王 磊，曹 瑩，曹立虎，姜寶益，王希剛，程清艷

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

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

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

1 頁巖氣藏開發(fā)評價因素篩選及分析

1.1 頁巖氣藏開發(fā)評價因素篩選

與煤層氣類似，富含有機質(zhì)的頁巖本身可以作為頁巖氣的氣源巖，又可以作為儲集層，頁巖氣的地質(zhì)特征和開發(fā)特點與常規(guī)天然氣有很大不同［11－16］。

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

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

3）頁巖氣藏厚度。頁巖氣藏的厚度是頁巖氣富集的基本條件之一。頁巖氣作為自生自儲的非常規(guī)油氣藏，氣藏厚度越大，資源的豐度值越高。據(jù)統(tǒng)計，美國的頁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）總有機碳含量?？傆袡C碳含量（TOC）是國外普遍采用的有機質(zhì)豐度指標，指烴源巖中的油氣逸出后，巖石中殘留下來的有機質(zhì)中的碳含量，又稱為剩余有機碳含量。TOC值常可表征含氣量大小，特別是當兩者呈現(xiàn)正相關(guān)的情況下。美國的多處研究實例顯示，頁巖氣含量與TOC含量之間存在正相關(guān)關(guān)系，有機質(zhì)中的納米級微孔隙是頁巖氣吸附的重要載體。

5）頁巖氣成熟度。頁巖中豐富的有機質(zhì)是生成油氣的基礎(chǔ)，但只有達到一定的熱演化程度才能開始大量生烴。美國的頁巖氣產(chǎn)量主要為熱成因，占其總產(chǎn)量的百分之八十五左右，美國最大的Barnett頁巖成熟度大于1.1%，我國的頁巖氣藏熱成熟度變化大，海相偏高（Ro＞2%）

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

7）埋藏深度。埋深是指頁巖氣藏的埋藏深度。美國的頁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；加拿大開發(fā)的頁巖氣藏深度同美國一樣，范圍較大，一般在122～5000m，我國頁巖氣埋藏深度普遍較深，認為深于3000m也可以作為資源潛力區(qū)。

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

1.2 頁巖氣藏評價參數(shù)有利范圍分析

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

表1 頁巖氣開發(fā)參數(shù)有利范圍

2 多因素評價模型的構(gòu)建

模糊一致矩陣表示針對上一層某元素，本層次與之有關(guān)元素之間相對重要程度的比較，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)重要性標度定義模糊，進而得到模糊一致矩陣，在處理模糊一致矩陣時，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行計算。其具體步驟見［17］。

3 頁巖氣藏潛力區(qū)篩選模擬驗證

為了驗證模糊層次分析法的可行性，收集了我國川南、黔北、鄂西等上揚子地區(qū)頁巖氣主要遠景區(qū)的氣藏指標數(shù)據(jù)，如表2所示，利用構(gòu)建的模型對3個區(qū)塊進行評價。

表2 區(qū)塊氣藏參數(shù)

根據(jù)頁巖氣藏評價好壞參數(shù)值，經(jīng)過歸一化處理，利用最大隸屬度原則，則關(guān)于3個區(qū)塊的每一個評價參數(shù)的A即可得到

其中，矩陣的行表示同一區(qū)塊不同評價參數(shù)的隸屬度，其數(shù)值越大，說明此參數(shù)越接近于有利于頁巖氣藏開發(fā)，即開發(fā)適宜度越大。為了進行綜合評價，根據(jù)幾個參數(shù)敏感程度，建立評價頁巖氣藏各個因素的模糊判斷矩陣。

通過計算可以得到同一區(qū)塊各評價參數(shù)之間開發(fā)適宜性的加權(quán)矩陣Wj

通過Wj與WjT進行相乘運算得到Mij，通過計算可得最后3個頁巖氣藏的開發(fā)可行性總體評價

可以看出，區(qū)塊3開發(fā)可行性最高，而區(qū)塊2最差。

4 結(jié)論

1）調(diào)研國內(nèi)外文獻，篩選出頁巖氣藏開發(fā)的評價因素，包括有機碳含量、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)合國內(nèi)頁巖氣藏情況給出了頁巖氣藏開發(fā)的有利范圍。

2）被廣泛使用于各個方面的模糊層次分析方法也可以用來評價頁巖氣開發(fā)可行性，該方法在評價有利和不利開發(fā)區(qū)塊時效果明顯，可為頁巖氣藏開發(fā)有利區(qū)塊篩選提供指導(dǎo)。

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