致密砂巖氣資源分級(jí)評(píng)價(jià)新方法
——以吐哈盆地下侏羅統(tǒng)水西溝群為例

王偉明，盧雙舫，陳旋，李興偉，李吉君，田偉超

（1.中國(guó)石油大學(xué)（華東）非常規(guī)油氣與新能源研究院；2.中國(guó)石油吐哈油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院；3.中國(guó)石油大慶油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院）

致密砂巖氣資源分級(jí)評(píng)價(jià)新方法
——以吐哈盆地下侏羅統(tǒng)水西溝群為例

王偉明1，盧雙舫1，陳旋2，李興偉3，李吉君1，田偉超1

（1.中國(guó)石油大學(xué)（華東）非常規(guī)油氣與新能源研究院；2.中國(guó)石油吐哈油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院；3.中國(guó)石油大慶油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院）

針對(duì)致密砂巖的潤(rùn)濕、吸附、孔徑分布特征，開(kāi)展X衍射、潤(rùn)濕角測(cè)定、靜態(tài)氮吸附、壓汞等實(shí)驗(yàn)，以孔隙微觀結(jié)構(gòu)為主線，構(gòu)建儲(chǔ)能評(píng)價(jià)參數(shù)，對(duì)致密砂巖氣資源進(jìn)行分級(jí)評(píng)價(jià)。研究表明：致密砂巖的親水性與黏土礦物總含量無(wú)關(guān)，而與伊利石相對(duì)含量密切相關(guān)，伊利石相對(duì)含量越高，巖石的親水性越強(qiáng)，因此印尼公式更適合對(duì)伊利石相對(duì)含量高的致密儲(chǔ)集層進(jìn)行含氣飽和度解釋；致密儲(chǔ)集層微觀孔隙結(jié)構(gòu)與孔隙度關(guān)系規(guī)律性明顯，孔隙度低的致密砂巖具有小孔徑孔隙比例高、排驅(qū)壓力高等特點(diǎn)；孔隙度高的致密砂巖具有大孔徑孔隙比例高、排驅(qū)壓力低、平均喉道半徑大等特點(diǎn)。從致密砂巖氣的賦存和滲流能力角度出發(fā)，由孔隙度、滲透率、含氣飽和度構(gòu)建了新的儲(chǔ)能評(píng)價(jià)參數(shù)，該參數(shù)與孔隙度的關(guān)系具有明顯的三分性，以孔隙度6%和4%為界可把致密砂巖氣資源劃分為Ⅰ類（優(yōu)質(zhì)）、Ⅱ類（潛在）、Ⅲ類（難動(dòng)用）3個(gè)級(jí)別，該三分性對(duì)應(yīng)的孔隙度界限與孔徑變化對(duì)應(yīng)的孔隙度界限一致。圖10表1參20

致密砂巖氣；儲(chǔ)集層微觀孔隙結(jié)構(gòu)；比表面積；孔徑分布；儲(chǔ)能評(píng)價(jià)參數(shù)；資源分級(jí)；吐哈盆地

0 引言

致密砂巖氣作為近期全球天然氣增儲(chǔ)上產(chǎn)的重要戰(zhàn)略性資源，其產(chǎn)量已占據(jù)非常規(guī)天然氣資源的主導(dǎo)地位[1-2]。致密砂巖氣在“成藏”地質(zhì)特征上與常規(guī)天然氣藏有較大差異，對(duì)于常規(guī)天然氣藏的形成，“生、儲(chǔ)、蓋、運(yùn)、圈、?！?大地質(zhì)要素缺一不可，而致密砂巖氣的形成主要受生烴條件（優(yōu)質(zhì)烴源巖大規(guī)模發(fā)育）、儲(chǔ)集條件（致密儲(chǔ)集層連片分布）和運(yùn)移條件（源儲(chǔ)疊置背景下的短距離運(yùn)移）控制[3-6]。特殊的成藏條件決定了致密砂巖氣資源存在品位低、單井控制規(guī)模小、空間分布零散、氣層識(shí)別難度大等問(wèn)題。目前，美國(guó)采用加密井網(wǎng)、大型壓裂、多層完井等先進(jìn)技術(shù)，率先在致密砂巖氣開(kāi)發(fā)領(lǐng)域取得重大突破，2010年其致密砂巖氣產(chǎn)量已達(dá)1 754×108m3，約占美國(guó)當(dāng)年天然氣總產(chǎn)量（6 110×108m3）的30%[2]。借鑒其成功經(jīng)驗(yàn)，中國(guó)相繼在鄂爾多斯、四川、塔里木、松遼、吐哈等多個(gè)盆地獲得致密砂巖氣開(kāi)發(fā)的重大突破[7-8]，但國(guó)外致密砂巖氣的地質(zhì)評(píng)價(jià)理論并不完全適用于中國(guó)，尤其是針對(duì)中國(guó)一些資源分布極其零散的中小型盆地，在勘探開(kāi)發(fā)初期，急需一套適合于致密砂巖氣成藏特點(diǎn)的資源評(píng)價(jià)方法，優(yōu)選出優(yōu)質(zhì)致密砂巖氣資源。通過(guò)資源分級(jí)評(píng)價(jià)，將致密砂巖氣劃分為近期可有效開(kāi)采動(dòng)用的資源、未來(lái)技術(shù)突破有望開(kāi)采的資源及難以有效開(kāi)采的資源。針對(duì)以上問(wèn)題，本文以中國(guó)西部吐哈盆地下侏羅統(tǒng)水西溝群致密砂巖氣為例，從致密儲(chǔ)集層微觀孔隙結(jié)構(gòu)入手，重點(diǎn)考慮致密砂巖氣的賦存和滲流能力，由孔隙度、滲透率、含氣飽和度等參數(shù)構(gòu)建新的儲(chǔ)能評(píng)價(jià)參數(shù)，以期從致密砂巖氣開(kāi)發(fā)角度對(duì)其進(jìn)行資源分級(jí)評(píng)價(jià)。

1 實(shí)驗(yàn)樣品與分析

目前關(guān)于致密砂巖氣的定義大多以滲透率為依據(jù)[9]。本次資源分級(jí)評(píng)價(jià)將10%作為致密儲(chǔ)集層上限，在孔隙度尺度下，從致密儲(chǔ)集層開(kāi)發(fā)的角度，探討致密儲(chǔ)集層的分類。

1.1 樣品采集

本次研究的23個(gè)致密砂巖樣品均采自吐哈盆地水西溝群（見(jiàn)圖1）。從巖心的孔隙度分析來(lái)看，巴喀和溫吉桑兩個(gè)區(qū)塊的19個(gè)樣品中有80%集中分布于3%～6%，樣品巖性以（長(zhǎng)石）巖屑砂巖為主，粒度細(xì)、孔喉細(xì)小，具有明顯的致密儲(chǔ)集層巖石學(xué)特征；火8區(qū)塊的4個(gè)樣品孔隙度都大于11%。本文的出發(fā)點(diǎn)是從開(kāi)發(fā)的角度，以孔隙度作為主要指標(biāo)對(duì)致密砂巖氣資源進(jìn)行分類評(píng)價(jià)。按孔隙度10%為致密儲(chǔ)集層上限，巴喀和溫吉桑兩個(gè)區(qū)塊為致密儲(chǔ)集層，火8區(qū)塊為常規(guī)儲(chǔ)集層。

1.2 微觀儲(chǔ)集層實(shí)驗(yàn)分析

隨著微觀儲(chǔ)集層測(cè)試分析技術(shù)的快速發(fā)展，目前應(yīng)用于微觀孔隙結(jié)構(gòu)研究的實(shí)驗(yàn)方法及手段很多[10-15]，如鑄體薄片、掃描電鏡與能譜分析等，可重點(diǎn)對(duì)致密儲(chǔ)集層的孔隙結(jié)構(gòu)和表面形態(tài)進(jìn)行描述；電子探針、X衍射、陰極發(fā)光等，可提供巖石礦物組成信息；常規(guī)壓汞法進(jìn)汞速度很快，可用于分析連通的中孔和大孔；恒速壓汞進(jìn)汞速度慢，可精細(xì)刻畫細(xì)小孔喉的結(jié)構(gòu)特征[13]。本次研究的目的是分析致密砂巖氣的賦存和滲流能力，因此，除測(cè)試樣品孔隙度、滲透率等基本物性數(shù)據(jù)外，還重點(diǎn)開(kāi)展了靜態(tài)氮?dú)馕?、?rùn)濕性、X衍射、常規(guī)壓汞和恒速壓汞等實(shí)驗(yàn)，分析致密儲(chǔ)集層的潤(rùn)濕、吸附及孔徑分布特征。

圖1 研究區(qū)及取樣井位置圖

2 致密砂巖儲(chǔ)集層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征

2.1 潤(rùn)濕性特征

利用LT/Y2009-005接觸角測(cè)量?jī)x，采用QB/T懸滴法測(cè)定致密砂巖樣品的潤(rùn)濕角，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，靶區(qū)潤(rùn)濕角分布于10.35°～34.94°（潤(rùn)濕角越低，巖石親水性越強(qiáng)），表現(xiàn)為較強(qiáng)的親水性。為確定潤(rùn)濕角的影響因素，對(duì)樣品進(jìn)行X光衍射黏土礦物分析平行實(shí)驗(yàn)。通常認(rèn)為巖石黏土礦物總含量越高親水性越強(qiáng)，但本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，巖石潤(rùn)濕性受黏土礦物的成分及相對(duì)含量控制。由圖2可見(jiàn)，伊利石、綠泥石相對(duì)含量與潤(rùn)濕角的相關(guān)性最好，其次是高嶺石，而黏土礦物總含量與潤(rùn)濕角沒(méi)有直接關(guān)系。具體表現(xiàn)為伊利石相對(duì)含量越高，潤(rùn)濕角越小，巖石的親水性也就越強(qiáng)；而綠泥石表現(xiàn)出相反的特征，綠泥石相對(duì)含量越高，潤(rùn)濕角越大，巖石的親水性也就越差；高嶺石相對(duì)含量在小于10%時(shí)，巖石的潤(rùn)濕角變化加大（16°～28°），二者相關(guān)性不明顯，但當(dāng)高嶺石含量大于10%以后，巖石的潤(rùn)濕角不再變化，說(shuō)明巖石的親水性也較為穩(wěn)定（見(jiàn)圖2）。從三者對(duì)比來(lái)看，伊利石在致密儲(chǔ)集層中表現(xiàn)為一種強(qiáng)親水礦物，其相對(duì)含量越高，巖石的親水能力越強(qiáng)，因此，伊利石相對(duì)含量的高低是影響致密巖石表面親水性強(qiáng)弱的主要因素。

圖2 吐哈盆地水西溝群黏土礦物與潤(rùn)濕角關(guān)系圖

2.2 孔徑分布特征

靜態(tài)氮?dú)馕饺萘糠ú粌H可以測(cè)定致密砂巖的比表面積，還可以根據(jù)吸附曲線評(píng)價(jià)致密砂巖的孔徑分布[13,16-17]。實(shí)驗(yàn)利用美國(guó)Thermo Fisher公司生產(chǎn)的SURFER型比表面積和孔徑分布分析儀，吸附孔直徑分析有效范圍在1.5～200.0 nm，重復(fù)試驗(yàn)的相對(duì)誤差不大于5%，具有較高的精度和可信度，可有效定量表征致密砂巖的微觀孔隙結(jié)構(gòu)。測(cè)試結(jié)果表明，致密砂巖樣品的孔徑分布具有較強(qiáng)的非均質(zhì)性。以吉101井致密砂巖樣品為例，該樣品的孔隙度為8.5%，為致密儲(chǔ)集層中孔隙度相對(duì)較高的樣品，但孔徑在10 nm以下的孔隙體積仍占較高比例，對(duì)比常規(guī)儲(chǔ)集層火801井（孔隙度為11.7%）樣品可以看出（見(jiàn)圖3），后者孔徑在10 nm以下的孔隙所占比例明顯降低。

為探明孔徑分布與孔隙度之間關(guān)系，筆者統(tǒng)計(jì)了不同范圍孔徑對(duì)應(yīng)的孔隙體積所占百分比，包括0～20 nm、20～50 nm、50～100 nm、100～150 nm和大于150 nm等不同范圍孔徑，發(fā)現(xiàn)孔徑在20 nm以下的孔隙以及孔徑在150 nm以上的孔隙所占比例與孔隙度之間有較好對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以反映致密砂巖的微觀孔隙結(jié)構(gòu)變化規(guī)律。由圖4可見(jiàn)，在孔隙度小于4%時(shí)，孔徑在20 nm以下的孔隙體積比例隨著孔隙度的增加而減小，當(dāng)孔隙度大于4%后，比例基本不變，穩(wěn)定分布于30%左右；在孔隙度小于6%時(shí)，孔徑在150 nm以上的孔隙體積比例隨著孔隙度的增加而增加，當(dāng)孔隙度為6%～9%時(shí)，比例基本不變，穩(wěn)定分布于13%左右，當(dāng)孔隙度大于9%以后，孔徑在150 nm以上的孔隙體積比例明顯增加，開(kāi)始進(jìn)入常規(guī)儲(chǔ)集層的范疇。

圖3 吐哈盆地水西溝群致密砂巖孔徑分布曲線

圖4 吐哈盆地水西溝群致密砂巖納米級(jí)孔隙體積百分比與孔隙度（φ）關(guān)系圖

為進(jìn)一步驗(yàn)證低溫氮?dú)馕椒y(cè)定的孔徑分布是否正確反映了孔隙的微觀結(jié)構(gòu)，選取13個(gè)砂巖樣品（其中11個(gè)樣品為致密砂巖，2個(gè)樣品為常規(guī)砂巖）進(jìn)行常規(guī)壓汞分析。從壓汞分析參數(shù)與孔隙度之間關(guān)系可以看出（見(jiàn)圖5），當(dāng)孔隙度小于4%時(shí)，排驅(qū)壓力基本大于0.8 MPa，但平均喉道半徑與孔隙度為4%～6%的樣品差別不大，可能與儲(chǔ)集層過(guò)于致密有關(guān)；當(dāng)孔隙度大于6%但小于9%時(shí)，平均喉道半徑大小隨孔隙度的增加而逐漸增加，但排驅(qū)壓力卻變化很小，基本分布于0.6 MPa左右，說(shuō)明該孔隙度范圍內(nèi)的致密砂巖流動(dòng)能力接近，孔隙體積隨孔隙度增加而增加；當(dāng)孔隙度大于9%時(shí)，進(jìn)入常規(guī)儲(chǔ)集層范圍，排驅(qū)壓力明顯降低，平均喉道半徑也明顯增加。通過(guò)上述壓汞數(shù)據(jù)與孔隙度的關(guān)系可以看出，依據(jù)孔隙度4%和6%可將致密儲(chǔ)集層劃分為3個(gè)級(jí)別，這與低溫氮?dú)馕椒治龅目讖椒植季哂休^好的一致性。

圖5 吐哈盆地水西溝群致密砂巖壓汞參數(shù)與孔隙度關(guān)系圖

2.3 巖石比表面積

巖石比表面積是評(píng)價(jià)致密儲(chǔ)集層微觀孔隙結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)。從等溫吸附曲線來(lái)看（見(jiàn)圖6），當(dāng)相對(duì)壓力（平衡壓力與飽和蒸氣壓的比值）在0.05～0.35時(shí)（相對(duì)壓力低于0.05時(shí)，不易建立多層吸附平衡；相對(duì)壓力高于0.35時(shí)，容易發(fā)生毛細(xì)管凝聚作用），吸附量與相對(duì)壓力之間均呈較好線性關(guān)系，滿足BET吸附方程，可得到可靠的樣品比表面積；當(dāng)相對(duì)壓力大于0.35后，隨相對(duì)壓力增大吸附量繼續(xù)增加，但呈下凹形態(tài)；相對(duì)壓力接近1.0時(shí)，吸附曲線向上突然變陡，但仍沒(méi)有出現(xiàn)氮?dú)獾奈斤柡?，說(shuō)明樣品中仍存在一定量的大孔。由于致密砂巖的孔徑分布復(fù)雜，孔隙喉道細(xì)小，吸附在孔隙壁的氮?dú)饬慷?，測(cè)得的比表面積也較大，為1.71～6.49 m2/g，平均高達(dá)3.41 m2/g，而且比表面積與巖石的孔隙度和滲透率之間也有較好的相關(guān)性，孔隙度和滲透率越小巖石的比表面積越大（見(jiàn)圖7）。

從等溫脫附曲線來(lái)看（見(jiàn)圖6），當(dāng)相對(duì)壓力約大于0.45時(shí)，樣品的吸附線和脫附線不重合，相同的相對(duì)壓力下，脫附線在吸附線上方，具有明顯的滯后現(xiàn)象，說(shuō)明孔隙中納米級(jí)孔隙對(duì)氣體起到了吸附聚集作用，難以解吸，而且滯后現(xiàn)象也與孔隙度大小密切相關(guān)，以相對(duì)壓力為0.8時(shí)為例，隨著孔隙度從3.7%增加到11.7%，吸附量與脫附量的差值也由1.79 mL/g減小到0.25 mL/g，滯后環(huán)帶的面積越來(lái)越小。

圖6 吐哈盆地水西溝群致密砂巖氮?dú)馕角€

圖7 吐哈盆地水西溝群致密砂巖比表面積與孔隙度和滲透率關(guān)系

3 致密砂巖氣資源分級(jí)評(píng)價(jià)

3.1 儲(chǔ)能評(píng)價(jià)參數(shù)的構(gòu)建

致密砂巖氣的富集程度與孔隙度、含氣飽和度有關(guān)，而致密砂巖氣的可采性還與巖石的滲透率直接相關(guān)?？紤]以上因素，構(gòu)建了與孔隙度、含氣飽和度及滲透率相關(guān)的地質(zhì)函數(shù)，將其定義為儲(chǔ)能評(píng)價(jià)參數(shù)，具體公式為：

該儲(chǔ)能評(píng)價(jià)參數(shù)具有如下地質(zhì)意義：①孔隙度和含氣飽和度可直接反映致密儲(chǔ)集層的容積空間大小及天然氣的充注程度，與致密砂巖氣的賦存狀態(tài)密切相關(guān)；②滲透率可直接反映致密儲(chǔ)集層中流體的流動(dòng)能力，與天然氣是否可動(dòng)密切相關(guān)。由此可見(jiàn)，包含孔隙度、含氣飽和度、滲透率3參數(shù)的儲(chǔ)能評(píng)價(jià)參數(shù)，不僅反映了致密砂巖氣的富集能力，還反映了致密儲(chǔ)集層的滲流能力，從致密砂巖氣開(kāi)發(fā)角度可作為其資源分級(jí)評(píng)價(jià)的有效參數(shù)。

3.2 關(guān)鍵參數(shù)的選取

從儲(chǔ)能評(píng)價(jià)參數(shù)公式看，孔隙度和滲透率可以用一個(gè)地區(qū)實(shí)測(cè)的基本物性資料求取，而含氣飽和度的求取，如果應(yīng)用氣水相滲、毛管壓力等多種方法準(zhǔn)確求取，必然會(huì)受到樣品來(lái)源、實(shí)驗(yàn)周期、經(jīng)費(fèi)來(lái)源等多種因素的制約，筆者認(rèn)為通過(guò)測(cè)井解釋的方法求取含氣飽和度是較為可行的方法。

測(cè)井解釋模型的選取是求取含氣飽和度的關(guān)鍵。目前針對(duì)常規(guī)儲(chǔ)集層，阿爾奇公式已得到廣泛應(yīng)用，其是以純砂巖為模型，把巖石電阻率轉(zhuǎn)換成飽和度[18]。由阿爾奇公式計(jì)算含水飽和度的解釋模型如下：

印度尼西亞公式（簡(jiǎn)稱印尼公式）也是在含氣飽和度測(cè)井解釋中相對(duì)比較流行的計(jì)算公式，其原理與阿爾奇公式相同，二者本質(zhì)區(qū)別在于印尼公式考慮了泥質(zhì)導(dǎo)電的影響，當(dāng)泥質(zhì)含量為零時(shí)，兩個(gè)公式計(jì)算結(jié)果一致[19]。由印尼公式計(jì)算含水飽和度的解釋模型如下：

從上述兩個(gè)解釋模型的原理來(lái)看，印尼公式應(yīng)該更適合于致密儲(chǔ)集層厚度小、物性差、泥質(zhì)含量高的特點(diǎn)，筆者從理論分析和實(shí)際資料驗(yàn)證兩個(gè)方面對(duì)比了兩個(gè)公式。理論方面，由于致密儲(chǔ)集層中泥質(zhì)含量高，泥質(zhì)本身不導(dǎo)電，但泥質(zhì)中的黏土礦物通常強(qiáng)吸附一層帶電荷的水分子，在其周圍必然分布著電荷數(shù)相等的反離子，一方面受到固體表面電荷的吸引，靠近固體表面；另一方面由于反離子的熱運(yùn)動(dòng)，又有擴(kuò)散到液相內(nèi)部的能力[20]。二者相互作用下形成的擴(kuò)散雙電層具有一定導(dǎo)電性（見(jiàn)圖8）。因此，應(yīng)用阿爾奇公式計(jì)算致密儲(chǔ)集層束縛水飽和度相當(dāng)于把泥質(zhì)導(dǎo)電的電阻率貢獻(xiàn)解釋成了地層水的電阻率貢獻(xiàn)，即束縛水飽和度計(jì)算值偏高，則含氣飽和度計(jì)算結(jié)果偏低。通過(guò)上文研究可知，伊利石的含量與致密砂巖的親水性直接相關(guān)（見(jiàn)圖2），因此，阿爾奇公式和印尼公式二者計(jì)算結(jié)果的差值理論上也與伊利石含量有關(guān)。

為了驗(yàn)證印尼公式更適用于解釋致密砂巖的含氣飽和度，筆者選取吉101井、吉3井和柯20井的3個(gè)致密砂巖樣品，利用非穩(wěn)態(tài)法氣水相滲曲線實(shí)測(cè)了含氣飽和度（見(jiàn)圖9），得出3個(gè)樣品的最大含氣飽和度分別為38.65%、42.43%和44.52%。另外分別應(yīng)用印尼公式和阿爾奇公式計(jì)算了3個(gè)樣品的含氣飽和度，對(duì)比結(jié)果可以看出（見(jiàn)表1），印尼公式計(jì)算的含氣飽和度與樣品實(shí)測(cè)值更為接近。吉101井的伊利石相對(duì)含量為12%，印尼公式和阿爾奇公式的計(jì)算結(jié)果相差5.00%；吉3井的伊利石相對(duì)含量為14%，兩個(gè)公式的計(jì)算結(jié)果相差7.80%；柯20井的伊利石相對(duì)含量為33%，兩個(gè)公式的計(jì)算結(jié)果相差12.65%。由此可見(jiàn)伊利石含量高低是影響二者差值的主要因素，與上述儲(chǔ)集層潤(rùn)濕性的研究結(jié)論一致。因此，應(yīng)用印尼公式求取致密砂巖儲(chǔ)集層含氣飽和度更為恰當(dāng)。

圖8 黏土表面的雙電層示意圖

圖9 吐哈盆地水西溝群致密砂巖非穩(wěn)態(tài)法氣水相滲曲線

表1 阿爾奇與印尼公式解釋致密砂巖儲(chǔ)集層含氣飽和度結(jié)果對(duì)比表

3.3 致密砂巖氣資源分級(jí)評(píng)價(jià)

圖10為應(yīng)用上述儲(chǔ)能評(píng)價(jià)參數(shù)對(duì)巴喀和溫吉桑兩個(gè)區(qū)塊致密砂巖氣資源的分級(jí)評(píng)價(jià)圖，可以看出儲(chǔ)集層評(píng)價(jià)參數(shù)與孔隙度之間具明顯三分性：當(dāng)孔隙度小于4%時(shí)，儲(chǔ)能評(píng)價(jià)參數(shù)值很小，說(shuō)明致密儲(chǔ)集層的儲(chǔ)集空間小，含氣飽和度低，而且由于物性差導(dǎo)致致密砂巖氣的滲流能力也很低，該區(qū)域?qū)?yīng)低值區(qū)；當(dāng)孔隙度為4%～6%時(shí)，盡管大部分?jǐn)?shù)據(jù)點(diǎn)的儲(chǔ)能評(píng)價(jià)參數(shù)值仍較低，但有一定比例的數(shù)據(jù)點(diǎn)的儲(chǔ)能評(píng)價(jià)參數(shù)值升高，說(shuō)明該區(qū)間致密儲(chǔ)集層具備了一定儲(chǔ)集能力和滲流能力，該區(qū)域?qū)?yīng)上升區(qū)；當(dāng)孔隙度大于6%后，大部分樣品的儲(chǔ)能評(píng)價(jià)參數(shù)值較高，說(shuō)明該區(qū)域的致密儲(chǔ)集層不僅具有較好的儲(chǔ)集能力，而且具有較好的滲流能力，該區(qū)域?qū)?yīng)高值區(qū)。

圖10 吐哈盆地水西溝群致密砂巖氣資源分級(jí)評(píng)價(jià)圖

儲(chǔ)能評(píng)價(jià)參數(shù)三分性變化對(duì)應(yīng)的孔隙度界限為4%和6%，與上述孔徑變化對(duì)應(yīng)的孔隙度界限具有較好的一致性。孔隙度小于4%時(shí)，孔徑在20 nm以下的孔隙比例高，影響了致密砂巖氣的儲(chǔ)集和滲流能力；孔隙度為4%～6%時(shí)，孔徑20 nm以下小孔比例不變化，150 nm以上大孔比例逐漸增加，致密儲(chǔ)集層的儲(chǔ)集能力增加；孔隙度大于6%時(shí)，孔徑在150 nm以上的大孔比例穩(wěn)定，與上升區(qū)相比，不僅儲(chǔ)集能力改善，而且致密砂巖氣的滲流能力也明顯改善。綜上所述，把高值區(qū)、上升區(qū)和低值區(qū)對(duì)應(yīng)的區(qū)域分別定義為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類資源，Ⅰ類屬于易動(dòng)用優(yōu)質(zhì)致密砂巖氣資源，Ⅱ類屬于可動(dòng)用潛在致密砂巖氣資源，Ⅲ類屬于在現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下，因儲(chǔ)集層條件差而較難動(dòng)用的致密砂巖氣資源。

4 結(jié)論

影響致密儲(chǔ)集層巖石潤(rùn)濕性的并不是黏土礦物總量，而是具體礦物的成分與相對(duì)含量。伊利石含量越高，巖石的潤(rùn)濕角越小，其親水性就越強(qiáng)。對(duì)伊利石含量高的致密儲(chǔ)集層，選用印尼公式求取含氣飽和度結(jié)果更準(zhǔn)確?？讖椒植?、排驅(qū)壓力、平均喉道半徑等直接反映致密儲(chǔ)集層孔隙結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵參數(shù)隨著孔隙度的增加，表現(xiàn)出較好的規(guī)律性：孔隙度小于4%時(shí)，孔徑在20 nm以下的孔隙體積比例隨著孔隙度的增加而減小，當(dāng)孔隙度大于4%后，比例基本不變，穩(wěn)定分布于30%左右；孔隙度小于6%時(shí)，孔徑在150 nm以上的孔隙體積比例隨著孔隙度的增加而增加，當(dāng)孔隙度為6%～9%時(shí)，比例基本不變，穩(wěn)定分布于13%左右，當(dāng)孔隙度大于9%以后，孔徑在150 nm以上的孔隙體積比例明顯增加，進(jìn)入常規(guī)儲(chǔ)集層的范疇。從致密砂巖氣的賦存和滲流能力角度，由孔隙度、滲透率、含氣飽和度構(gòu)建了新的儲(chǔ)能評(píng)價(jià)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了從致密砂巖氣開(kāi)發(fā)角度對(duì)致密砂巖氣資源的分級(jí)評(píng)價(jià)。儲(chǔ)能評(píng)價(jià)參數(shù)與孔隙度的關(guān)系具有明顯的三分性，以孔隙度6%和4%為界可把致密砂巖氣資源劃分為Ⅰ類（優(yōu)質(zhì)）、Ⅱ類（潛在）、Ⅲ類（難動(dòng)用）3個(gè)級(jí)別，對(duì)應(yīng)的孔隙度界限與孔徑變化對(duì)應(yīng)的孔隙度界限一致，說(shuō)明該分級(jí)評(píng)價(jià)方法與致密儲(chǔ)集層微觀孔隙結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。

符號(hào)注釋：

A——儲(chǔ)能評(píng)價(jià)參數(shù)，10-3μm2；φ——孔隙度，%；Sg——含氣飽和度，%；K——滲透率，10-3μm2；Sw——含水飽和度，%；a——巖性有關(guān)的系數(shù)（取值在0.6～1.2），無(wú)量綱；b——巖性有關(guān)的系數(shù)（取值大多接近1），無(wú)量綱；c——巖電實(shí)驗(yàn)結(jié)果有關(guān)常數(shù)（取值1～2），無(wú)量綱；m——孔隙度指數(shù)，無(wú)量綱；n——飽和度指數(shù)，無(wú)量綱；Rw——地層水電阻率，Ω·m；Rt——地層電阻率，Ω·m；Vsh——泥質(zhì)含量，%；Rsh——泥質(zhì)電阻率，Ω·m。

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（編輯 黃昌武 繪圖 劉方方）

A new method for grading and assessing the potential of tight sand gas resources: A case study of the Lower Jurassic Shuixigou Group in the Turpan-Hami Basin

Wang Weiming1,Lu Shuangfang1,Chen Xuan2,Li Xingwei3,Li Jijun1,Tian Weichao1
(1.Research Institute of Unconventional Petroleum and Renewable Energy,China University of Petroleum (Huadong),Qingdao 266580,China;2.Petroleum Exploration and Development Research Institute,PetroChina Tuha Oilfield Company,Hami 839009,China;3.Petroleum Exploration and Development Research Institute,PetroChina Daqing Oilfield Company,Daqing 163712,China)

A grading system from a pore structure perspective for assessing the quality of tight gas reservoirs in China is proposed based on an analysis of wettability,adsorption and pore throat size distribution and experiments such as X-ray diffraction,contact angle measurement and static nitrogen adsorption,upon tight sand samples from wells in Turpan-Hami Basin,western China.The hydrophilicity of tight sand has nothing to do with the overall clay content;instead,it is linked to the content of illite.Higher illite content means stronger hydrophilicity of the rocks.Indonesia’s formula is proven to be more suitable for the interpretation of gas saturation measurement in tight reservoirs with higher content of illite.The microscopic pore structure of tight reservoir is clearly related to the porosity.The tight sandstone reservoir with low porosity is characterized by high proportion of small pores and high drainage pressure,while the tight sandstone reservoir with high porosity is characterized by high proportion of large pores,low drainage pressure and large average pore size.In view of endowment and flowing of tight sand gas,a new reservoir potential assessment parameter is established by porosity,permeability and gas saturation.The parameter relates to the porosity in a clear manner of trichotomy.Given the porosity of 6% and 4% as threshold,the tight sand gas can be divided into three types: I (Good),II (Potential) and III (Challenging).The trichotomy corresponds to a consistent porosity limit with the pore size change.

tight sand gas;reservoir microscopic pore structure;specific surface area;pore size distribution;reservoir potential assessment parameter;resource grading;Turpan-Hami Basin

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41302103；41330313；41272152）；國(guó)家油氣重大專項(xiàng)（2011ZX05007-001）

TE122.2

A

1000-0747(2015)01-0060-08

10.11698/PED.2015.01.07

王偉明（1981-），男，黑龍江五常人，博士，中國(guó)石油大學(xué)（華東）講師，主要從事非常規(guī)油氣地質(zhì)評(píng)價(jià)技術(shù)研究。地址：山東省青島市黃島區(qū)長(zhǎng)江西路66號(hào)，中國(guó)石油大學(xué)非常規(guī)油氣研究院，郵政編碼：266580。E-mail: wangweiming6686@163.com

聯(lián)系作者：盧雙舫（1962-），男，湖北天門人，博士，中國(guó)石油大學(xué)（華東）教授（博導(dǎo)），主要從事非常規(guī)油氣地球化學(xué)及成藏方面科研工作。地址：山東省青島市黃島區(qū)長(zhǎng)江西路66號(hào)，中國(guó)石油大學(xué)非常規(guī)油氣研究院，郵政編碼：266580。E-mail:lushuangfang@qq.com

2014-03-03

2014-12-25