲透率量級關(guān)系具體表現(xiàn)為：當(dāng)層理縫發(fā)育時，水平滲透率比垂直滲透率大幾倍至幾百倍不等；當(dāng)層理縫不發(fā)育時，水平滲透率與垂直滲透率相差0.4～50.0 倍，其中相差倍數(shù)小于1 時，水平滲透率小于垂直滲透率，此時儲層發(fā)育切穿層理的構(gòu)造微裂縫（圖5，圖6）。

圖5 渤海灣盆地濟陽坳陷頁巖油儲層滲透率（水平滲透率＜5×10-3 μm2）Fig.5 Histogram of shale oil reservoir permeability in the Jiyang Depression，Bohai Bay Basin（horizontal permeability being less than 5×10-3 μm2）

圖6 渤海灣盆地濟陽坳陷頁巖油儲層滲透率（水平滲透率＞5×10-3μm2）Fig.6 Histogram of shale oil reservoir permeability in the Jiyang Depression，Bohai Bay Basin（horizontal permeability being greater than 5×10-3 μm2）

4 巖相對陸相頁巖水平滲透率與垂直滲透率的影響

本研究以勝利油田濟陽坳陷頁巖油層系為例。勝利油田濟陽坳陷的頁巖油層系巖相可以劃分為塊狀頁巖、層狀頁巖、紋層狀灰質(zhì)頁巖和紋層狀砂質(zhì)頁巖等。勝利油田濟陽坳陷頁巖油儲層巖相對于水平滲透率與垂直滲透率的影響相對復(fù)雜，難以進(jìn)行單一比較，但是在滲透率各向異性（即水平滲透率/垂直滲透率）的范圍是有所不同的，具體表現(xiàn)為，紋層狀灰質(zhì)頁巖/紋層狀泥灰?guī)r相滲透率各向異性范圍在1.5～90.0，層狀灰質(zhì)頁巖/層狀頁巖相滲透率各向異性范圍在1.4～46.0，塊狀灰質(zhì)頁巖相滲透率各向異性范圍在1.3～40.0（圖7）。造成這種差異的原因是由于不同巖相微觀結(jié)構(gòu)的差異，塊狀灰質(zhì)頁巖相致密，紋層不發(fā)育，且較為均質(zhì)，而紋層狀灰質(zhì)頁巖和紋層狀砂質(zhì)頁巖相發(fā)育紋層，不僅與塊狀灰質(zhì)頁巖相類似發(fā)育溶蝕孔，同時發(fā)育微裂隙，這使得紋層狀灰質(zhì)頁巖和紋層狀砂質(zhì)頁巖滲透率各向異性的范圍更大（圖8）。

圖7 渤海灣盆地濟陽坳陷頁巖油儲層不同巖相滲透率各向異性直方圖Fig.7 Histogram of permeability anisotropy for shale oil reservoirs of diverse lithofacies in the Jiyang Depression，Bohai Bay Basin

圖8 渤海灣盆地濟陽坳陷FY1井沙四上亞段頁巖油儲層不同巖相顯微鏡下以及掃描電鏡圖像Fig.8 Micrographs and SEM images of shale oil reservoirs of diverse lithofacies in the upper submember of Sha 4 Member in Well FY1，Jiyang Depression，Bohai Bay Basin

5 圍壓對陸相頁巖水平滲透率與垂直滲透率的影響

除了在常壓條件下水平滲透率與垂直滲透率有很大量級差異，圍壓條件下水平滲透率與垂直滲透率也有其特有量級特征。以江漢盆地陸相頁巖油儲層為例，分別對層理不發(fā)育的頁巖油儲層樣品、水平層理的頁巖油儲層樣品以及垂直層理的頁巖油儲層樣品進(jìn)行了不同圍壓下的滲透率特征研究，同時也與中國四川盆地龍馬溪組海相頁巖進(jìn)行了對比研究。

本研究選取了3645 號、3647（T）號、3695 號3 塊樣品進(jìn)行測試，都在潛四下亞段取樣，且層理縫均不發(fā)育，3645 號樣品埋深3 873.02 m，平行層理取樣，3647（T）號樣品埋深3 873.09 m，垂直層理取樣，3695 號樣品埋深3 874.67 m，相對均質(zhì)，層理不發(fā)育。由于巖心本身的特點，圍壓達(dá)到10.0 MPa 以后，巖心在測試時會發(fā)生斷裂，因此圍壓最大加載到10.0 MPa。通過實驗測試，圍壓在2.8，5.0 和10.0 MPa 時，3645 號平行層理樣品滲透率（水平滲透率）分別是0.094 29×10-3，0.00211 × 10-3和0.00122 × 10-3μm2；3647（T）號垂直層理樣品滲透率（垂直滲透率）分別是0.001 85×10-3，0.000 59 × 10-3和0.000 01 × 10-3μm2；3695 號層理不發(fā)育樣品滲透率分別為0.001 46 × 10-3，0.000 67 ×10-3和0.000 61×10-3μm2。

海相頁巖樣品來自四川盆地川東褶皺的龍馬溪組海相頁巖，圍壓在3.45 MPa 時，水平滲透率范圍在0.000 38 × 10-3～0.032 3 × 10-3μm2，垂直滲透率為0.000 22×10-3～0.002 78×10-3μm2，圍壓在6.9 MPa時，水平滲透率范圍在0.000 31 × 10-3～0.00179 ×10-3μm2，垂直滲透率為0.000 2 × 10-3～0.00144 ×10-3μm2，圍壓在10.34 MPa 時，水平滲透率范圍在0.000 2 × 10-3～0.000 91 × 10-3μm2，垂直滲透率為0.000 12×10-3～0.000 65×10-3μm2［41-42］。

江漢盆地頁巖油儲層與四川盆地龍馬溪組頁巖最大差異是陸相與海相的差異，從礦物組分來看，海相頁巖石英含量相對較高，而江漢盆地陸相頁巖石英含量相對較低，同時泥質(zhì)白云巖、白云質(zhì)泥巖為主要巖相類型，因此龍馬溪組海相頁巖脆性更好，能有效且有規(guī)律地適應(yīng)圍壓對礦物顆粒排列、層理壓實程度的影響，從而影響頁巖的水平滲透率與垂直滲透率。

研究表明，圍壓對陸相頁巖油儲層水平滲透率和垂直滲透率的影響更復(fù)雜，層理縫發(fā)育的儲層其滲透率對圍壓的敏感性強于層理不發(fā)育的儲層。整體上隨著圍壓的增大，層理縫不發(fā)育的儲層滲透率只降低2.0～2.5 倍。而在層理縫發(fā)育的儲層中，水平和垂向滲透率對圍壓的敏感性也有很大不同。隨著圍壓的增大，水平滲透率降低70 倍左右，而垂向滲透率降低20倍左右（圖9）。而四川盆地志留系龍馬溪組海相頁巖，圍壓對于水平滲透率以及垂直滲透率影響基本一致，而且水平滲透率與垂直滲透的比值隨著圍壓的增大基本無明顯變化，這是由于龍馬溪組海相頁巖相較于陸相頁巖油儲層脆性礦物含量更高，脆性更強，不易發(fā)生形變，層理縫相較于陸相頁巖油儲層壓實程度相對較低（圖10）。

圖9 江漢盆地潛江凹陷陸相頁巖油儲層水平滲透率、垂直滲透率與圍壓關(guān)系Fig.9 Correlation of confining pressure with horizontal and vertical permeability of continental shale oil reservoirs in the Qianjiang Sag，Jianghan Basin

圖10 四川盆地志留系龍馬溪組海相頁巖儲層水平滲透率、垂直滲透率與圍壓關(guān)系（數(shù)據(jù)來源于文獻(xiàn)［41］和［42］）Fig.10 Correlation of confining pressure with horizontal and vertical permeability of marine shale reservoirs of the Silurian Longmaxi Formation，Sichuan Basin（data from references［41-42］）

6 特殊礦物對陸相頁巖滲透率的影響

中國陸相頁巖油儲層整體呈現(xiàn)極強的非均質(zhì)性，其中江漢盆地頁巖油儲層滲透率與前文所述四川盆地川東褶皺的龍馬溪組海相頁巖相當(dāng)。隨著取樣深度逐漸變淺，滲透率普遍增大，當(dāng)取樣深度相當(dāng)時，江漢盆地頁巖油儲層滲透率總體比勝利油田頁巖油儲層滲透率低10～100 倍，造成這種現(xiàn)象的原因主要有兩點：①江漢盆地潛江凹陷頁巖油儲層的平均孔喉半徑小于濟陽凹陷的頁巖油儲層；②江漢盆地頁巖油儲層的礦物組成更為復(fù)雜，由于其處于鹽湖的沉積環(huán)境，頁巖的礦物組分中含有一定的硬石膏等礦物，阻塞孔隙，使得滲透率降低。硬石膏充填的儲層樣品測試周期長，滲透率低；無硬石膏充填的頁巖油儲層，測試周期也隨之縮短，滲透率也逐漸增大。這些現(xiàn)象是中國潛江凹陷陸相頁巖油儲層的固有特點（圖11）。

圖11 江漢盆地潛江凹陷BYY2井潛四下亞段陸相頁巖油儲層硬石膏充填程度影響滲透率變化Fig.11 Influence of anhydrite filling degree on permeability variation of continental shale oil reservoirs in the lower submember of Qian 4 Member in Well BYY2，Qianjiang Sag，Jianghan Basin

7 討論

通過上述研究，中國陸相頁巖層理發(fā)育，且層理對陸相頁巖的滲透率有極大的影響，頁巖在常壓條件下，水平滲透率與垂直滲透率存在較大的差異，此差異可以是幾倍和幾百倍，甚至可高達(dá)5 個數(shù)量級。隨著圍壓的增大，陸相頁巖水平滲透率與垂直滲透率有各自不同的變化規(guī)律，同時陸相頁巖的礦物組分，特別是特殊礦物的存在，也會對滲透率有著明顯影響。

因此證實，中國陸相頁巖油在運移過程中，由于在構(gòu)造縫不發(fā)育的部位，水平滲透率大于垂直滲透率，所以側(cè)向運移為優(yōu)勢運移方向，在發(fā)育切穿層理構(gòu)造縫的部位會有垂向的優(yōu)勢運移方向。頁巖油的開采主要以壓裂作為工程手段，因此，有別于海相頁巖，除了壓裂形成體積縫網(wǎng)以外，盡可能開啟一定規(guī)模的層理縫并實現(xiàn)有效支撐也是中國陸相頁巖油壓裂工程工藝的主要發(fā)展方向。所以，中國陸相頁巖油儲層水平與垂直滲透率特征研究對于陸相頁巖油的勘探開發(fā)具有重要的基礎(chǔ)理論意義。

8 結(jié)論

1）層理縫發(fā)育程度是決定中國陸相頁巖油儲層水平滲透率與垂直滲透率的關(guān)鍵因素，按照層理縫發(fā)育程度可以分為層理縫不發(fā)育、層理縫相對發(fā)育以及層理縫發(fā)育3 種類型的儲層，層理縫不發(fā)育的儲層樣品測試周期長，滲透率低。隨著層理的逐漸發(fā)育，測試周期也隨之縮短，滲透率也逐漸增大，增大倍數(shù)可達(dá)105倍。

2）常壓條件下，江漢盆地潛江凹陷頁巖油儲層，當(dāng)層理縫發(fā)育時，水平滲透率高于垂直滲透率5 個數(shù)量級；當(dāng)層理縫不發(fā)育時，水平滲透率比垂直滲透率高20 倍左右。濟陽坳陷頁巖油儲層，當(dāng)層理縫發(fā)育時，水平滲透率比垂直滲透率大幾倍至幾百倍不等；當(dāng)層理縫不發(fā)育時，水平滲透率與垂直滲透率相差0.4～50倍，其中相差倍數(shù)小于1時，水平滲透率小于垂直滲透率，此時儲層發(fā)育切穿層理的構(gòu)造微裂縫。

3）勝利油田濟陽坳陷頁巖油儲層紋層狀灰質(zhì)頁巖/紋層狀泥灰?guī)r相滲透率各向異性性范圍在1.5～90.0，層狀頁巖相滲透率各向異性范圍在1.4～4.0，塊狀頁巖相滲透率各向異性范圍在1.3～40.0。

4）圍壓條件下，陸相頁巖油儲層與海相頁巖儲層對比結(jié)果表明，海相頁巖圍壓對于水平滲透率以及垂直滲透率影響基本一致，而陸相頁巖水平滲透率與垂直滲透率變化更為復(fù)雜，隨著圍壓增大，層理不發(fā)育的儲層滲透率降低2.0～2.5 倍；層理縫發(fā)育的頁巖油儲層，其水平滲透率降低70 倍左右，垂直滲透率降低20倍左右，因此，水平滲透率對圍壓的敏感性最更大。

5）中國陸相頁巖油儲層整體呈現(xiàn)極強的非均質(zhì)性，通過對比江漢油田潛江凹陷和勝利油田濟陽坳陷頁巖油儲層，前者比后者滲透率低10～100 倍，這是由于江漢盆地潛江凹陷頁巖油儲層的平均孔喉半徑小于濟陽凹陷的頁巖油儲層，且江漢盆地頁巖油儲層處于鹽湖沉積環(huán)境中，其礦物組分復(fù)雜，發(fā)育硬石膏等礦物，阻塞孔隙，使?jié)B透率降低。

致謝：感謝中石化江漢油田分公司勘探開發(fā)研究院和中石化勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院提供研究所需樣品，感謝中石化石油勘探開發(fā)研究院無錫所提供實驗設(shè)備。