沈騁，任嵐，趙金洲，譚秀成，吳雷澤

（1. 油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 西南石油大學(xué)，成都 610500；2. 中國(guó)石化江漢油田分公司石油工程技術(shù)研究院，武漢 430035）

頁巖儲(chǔ)集層綜合評(píng)價(jià)因子及其應(yīng)用
——以四川盆地東南緣焦石壩地區(qū)奧陶系五峰組—志留系龍馬溪組為例

沈騁1，任嵐1，趙金洲1，譚秀成1，吳雷澤2

（1. 油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 西南石油大學(xué)，成都 610500；2. 中國(guó)石化江漢油田分公司石油工程技術(shù)研究院，武漢 430035）

針對(duì)目前頁巖儲(chǔ)集層評(píng)價(jià)方法的缺點(diǎn)，提出采用綜合評(píng)價(jià)因子預(yù)測(cè)優(yōu)質(zhì)頁巖儲(chǔ)集層的分布規(guī)律和壓裂施工的優(yōu)勢(shì)壓裂段。綜合評(píng)價(jià)因子由物性評(píng)價(jià)因子和壓裂評(píng)價(jià)因子采用等效計(jì)算方法求得，物性評(píng)價(jià)因子結(jié)合測(cè)井得到的巖電參數(shù)利用礦物體積模型獲取，表征儲(chǔ)集層儲(chǔ)集性；壓裂評(píng)價(jià)因子利用考慮礦物組分的等效介質(zhì)模型獲取，表征儲(chǔ)集層可壓裂性。根據(jù)綜合評(píng)價(jià)因子，結(jié)合巖心宏觀、微觀特征分析和測(cè)井資料，將四川盆地東南緣焦石壩奧陶系五峰組—志留系龍馬溪組一段頁巖儲(chǔ)集層劃分為 4類儲(chǔ)集巖，其中高自生硅頁巖和高陸源硅頁巖具有較優(yōu)質(zhì)的儲(chǔ)集性和可壓裂性，中陸源硅頁巖次之，低陸源硅頁巖較差。利用綜合評(píng)價(jià)因子可對(duì)生產(chǎn)井水平段測(cè)井資料進(jìn)行解釋，分析不同儲(chǔ)集巖類型占比，識(shí)別具有優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集性和可壓裂性的儲(chǔ)集層，預(yù)測(cè)結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)壓裂后生產(chǎn)效果對(duì)應(yīng)較好。圖13表2參37

綜合評(píng)價(jià)因子；物性評(píng)價(jià)因子；壓裂評(píng)價(jià)因子；頁巖儲(chǔ)集層；含氣性；可壓裂性；硅頁巖；焦石壩頁巖氣；四川盆地

0 引言

頁巖儲(chǔ)集層的高效評(píng)價(jià)已成為頁巖氣開發(fā)相關(guān)研究中的重要環(huán)節(jié)[1-2]。優(yōu)質(zhì)的儲(chǔ)集性能和理想的儲(chǔ)集層改造體積（SRV）是獲得經(jīng)濟(jì)產(chǎn)能的前提。由于地質(zhì)特征和資料收集程度存在差異，不同工區(qū)頁巖儲(chǔ)集層的評(píng)價(jià)方法區(qū)別較大，如采用屬性等值線[3]、地震反演[4-6]、巖相標(biāo)定法[7-9]、旋回對(duì)比法[10]進(jìn)行儲(chǔ)集性評(píng)價(jià)，或采用礦物組分法[11-12]、彈性參數(shù)法[13-14]及二者綜合分析法[15-17]、結(jié)合微地震監(jiān)測(cè)SRV的數(shù)值解法[18-19]進(jìn)行脆性及可壓性評(píng)價(jià)，以達(dá)到選取具備優(yōu)質(zhì)物性的“地質(zhì)甜點(diǎn)區(qū)”或預(yù)測(cè)改造程度較好的“人造高滲區(qū)”的目的[20]。然而，目前的評(píng)價(jià)方法尚未同時(shí)考慮儲(chǔ)集層的地質(zhì)和工程因素[21]，導(dǎo)致水平井分段分簇壓裂方案的設(shè)計(jì)具有不確定性，難以實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)或穩(wěn)產(chǎn)；也未綜合考慮頁巖儲(chǔ)集層物性與可壓性之間的聯(lián)系（即具有較大SRV的水平井（段）是否同時(shí)具備優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集性或較高含氣量），使得生產(chǎn)井布井、優(yōu)勢(shì)壓裂段選取等技術(shù)問題的指向性尚不明確。

得益于郭旭升[22]、郭彤樓等[23]提出的“二元富集”理論和高產(chǎn)富集模式，四川盆地東南緣焦石壩地區(qū)奧陶系五峰組—志留系龍馬溪組頁巖取得實(shí)質(zhì)性的開發(fā)成效，儲(chǔ)集層評(píng)價(jià)工作已取得階段性成果[24-25]。本文針對(duì)目前頁巖儲(chǔ)集層評(píng)價(jià)方法存在的問題，選擇該區(qū)塊作為研究對(duì)象，考慮儲(chǔ)集層含氣特征和體積壓裂效果的影響，建立涵蓋物性評(píng)價(jià)和可壓裂性評(píng)價(jià)的頁巖儲(chǔ)集層綜合評(píng)價(jià)因子，劃分儲(chǔ)集巖類型，結(jié)合測(cè)井解釋資料獲取具有優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集性和可壓裂性的儲(chǔ)集層的分布。研究對(duì)后續(xù)重復(fù)壓裂段產(chǎn)能評(píng)價(jià)也具有指示作用。

1 頁巖儲(chǔ)集層綜合評(píng)價(jià)因子建立

頁巖氣開發(fā)過程需要同時(shí)考慮儲(chǔ)集層地質(zhì)特征和壓裂施工條件。已有學(xué)者通過巖樣和數(shù)值分析發(fā)現(xiàn)頁巖儲(chǔ)集層脆性礦物組分含量與孔隙度存在負(fù)相關(guān)性[15,26]，四川盆地焦石壩地區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖巖樣分析同樣發(fā)現(xiàn)該規(guī)律（見圖 1）。由此可知，儲(chǔ)集性較好的區(qū)帶可能并非壓裂施工的甜點(diǎn)區(qū)，而能夠形成較大SRV的區(qū)帶可能不具備優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集性。因此，有必要將地質(zhì)與工程特征結(jié)合起來對(duì)頁巖儲(chǔ)集層進(jìn)行評(píng)價(jià)，建立考慮物性和可壓裂性的頁巖儲(chǔ)集層綜合評(píng)價(jià)因子。

圖1 四川盆地焦石壩地區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖儲(chǔ)集層巖樣脆性礦物含量與孔隙度關(guān)系圖

1.1 物性評(píng)價(jià)因子

物性特征直接影響含油氣特性。物性評(píng)價(jià)通常采用實(shí)驗(yàn)方法，即通過毛管壓力曲線獲取儲(chǔ)集層儲(chǔ)集空間特征來評(píng)價(jià)頁巖儲(chǔ)集性，但由于頁巖的致密程度相當(dāng)而無法明確區(qū)分（見表1）；或借鑒常規(guī)儲(chǔ)集層儲(chǔ)能系數(shù)的應(yīng)用，采用總有機(jī)碳含量（TOC）與富有機(jī)質(zhì)（TOC值大于2%）儲(chǔ)集層（視）厚度的乘積進(jìn)行評(píng)價(jià)。但不同地區(qū)頁巖氣開發(fā)效果表明，頁巖儲(chǔ)集層中游離態(tài)頁巖氣的貢獻(xiàn)權(quán)重至關(guān)重要且不可忽略（見圖 2），儲(chǔ)集層TOC和孔隙度分別是預(yù)測(cè)吸附氣和游離氣含量的關(guān)鍵參數(shù)[27]（見圖 3、圖 4），而上述方法未能考慮孔隙度等衡量?jī)?chǔ)集空間和游離氣含量的因素。因此，本文從考慮含氣特性的角度出發(fā)，同時(shí)選取TOC和孔隙度建立物性評(píng)價(jià)因子，并采用熵權(quán)法得到參數(shù)的權(quán)重，以此評(píng)價(jià)頁巖儲(chǔ)集層物性。

表1 四川盆地焦石壩地區(qū)JY-1井龍馬溪組頁巖壓汞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

引入物性權(quán)重系數(shù)a1、b1，分別表征孔隙度（游離氣）和TOC（吸附氣）對(duì)產(chǎn)能的貢獻(xiàn)能力，建立頁巖儲(chǔ)集層物性評(píng)價(jià)因子：

圖2 北美不同頁巖儲(chǔ)集層吸附氣與游離氣含量對(duì)比圖

圖3 巖心實(shí)測(cè)總有機(jī)碳含量與吸附氣量關(guān)系圖

圖4 巖心實(shí)測(cè)孔隙度與游離氣量關(guān)系圖

由于經(jīng)濟(jì)原因，TOC和孔隙度難以通過實(shí)驗(yàn)獲取。故本文利用測(cè)井解釋資料，采用文獻(xiàn)[28]的方法，利用測(cè)井密度進(jìn)行TOC的回歸計(jì)算：

同理，將頁巖分為基質(zhì)（硅質(zhì)、碳酸鹽和黏土礦物、有機(jī)質(zhì)）、地層流體與儲(chǔ)集空間（束縛水、天然氣和孔縫）兩部分[15]。根據(jù)礦物體積模型法建立孔隙度計(jì)算式：

運(yùn)用熵權(quán)法計(jì)算孔隙度和TOC的權(quán)重系數(shù)。首先對(duì)孔隙度與TOC進(jìn)行歸一化處理：

然后建立熵模型：

最后通過如下權(quán)模型獲取物性權(quán)重系數(shù)：

研究區(qū)頁巖儲(chǔ)集層孔隙度大于等于4.5%時(shí)對(duì)應(yīng)高游離氣量（見圖 4），巖心孔隙度測(cè)試結(jié)果也表明區(qū)內(nèi)儲(chǔ)集層孔隙度大于等于4.5%時(shí)游離氣量在總含氣量中的比例較大（見圖5）。因此，分別計(jì)算孔隙度大于等于4.5%和小于4.5%條件下的a1、b1，表征不同條件下游離氣與吸附氣對(duì)產(chǎn)能的貢獻(xiàn)。計(jì)算結(jié)果為：孔隙度大于等于 4.5%時(shí)，a1、b1分別為 0.65、0.35；孔隙度小于4.5%時(shí)，a1、b1分別為0.55、0.45。

圖5 JY-1井巖心游離氣量與吸附氣量關(guān)系圖

1.2 壓裂評(píng)價(jià)因子

頁巖儲(chǔ)集層可壓裂性同樣影響頁巖氣產(chǎn)能，通常用礦物脆性或巖石力學(xué)脆性等簡(jiǎn)單的綜合表征參數(shù)[13-17,29]反映。文獻(xiàn)[13]將不同礦物組分等價(jià)處理進(jìn)行估算，不能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)脆性；文獻(xiàn)[15]未考慮泊松比與彈性模量等的權(quán)重，而不同工區(qū)不同彈性參數(shù)的變化幅度不同，對(duì)壓裂施工的影響也會(huì)不同；文獻(xiàn)[29]雖然考慮了斷裂韌性、裂縫延伸判別準(zhǔn)則等諸多因素，但較為繁瑣，且需預(yù)設(shè)天然裂縫產(chǎn)狀，人為可調(diào)性過強(qiáng)。

通常地，泊松比越小，彈性模量越大，頁巖儲(chǔ)集層改造體積越大（見圖 6），對(duì)應(yīng)較大產(chǎn)氣區(qū)域。基于此，借鑒新型脆性因子[15]，建立壓裂評(píng)價(jià)因子：

圖6 Y井各壓裂段微地震監(jiān)測(cè)SRV與彈性參數(shù)關(guān)系圖

利用測(cè)井解釋成果可獲取縱波、橫波時(shí)差來計(jì)算各數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的彈性模量和泊松比：

并非所有生產(chǎn)井都進(jìn)行陣列聲波測(cè)井，研究過程中通常缺失橫波數(shù)據(jù)。為實(shí)現(xiàn)利用測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)快速計(jì)算壓裂評(píng)價(jià)因子，建立礦物組分與彈性參數(shù)的相關(guān)關(guān)系并簡(jiǎn)化計(jì)算流程，本文利用Voigt-Reuss-Hill模型[30-32]、Biot-Gassmann模型[33]獲取縱橫波數(shù)據(jù)。

首先，建立不同礦物組分的Voigt-Reuss-Hill模型以計(jì)算巖石基質(zhì)等效彈性參數(shù)（體積模量和切變模量）：

然后，根據(jù)Mavko等[34]基于Biot理論推導(dǎo)的兩相介質(zhì)中應(yīng)力與應(yīng)變的等價(jià)關(guān)系，將孔隙與流體同時(shí)加入頁巖基質(zhì)中：

本文將束縛水與天然氣同時(shí)考慮為流體，可以通過含水飽和度與含氣飽和度數(shù)據(jù)等效換算：

再根據(jù) Biot-Gassmann模型建立彈性參數(shù)之間的關(guān)系式：

最后，根據(jù)（10）式—（14）式求得縱波時(shí)差、橫波時(shí)差，再通過（8）式、（9）式求出各測(cè)井點(diǎn)的彈性模量和泊松比，然后代入（7）式求出壓裂評(píng)價(jià)因子。

1.3 綜合評(píng)價(jià)因子

假設(shè)儲(chǔ)集層物性與可壓裂性對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層以及壓后產(chǎn)能貢獻(xiàn)均等，則通過等效計(jì)算方法建立綜合評(píng)價(jià)因子：

2 基于綜合評(píng)價(jià)因子的儲(chǔ)集巖類型劃分

四川盆地焦石壩地區(qū)五峰組—龍馬溪組一段頁巖儲(chǔ)集層巖石類型變化較小，但由于沉積期由深水滯留厭氧環(huán)境向深水陸棚環(huán)境轉(zhuǎn)變，沉積水體的局限性被打破，受高能水體環(huán)境的影響逐漸增大，礦物組分比例及其成因有明顯區(qū)別，尤其表現(xiàn)為硅質(zhì)礦物由五峰組生物成因的自生硅為主向龍馬溪組陸源碎屑成因的陸源硅為主的快速轉(zhuǎn)化[35]。在前人對(duì)四川盆地焦石壩頁巖儲(chǔ)集層研究[36]和三軸巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用綜合評(píng)價(jià)因子，從物性和巖石力學(xué)角度，將五峰組—龍馬溪組一段含氣頁巖（除去五峰組頂部觀音橋段凝灰?guī)r）劃分為低陸源硅頁巖（S1）、中陸源硅頁巖（S2）、高陸源硅頁巖（S3）和高自生硅頁巖（S4）4類儲(chǔ)集巖（見圖7）。

2.1 低陸源硅頁巖

圖7 四川盆地焦石壩地區(qū)五峰組—龍馬溪組一段頁巖儲(chǔ)集層的物性評(píng)價(jià)因子與壓裂評(píng)價(jià)因子圖版

該類巖石巖心多呈深灰—灰黑色，致密，水平紋層發(fā)育（見圖8a、8b），夾有順層發(fā)育的粉砂質(zhì)條帶，條帶寬約0.3～1.0 mm，另有少量未充填水平裂縫（長(zhǎng)約100 mm，寬約1～2 mm）、方解石脈（見圖8a）和大量粉砂質(zhì)團(tuán)塊（6 mm×6 mm）～（10 mm×35 mm）（見圖8b）發(fā)育。鏡下觀察該類巖石黏土礦物含量大于 50%，最高達(dá)76%，硅質(zhì)礦物含量小于35%，碳酸鹽礦物含量小于8%；石英顆粒具有一定的順層性及定向性（見圖8c）。

該類巖石物性評(píng)價(jià)因子集中在0.2～0.4，壓裂評(píng)價(jià)因子主要分布在0.4～0.6，表現(xiàn)出較差的儲(chǔ)集性和較好的可壓裂性。巖石內(nèi)層理縫、納米級(jí)有機(jī)質(zhì)孔等宏微觀儲(chǔ)集空間發(fā)育較少，是影響儲(chǔ)集性的主要因素。雖然巖石基質(zhì)中硅質(zhì)、碳酸鹽礦物等脆性礦物總量較低，但粉砂質(zhì)條帶和大量的粉砂質(zhì)團(tuán)塊彌補(bǔ)了脆性礦物的不足，有助于增強(qiáng)巖石的可壓裂性。該類巖石綜合評(píng)價(jià)因子分布在0.1～0.4，儲(chǔ)集空間的匱乏使得天然氣資源量較少，較低的天然裂縫發(fā)育程度也使得體積改造難以產(chǎn)生較大SRV。綜合認(rèn)為該類巖石的開發(fā)效果較差。

圖8 四川盆地焦石壩地區(qū)五峰組—龍馬溪組一段頁巖儲(chǔ)集層低陸源硅頁巖宏、微觀特征

2.2 中陸源硅頁巖

該類巖石巖心多呈深灰—灰黑色，致密且性脆，水平層理發(fā)育，見灰黑色泥質(zhì)條帶和淺灰色粉砂質(zhì)條帶頻繁疊置（見圖9a）；方解石半充填水平裂縫（長(zhǎng)約70～120 mm，寬約1～2 mm）較為發(fā)育。鏡下觀察該類巖石黏土礦物含量小于 35%，硅質(zhì)礦物含量在35%～50%，碳酸鹽礦物含量在 8%～10%，并發(fā)現(xiàn)白云石聚集呈帶狀分布（見圖9b），與黏土具有不清晰的界線；石英較均勻分布在黏土中，或呈紋層狀（見圖9c）；相比低陸源硅頁巖，筆石化石碎片較多，含量達(dá)5%～10%。

該類巖石物性評(píng)價(jià)因子主要分布在0.3～0.5，壓裂評(píng)價(jià)因子主要分布在0.4～0.6。較差的孔隙發(fā)育程度和天然裂縫被半充填制約著儲(chǔ)集空間的發(fā)育，影響儲(chǔ)集性。而較高的脆性礦物含量則保證了儲(chǔ)集層具有較好的可壓裂性。該類巖石綜合評(píng)價(jià)因子分布在 0.40～0.45，雖然儲(chǔ)集性較差，但宏觀上天然裂縫較好的發(fā)育程度、泥質(zhì)條帶和粉砂質(zhì)條帶的疊置，微觀上石英粉砂、白云石和黏土等不同礦物的相互接觸等特征，使得巖石具有較多的應(yīng)力弱面，壓裂施工過程中巖體更易發(fā)生破壞。若上覆和下伏巖層儲(chǔ)集性較好，則可選擇該類巖石發(fā)育層進(jìn)行水力壓裂，溝通上下巖層獲得高產(chǎn)。

圖9 四川盆地焦石壩地區(qū)五峰組—龍馬溪組一段頁巖儲(chǔ)集層中陸源硅頁巖宏、微觀特征

2.3 高陸源硅頁巖

該類巖石巖心多呈灰黑色，水平層理發(fā)育，粉砂質(zhì)條帶較少，呈斷續(xù)狀（見圖 10a），毫米級(jí)寬度；天然裂縫發(fā)育，主要為水平縫，自上而下裂縫發(fā)育密度增大，并由方解石半充填、未充填向全充填轉(zhuǎn)變，偶見垂直縫（見圖 10b）；筆石化石碎片與低、中陸源硅頁巖相比更多（見圖 10c）。鏡下觀察該類巖石黏土礦物含量小于 20%，硅質(zhì)礦物含量大于 50%，碳酸鹽礦物含量大于 10%；富石英、白云石礦物區(qū)與富黏土礦物區(qū)具有不清晰界線，寬度約0.200～0.275 mm（見圖10d）。不同于中陸源硅頁巖，該類巖石白云石也可呈星點(diǎn)狀較均勻分布（件圖 10e）；放射蟲、硅質(zhì)骨針發(fā)育（見圖10f），可見方解石交代現(xiàn)象。

該類巖石物性評(píng)價(jià)因子主要分布在0.40～0.75，壓裂評(píng)價(jià)因子主要分布在0.35～0.60。相對(duì)較高的有機(jī)質(zhì)含量對(duì)應(yīng)納米級(jí)有機(jī)質(zhì)孔發(fā)育，有機(jī)質(zhì)的高度轉(zhuǎn)化進(jìn)一步增大了儲(chǔ)集空間，對(duì)吸附氣和游離氣的儲(chǔ)集具有積極作用。高脆性礦物含量同樣保證了水力壓裂的可行性。該類巖石綜合評(píng)價(jià)因子分布在0.45～0.50，儲(chǔ)集性和可壓裂性均較好，且方解石半充填、全充填的天然裂縫大量發(fā)育使得宏觀應(yīng)力弱面增多，碳酸鹽礦物的增多使得不同礦物間的微觀應(yīng)力弱面增多[16,37]，有利于裂縫擴(kuò)展并溝通更多含氣區(qū)域。綜合認(rèn)為該類巖石可作為優(yōu)先開采對(duì)象。

圖10 四川盆地焦石壩地區(qū)五峰組—龍馬溪組一段頁巖儲(chǔ)集層高陸源硅頁巖宏、微觀特征

2.4 高自生硅頁巖

該類巖石巖心多呈灰黑—黑色，主要發(fā)育在五峰組，頁理發(fā)育；裂縫十分發(fā)育，主要被方解石充填，呈近水平（見圖 11a、11b）或近垂直狀，并交錯(cuò)為 U型或“井”字型（見圖11c、11d）。鏡下觀察該類巖石黏土礦物含量低于 20%，硅質(zhì)礦物含量大于 60%，最高達(dá)75%，碳酸鹽含量為8%～10%；大量石英粉砂和白云石混合的淺色紋層與深色黏土層互層（見圖11e），或石英粉砂呈帶狀聚集分布（見圖 11f）；筆石化石碎片富集，多被硅質(zhì)交代，無定向分布。

該類巖石物性評(píng)價(jià)因子主要分布在0.5～0.9，表現(xiàn)出較好的儲(chǔ)集性；壓裂評(píng)價(jià)因子主要分布在 0.40～0.55，表現(xiàn)出較好的儲(chǔ)集層可壓裂性。高有機(jī)碳含量成為資源富集的保障[36]，而在裂縫系統(tǒng)近乎完全充填條件下有機(jī)質(zhì)孔的大量發(fā)育成為形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層的保障。高含量自生石英脆性礦物的發(fā)育加上U型和“井”字型充填縫的大量交互發(fā)育，形成的不同應(yīng)力弱面共同使得巖石具有較好的可壓裂性。該類巖石綜合評(píng)價(jià)因子大于0.5，儲(chǔ)集性和可壓裂性均較好，目前生產(chǎn)過程中被視為主要的水力壓裂開采巖石類型。

四川盆地焦石壩地區(qū)五峰組—龍馬溪組一段 4類頁巖具有不同的物性與可壓裂性。綜合探討認(rèn)為高自生硅頁巖和高陸源硅頁巖具有較好的儲(chǔ)集性和可壓裂性，中陸源硅頁巖次之，低陸源硅頁巖較差。

3 優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層識(shí)別與壓裂后產(chǎn)能評(píng)價(jià)

3.1 優(yōu)質(zhì)頁巖儲(chǔ)集層識(shí)別

圖11 焦石壩地區(qū)五峰組—龍馬溪組一段頁巖儲(chǔ)集層高自生硅頁巖宏、微觀特征

區(qū)別于常規(guī)儲(chǔ)集層直井生產(chǎn)模式，頁巖氣開采需通過水平井壓裂施工實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能，傳統(tǒng)的儲(chǔ)能系數(shù)或?qū)⒉辉龠m用于水平井段的橫向評(píng)價(jià)。通過測(cè)井解釋，運(yùn)用儲(chǔ)集層綜合評(píng)價(jià)因子劃分水平段 4類巖石類型所占比例。對(duì)焦石壩全區(qū)已有92口生產(chǎn)井進(jìn)行水平段巖石類型劃分發(fā)現(xiàn)（見表2），鉆遇高自生硅頁巖、高陸源硅頁巖比例較高的水平井具有較好的測(cè)試產(chǎn)量。也就是說，綜合評(píng)價(jià)因子高于0.45的頁巖儲(chǔ)集層同時(shí)具備較好的儲(chǔ)集性與可壓裂性，證實(shí)了綜合評(píng)價(jià)因子的適用性，也說明頁巖儲(chǔ)集層評(píng)價(jià)不能僅單獨(dú)考慮儲(chǔ)集性或可壓裂性。

表2 四川盆地焦石壩地區(qū)水平井鉆遇頁巖儲(chǔ)集層物性、可壓裂性、測(cè)試產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)表

3.2 壓裂后產(chǎn)能評(píng)價(jià)

頁巖儲(chǔ)集層分段壓裂施工，各壓裂段的生產(chǎn)能力對(duì)單井產(chǎn)量貢獻(xiàn)不一。北美頁巖儲(chǔ)集層現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)結(jié)果表明對(duì)單井產(chǎn)量有明顯貢獻(xiàn)的壓裂段不到50%。為此，以進(jìn)行過微地震實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)SRV的Y井（見圖6）17個(gè)壓裂段為例（見圖 12a），根據(jù)物性評(píng)價(jià)因子、壓裂評(píng)價(jià)因子和綜合評(píng)價(jià)因子進(jìn)行水平段評(píng)價(jià)（見圖13）。

總體上看，Y井第13—17段綜合評(píng)價(jià)因子主要分布在 0.45～0.50，同時(shí)表現(xiàn)出較好的儲(chǔ)集性與可壓裂性，產(chǎn)量貢獻(xiàn)最佳，多在（1.0～2.0）×104m3/d；第1、4、9、11、12段綜合評(píng)價(jià)因子主要分布在0.5及以上，表現(xiàn)出較好的儲(chǔ)集性，可壓裂性相對(duì)較差，產(chǎn)量貢獻(xiàn)適中，多在（0.5～1.0）×104m3/d；第2、3、5—8、10段綜合評(píng)價(jià)因子多在0.45以下，在0.45～0.50的較少，物性與壓裂評(píng)價(jià)因子波動(dòng)幅度大，產(chǎn)量貢獻(xiàn)較差甚至沒有產(chǎn)量，基本在0.5×104m3/d以下。由此可以看出，物性與壓裂效果同時(shí)對(duì)產(chǎn)量產(chǎn)生影響：①對(duì)于本文研究區(qū)，當(dāng)綜合評(píng)價(jià)因子大于0.50時(shí)，儲(chǔ)集性具有先天優(yōu)勢(shì)，以往壓裂選層方案中多選取該層進(jìn)行施工，但壓裂改造過程中由于天然裂縫的大量發(fā)育，壓裂液濾失量大，且下伏澗草溝組瘤狀灰?guī)r并未具備含氣性，改造過程中壓裂液及其能量向灰?guī)r的轉(zhuǎn)移對(duì)產(chǎn)量貢獻(xiàn)無效（見圖 12b），微地震監(jiān)測(cè)獲取的 SRV主要分布在（1.5～3.0）×106m3，近井儲(chǔ)集層可被充分改造，所以產(chǎn)量相對(duì)適中；②當(dāng)綜合評(píng)價(jià)因子為0.45～0.50時(shí)，頁巖儲(chǔ)集層同時(shí)具備較好的儲(chǔ)集性和可壓裂性，從穿行層位來看，水平段并未穿行含氣性最優(yōu)的五峰組，但卻因?yàn)閺淖罹邏毫研缘膶游黄鹆眩瑢⑸细埠拖路瑲庑暂^好的儲(chǔ)集層動(dòng)用起來（見圖12c），SRV比穿行綜合評(píng)價(jià)因子大于0.5的層段更大，多高于3.0×106m3，最具開發(fā)優(yōu)勢(shì)；③當(dāng)綜合評(píng)價(jià)因子小于0.45時(shí)，盡管可壓裂性較好，但多對(duì)應(yīng)儲(chǔ)集性較差的層位，且天然裂縫發(fā)育程度較低，難以調(diào)動(dòng)相鄰的優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)集層，無法形成較大SRV（多小于1.5×106m3），所以開發(fā)效果相對(duì)較差。

圖12 焦石壩地區(qū)Y井水平段穿行層位及壓裂模式

圖13 焦石壩地區(qū)Y井水平段物性、可壓裂性及綜合評(píng)價(jià)測(cè)井解釋成果

4 結(jié)論

基于巖石物理實(shí)驗(yàn)獲取儲(chǔ)集層地質(zhì)特征，綜合前人研究成果，建立了反映頁巖儲(chǔ)集層儲(chǔ)集性與可壓裂性的綜合評(píng)價(jià)因子。根據(jù)綜合評(píng)價(jià)因子，將四川盆地東南緣焦石壩地區(qū)奧陶系五峰組—志留系龍馬溪組一段頁巖儲(chǔ)集層劃分為低陸源硅頁巖、中陸源硅頁巖、高陸源硅頁巖和高自生硅頁巖 4類儲(chǔ)集巖，其中高陸源硅頁巖和高自生硅頁巖的儲(chǔ)集性和可壓裂性最好，是頁巖開發(fā)的優(yōu)質(zhì)巖類。

根據(jù)測(cè)井解釋獲取儲(chǔ)集層地質(zhì)特征，將綜合評(píng)價(jià)因子應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中后發(fā)現(xiàn)，綜合評(píng)價(jià)因子充分考慮地質(zhì)與工程因素，與壓后生產(chǎn)效果對(duì)應(yīng)較好。利用綜合評(píng)價(jià)因子進(jìn)行水平段評(píng)價(jià)時(shí)，適中且穩(wěn)定的綜合評(píng)價(jià)因子表示同時(shí)具有較好的儲(chǔ)集性和可壓裂性，對(duì)應(yīng)較高產(chǎn)量，證實(shí)儲(chǔ)集性與可壓裂性是同時(shí)影響產(chǎn)量的因素。

符號(hào)注釋：

a1，b1——物性權(quán)重系數(shù)；e1，e2——原始物性評(píng)價(jià)因子、壓裂評(píng)價(jià)因子；e1max，e1min——單井最大、最小物性評(píng)價(jià)因子；e2max，e2min——單井最大、最小壓裂評(píng)價(jià)因子；E0——綜合評(píng)價(jià)因子；Ei——第i個(gè)測(cè)井解釋數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的彈性模量，GPa；Ej——孔隙度熵值或總有機(jī)碳熵值；Emax，Emin——單井測(cè)井解釋點(diǎn)中最大、最小彈性模量，GPa；fn——第n類礦物組分含量，%；k——測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù)；K，μ——飽和流體狀態(tài)的頁巖體積模量和切變模量，GPa；Kf——流體體積模量，GPa；Km，μm——基質(zhì)體積模量和切變模量，GPa；Kn，μn——第 n類礦物組分的體積模量和切變模量，GPa；KR，μR——Reuss平均體積模量和切變模量，GPa；KV，μV——Voigt平均體積模量和切變模量，GPa；Kw，Kg——液相、氣相體積模量，GPa；max xj，min xj——研究區(qū)最大、最小孔隙度或總有機(jī)碳含量，%；p——隨體積應(yīng)變和流量增大的壓力，MPa；R——相關(guān)系數(shù)；Sw——巖體含水飽和度，%；TOC——總有機(jī)碳含量，%；TOClab——實(shí)驗(yàn)室測(cè)得平均總有機(jī)碳含量，%；TOCmax，TOCmin——單井最大、最小總有機(jī)碳含量，%；Wj——孔隙度或總有機(jī)碳的權(quán)值；xij——第i個(gè)測(cè)井解釋數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的孔隙度或總有機(jī)碳含量，%；Yij——第i個(gè)測(cè)井解釋數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的歸一化孔隙度或總有機(jī)碳含量；α——Biot系數(shù)；Δtp，Δts——縱波時(shí)差、橫波時(shí)差，ms/m；ρ——測(cè)井（巖心）密度，g/cm3；ρf——流體密度，g/cm3；ρk——有機(jī)質(zhì)（干酪根）密度，g/cm3；ρm——基質(zhì)密度，g/cm3；υi——第i個(gè)測(cè)井解釋數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的泊松比；υmax，υmin——單井地球物理解釋點(diǎn)中最大、最小泊松比；φe——有效孔隙度，%；φmax，φmin——單井最大、最小孔隙度，%。

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（編輯 胡葦瑋）

A comprehensive evaluation index for shale reservoirs and its application:A case study of the Ordovician Wufeng Formation to Silurian Longmaxi Formation in southeastern margin of Sichuan Basin, SW China

SHEN Cheng1, REN Lan1, ZHAO Jinzhou1, TAN Xiucheng1, WU Leize2
(1. State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploration, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500,China; 2. Research Institute of Petroleum Engineering of Jianghan Oilfield Branch of Sinopec Corp., Wuhan 430035, China)

Aiming at the disadvantages of existing shale reservoir evaluation methods, a new comprehensive index was proposed to accurately predict the distribution of high quality shale reservoirs and favorable fracturing intervals. The comprehensive index can be calculated using the physical properties index and fracturing index by the equivalent method. Computed by logging rock-electric parameters and mineral bulk physical model, the physical properties index characterizes reservoir property and gas-bearing property; the fracturing index characterizes reservoir fracability and is acquired by equivalent porous medium model considering mineral components.According to the comprehensive index, combined with the macro-micro characteristics of cores and logging data, the shale reservoirs in the Ordovician Wufeng Formation to Silurian Longmaxi Formation of Jiaoshiba area in the southeastern margin of Sichuan Basin are subdivided into four types, the high terrigenous siliceous and high authigenic siliceous types are the best in reservoir property and fracability, followed by the middle siliceous and then low siliceous. The comprehensive index can be used to interpret the logging data of horizontal well to figure out the proportion of reservoirs of different types, identify the spatial distribution of reservoirs with good physical properties and good fracability. The predicted results match well with actual production after fracturing.

comprehensive evaluation index; physical properties index; fracturing index; shale reservoir; gas-bearing property; fracability;siliceous shale; Jiaoshiba shale gas; Sichuan Basin

“十三五”國(guó)家科技攻關(guān)重大專項(xiàng)（2016ZX05060）；國(guó)家自然科學(xué)基金（51404204）

P618.12

A

1000-0747(2017)04-0649-10

10.11698/PED.2017.04.19

沈騁, 任嵐, 趙金洲, 等. 頁巖儲(chǔ)集層綜合評(píng)價(jià)因子及其應(yīng)用： 以四川盆地東南緣焦石壩地區(qū)奧陶系五峰組—志留系龍馬溪組為例[J]. 石油勘探與開發(fā), 2017, 44(4)： 649-658.

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沈騁（1990-），男，四川成都人，西南石油大學(xué)在讀博士研究生，主要從事儲(chǔ)集層地質(zhì)與增產(chǎn)改造技術(shù)方面的研究工作。地址：四川省成都市新都區(qū)新都大道 8號(hào)，西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，郵政編碼：610500。E-mail：ShenC_Victor@163.com

聯(lián)系作者簡(jiǎn)介：趙金洲（1962-），男，湖北仙桃人，碩士，西南石油大學(xué)教授，主要從事油氣藏壓裂酸化理論與應(yīng)用方面的教學(xué)和科研工作。地址：四川省成都市新都區(qū)新都大道8號(hào)，西南石油大學(xué)，郵政編碼：610500。E-mail：zhaojz@swpu.edu.cn

2016-12-11

2017-05-12