基于權(quán)重分配的頁(yè)巖氣儲(chǔ)層可壓性評(píng)價(jià)新方法

王漢青， 陳軍斌， 張 杰， 謝 青， 魏 波， 趙逸然

(西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院，陜西西安 710065)

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基于權(quán)重分配的頁(yè)巖氣儲(chǔ)層可壓性評(píng)價(jià)新方法

王漢青， 陳軍斌， 張 杰， 謝 青， 魏 波， 趙逸然

(西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院，陜西西安 710065)

為了解決現(xiàn)有頁(yè)巖氣儲(chǔ)層可壓性評(píng)價(jià)方法無(wú)法連續(xù)評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層可壓性的問(wèn)題，考慮地質(zhì)甜點(diǎn)和工程甜點(diǎn)雙重因素，通過(guò)定量評(píng)價(jià)地質(zhì)甜點(diǎn)參數(shù)，綜合礦物組分含量、細(xì)觀力學(xué)參數(shù)計(jì)算工程甜點(diǎn)參數(shù)，運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)化、歸一化、調(diào)和平均和算數(shù)平均方法建立了基于權(quán)重分配的頁(yè)巖氣儲(chǔ)層可壓性評(píng)價(jià)模型。該評(píng)價(jià)模型充分考慮了頁(yè)巖儲(chǔ)層含氣性和易改造性的潛力，確定總有機(jī)碳含量、鏡質(zhì)體反射率、剪切模量和斷裂韌度4個(gè)參數(shù)作為評(píng)價(jià)可壓性的關(guān)鍵參數(shù)：當(dāng)總有機(jī)碳含量大于2%、鏡質(zhì)體反射率大于1.3%、硅質(zhì)礦物含量為20%～60%、碳酸鹽巖礦物含量為10%～30%、黏土礦物含量為30%～50%時(shí)，頁(yè)巖氣儲(chǔ)層最適合進(jìn)行壓裂改造。利用建立的評(píng)價(jià)模型評(píng)價(jià)了四川盆地威遠(yuǎn)地區(qū)某頁(yè)巖氣井W井儲(chǔ)層段的可壓性，并根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果指導(dǎo)了該井的壓裂設(shè)計(jì)與施工，壓后微地震監(jiān)測(cè)顯示，產(chǎn)生了較多裂縫，實(shí)現(xiàn)了體積壓裂。這表明，利用該評(píng)價(jià)模型可以連續(xù)評(píng)價(jià)儲(chǔ)層的可壓性，根據(jù)計(jì)算結(jié)果可以更加準(zhǔn)確地劃分有效壓裂層段和遮擋層段，可操作性強(qiáng)，具有工程應(yīng)用價(jià)值。

頁(yè)巖氣；壓裂；可壓性指數(shù)；地質(zhì)甜點(diǎn)；工程甜點(diǎn)；含氣性；礦物組分

評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的可壓性，對(duì)于優(yōu)選頁(yè)巖氣井壓裂井段、優(yōu)化頁(yè)巖氣田開發(fā)方案和預(yù)測(cè)經(jīng)濟(jì)效益具有十分重要的意義[1]，是目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)。唐穎等人[2]在K.K.Chong的可壓性概念基礎(chǔ)上，考慮頁(yè)巖脆性、天然裂縫、石英含量和成巖作用獲得頁(yè)巖氣儲(chǔ)層可壓性評(píng)價(jià)系數(shù)；M.J.Mullen等人[3]認(rèn)為頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的可壓性評(píng)價(jià)在于評(píng)價(jià)儲(chǔ)層形成復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)的能力，應(yīng)從頁(yè)巖沉積構(gòu)造特征、礦物含量組成等方面綜合考慮；陳勉等人[4-6]則以巖石力學(xué)試驗(yàn)為基礎(chǔ)，通過(guò)測(cè)試頁(yè)巖巖石力學(xué)參數(shù)，結(jié)合室內(nèi)壓裂模擬，對(duì)頁(yè)巖進(jìn)行可壓性評(píng)價(jià)；袁俊亮等人[1]考慮脆性指數(shù)、斷裂韌度和巖石力學(xué)特性建立了可壓裂指數(shù)模型；蔣廷學(xué)等人[7]則綜合地質(zhì)甜點(diǎn)指標(biāo)，利用壓裂施工參數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的可壓性；趙金洲等人[8]認(rèn)為頁(yè)巖脆性、斷裂韌度和天然弱面涵蓋了影響頁(yè)巖氣儲(chǔ)層可壓性的所有因素。

上述研究總體可分為巖心試驗(yàn)評(píng)價(jià)法和可壓性系數(shù)評(píng)價(jià)法兩大類：前者綜合考慮了礦物組分含量和巖石力學(xué)參數(shù)，但由于頁(yè)巖巖心易破碎，在進(jìn)行巖心測(cè)試分析時(shí)，由于取心角度和加載方式的差異，無(wú)法確保測(cè)試值的確定性，且試驗(yàn)操作費(fèi)時(shí)費(fèi)力，現(xiàn)場(chǎng)推廣難度大；后者綜合考慮各種因素，確定各種因素的權(quán)重，利用數(shù)學(xué)方法獲得綜合評(píng)價(jià)系數(shù)，但現(xiàn)行方法對(duì)于權(quán)重的分配沒(méi)有確定的標(biāo)準(zhǔn)，且存在無(wú)法對(duì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層可壓性進(jìn)行連續(xù)性判斷的問(wèn)題。

針對(duì)上述問(wèn)題，筆者綜合考慮地質(zhì)甜點(diǎn)和工程甜點(diǎn)因素，從評(píng)價(jià)頁(yè)巖儲(chǔ)層含氣性和易改造性潛力的角度出發(fā)，構(gòu)建了可以對(duì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層進(jìn)行連續(xù)判斷的可壓性評(píng)價(jià)模型。

1 可壓性評(píng)價(jià)參數(shù)優(yōu)選

1.1 地質(zhì)甜點(diǎn)可壓性參數(shù)優(yōu)選

地質(zhì)甜點(diǎn)的可壓性評(píng)價(jià)參數(shù)首先需要反映頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的含氣潛力及物性，其次是與儲(chǔ)層的脆性相關(guān)，因此，筆者選用總有機(jī)碳含量和成巖作用2個(gè)參數(shù)來(lái)表征地質(zhì)甜點(diǎn)。

1.1.1 總有機(jī)碳含量

總有機(jī)碳含量是篩選優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的關(guān)鍵參數(shù)之一：1)有機(jī)質(zhì)含量直接決定了頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的含氣量，大量的生產(chǎn)實(shí)踐證明，總有機(jī)碳含量與吸附氣能力成正比，且有機(jī)質(zhì)中的孔滲物性明顯優(yōu)于頁(yè)巖基質(zhì)，在一定程度上影響著裂縫的發(fā)育和分布[9]；2)總有機(jī)碳含量對(duì)含氣頁(yè)巖的密度影響巨大，進(jìn)而對(duì)頁(yè)巖儲(chǔ)層的力學(xué)性質(zhì),尤其是脆性影響顯著[10]。筆者參考Schlumberger公司的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合實(shí)際情況分析了總有機(jī)碳含量與干酪根質(zhì)量、氣體含量和可壓性的關(guān)系，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 總有機(jī)碳含量與干酪根質(zhì)量、氣體含量和可壓性的關(guān)系

Table 1 Relationship between fracability and TOC, kerogen quality, gas content

總有機(jī)碳含量，%干酪根質(zhì)量氣體含量可壓性≤0．5很差很低很差0．5～1．0差低差1．0～2．0一般一般一般2．0～4．0好高好4．0～12．0很好很高很好>12．0極好極高極好

1.1.2 成巖作用

在不同的成巖階段，頁(yè)巖氣儲(chǔ)層具有不同的特征。鏡質(zhì)體反射率是反映頁(yè)巖成熟度的關(guān)鍵指標(biāo)，用它來(lái)反映頁(yè)巖的成巖作用較為合適[11]，且它與頁(yè)巖氣流動(dòng)速率和儲(chǔ)層脆性均有明顯的關(guān)系[12-13]。鏡質(zhì)體反射率與成巖階段、儲(chǔ)層特征、氣體流量和可壓性的關(guān)系見(jiàn)表2。

表2 鏡質(zhì)體反射率與成巖階段、儲(chǔ)層特征、氣體流量和可壓性的關(guān)系

Table 2 Relationship between fracability andRoand diagenetic stages, reservoir characteristics, gas flow

鏡質(zhì)體反射率，%成巖階段儲(chǔ)層主要特征氣體流量/(103m3·d-1)可壓性≤0．5 早成巖階段 黏土礦物未轉(zhuǎn)化，未成熟或成熟度低≤12．74差0．5～1．3 中成巖階段A期 黏土礦物綠泥石化，孔隙度下降(12．74～21．24)一般1．3～2．0 中成巖階段B期 生烴量增加，出現(xiàn)少量溶孔(21．24～25．49)較好2．0～3．0 晚成巖階段A期 礦物趨于穩(wěn)定，脆性增加(25．49～28．32)好3．0～4．0 晚成巖階段B期 礦物基本穩(wěn)定，脆性高>28．32很好>4．0 變質(zhì)階段 礦物穩(wěn)定，過(guò)成熟，裂縫發(fā)育由變質(zhì)程度決定極好

1.2 工程甜點(diǎn)可壓性參數(shù)優(yōu)選

選取工程甜點(diǎn)的可壓性參數(shù)時(shí)，應(yīng)充分考慮其對(duì)儲(chǔ)層力學(xué)性質(zhì)的影響，因此，筆者從脆性破壞難易程度和破壞強(qiáng)弱程度2個(gè)方面來(lái)判斷。

1.2.1 頁(yè)巖脆性破壞難易程度的表征

頁(yè)巖在低圍壓時(shí)主要發(fā)生張性劈裂，在高圍壓時(shí)發(fā)生單剪或雙剪破裂，在天然裂縫發(fā)育的區(qū)域更容易發(fā)生剪切破裂[5]。所以,采用剪切模量作為表征頁(yè)巖脆性破壞難易程度的參數(shù)。且剪切模量包含了楊氏模量和泊松比的雙重效應(yīng)，其與楊氏模量及泊松比的關(guān)系為：

(1)

式中：G為剪切模量，GPa；E為楊氏模量，GPa；ν為泊松比。

剪切模量越大，儲(chǔ)層的脆性越強(qiáng)，裂縫越容易起裂，壓裂后形成的人工裂縫和剪切滑移縫越不容易閉合；反之，剪切模量越小，儲(chǔ)層的塑性越強(qiáng)，裂縫不易起裂，且形成的人工裂縫和剪切滑移縫越容易閉合。

1.2.2 頁(yè)巖脆性破壞強(qiáng)弱程度的表征

裂縫向前有效延伸并與天然裂縫溝通的能力是評(píng)價(jià)頁(yè)巖儲(chǔ)層可壓性的另一項(xiàng)重要指標(biāo)。張開縫和剪切縫是頁(yè)巖破裂后的主要裂縫形態(tài)，其中人工壓裂產(chǎn)生的主裂縫為張開縫，而在人工裂縫延伸作用下激活的天然微裂縫為剪切縫，從而表現(xiàn)出混合型縫網(wǎng)，因此以張開縫為主導(dǎo)裂縫。根據(jù)G.R.Irwin斷裂力學(xué)理論[14]，在彈塑性條件下，當(dāng)裂縫邊緣應(yīng)力強(qiáng)度因子達(dá)到某個(gè)臨界值時(shí)，裂縫將失穩(wěn)擴(kuò)展導(dǎo)致巖體破裂，該臨界值為斷裂韌度，即：

(2)

斷裂韌度越小，人工裂縫越容易向前延伸，越容易與天然裂縫溝通，從而形成復(fù)雜的裂縫網(wǎng)絡(luò)。

2 可壓性評(píng)價(jià)模型

2.1 地質(zhì)甜點(diǎn)可壓性評(píng)價(jià)模型

由于地質(zhì)甜點(diǎn)是一個(gè)宏觀上的綜合指標(biāo)，應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)賦值標(biāo)準(zhǔn)化和權(quán)重分配法得到其可壓性評(píng)價(jià)指數(shù)：

(3)

式中：F1為地質(zhì)甜點(diǎn)可壓性指數(shù)；S1為標(biāo)準(zhǔn)化的總有機(jī)碳含量；S2為標(biāo)準(zhǔn)化的鏡質(zhì)體反射率；w1為總有機(jī)碳含量所占的權(quán)重系數(shù)，%；w2為鏡質(zhì)體反射率所占的權(quán)重系數(shù)，%。

由于S1和S2對(duì)于可壓性都是正向指標(biāo)，根據(jù)表1和表2的分類評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，其標(biāo)準(zhǔn)化處理如下：

(4)

(5)

式中：CTO為總有機(jī)碳含量，%；Ro為鏡質(zhì)體反射率，%。

因?yàn)镃TO和Ro本身也是相互影響的指標(biāo)，故視二者的權(quán)重均為50%，則式(3)變?yōu)椋?/p>

(6)

2.2 工程甜點(diǎn)可壓性評(píng)價(jià)模型

2.2.1 物理模型的定義

頁(yè)巖儲(chǔ)層礦物主要由3大類構(gòu)成：1)硅質(zhì)礦物，主要包括石英和長(zhǎng)石；2)碳酸鹽巖礦物，主要包括方解石和白云石；3)黏土礦物，主要包括伊利石和綠泥石。不同類型的礦物有著不同的細(xì)觀結(jié)構(gòu)，而細(xì)觀結(jié)構(gòu)是決定巖石變形與破壞的主要因素。細(xì)觀的巖石組構(gòu)稱之為細(xì)胞元[15]，用細(xì)胞元表征方法量化不同細(xì)觀結(jié)構(gòu)，將頁(yè)巖宏觀變形破壞等效為細(xì)胞元之間的干擾作用，如圖1所示(圖1(a)、圖1(b)來(lái)源于文獻(xiàn)[16])。其中，圖1(a)為某區(qū)塊真實(shí)頁(yè)巖巖心，圖1(b)為局部放大的頁(yè)巖巖心鑄體薄片，圖1(c)為根據(jù)圖1(b)細(xì)觀結(jié)構(gòu)獲得的數(shù)字化圖像(白色代表硅質(zhì)礦物，灰色代表碳酸鹽巖礦物，黑色代表黏土礦物)。

圖1 頁(yè)巖儲(chǔ)層簡(jiǎn)化模型Fig.1 Simplified model of a shale gas reservoir

2.2.2 參數(shù)計(jì)算

基于礦物分類，分析礦物細(xì)觀力學(xué)性質(zhì)，得到頁(yè)巖剪切模量和斷裂韌度的計(jì)算公式：

(7)

(8)

(9)

α1，α2，α3和β1，β2，β3可通過(guò)統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合獲得，或通過(guò)理論分析取值。頁(yè)巖成層性強(qiáng)，因此可視作多個(gè)具有不同力學(xué)性質(zhì)的層狀模型[17]。取多元回歸常數(shù)分別為1時(shí)來(lái)表征層狀頁(yè)巖參數(shù)的趨勢(shì)值，并代入礦物細(xì)胞元力學(xué)參數(shù)[16-18](見(jiàn)表3)，則有：

Gt=45.00n1+38.50n2+17.65n3

(10)

KICt=0.24n1+0.79n2+2.19n3

(11)

2.2.3 可壓性模型

基于歸一化準(zhǔn)則和調(diào)和平均方法，定義工程甜點(diǎn)可壓性評(píng)價(jià)模型為：

(12)

(13)

(14)

2.3 綜合可壓性模型

頁(yè)巖儲(chǔ)層可壓性模型應(yīng)該是反映頁(yè)巖脆性(可壓性)和壓裂后產(chǎn)氣量(出氣性)的綜合指標(biāo)[7]，綜合地質(zhì)甜點(diǎn)和工程甜點(diǎn)雙重指標(biāo)，定義可壓性指數(shù)：

(15)

在確定可壓性指數(shù)評(píng)價(jià)下限的時(shí)候也應(yīng)充分考慮地質(zhì)甜點(diǎn)下限和工程甜點(diǎn)下限雙重因素。對(duì)于地質(zhì)甜點(diǎn)指標(biāo)，其下限值并沒(méi)有明確界定。事實(shí)上，地質(zhì)甜點(diǎn)指標(biāo)也并非與儲(chǔ)層改造指標(biāo)毫無(wú)關(guān)系，D.M.Jarvie等人[11]提出了氣體流量隨總有機(jī)碳含量、鏡質(zhì)體反射率和礦物脆性指數(shù)增加而增加的關(guān)系圖，工程甜點(diǎn)指標(biāo)已有用礦物脆性指數(shù)作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的先例。對(duì)于頁(yè)巖，其黏土礦物含量對(duì)于頁(yè)巖沉積、成巖和成氣均有顯著影響，碳酸鹽巖礦物則很大程度上決定了溶蝕孔隙裂縫是否發(fā)育，而硅質(zhì)礦物則影響儲(chǔ)層的脆性，因此可以通過(guò)分析不同礦物的含量來(lái)確定可壓性下限，從而將地質(zhì)甜點(diǎn)指標(biāo)和工程甜點(diǎn)指標(biāo)有效結(jié)合起來(lái)。

根據(jù)頁(yè)巖礦物組分三元端分類，北美主要頁(yè)巖氣盆地頁(yè)巖礦物組分含量分布[19]與中國(guó)典型頁(yè)巖氣盆地頁(yè)巖礦物組分分布進(jìn)行對(duì)比(見(jiàn)圖2)發(fā)現(xiàn)，有利區(qū)的礦物組成分布具有相對(duì)一致性，即頁(yè)巖可壓性儲(chǔ)層礦物分布范圍為：硅質(zhì)礦物含量20%～60%，碳酸鹽巖礦物含量10%～30%，黏土礦物含量30%～50%(見(jiàn)圖2)，在此區(qū)域內(nèi)頁(yè)巖儲(chǔ)層可壓性最強(qiáng)。

圖2 中美頁(yè)巖儲(chǔ)層礦物組分分類對(duì)比Fig.2 Comparison of shale reservoir mineral component by classes in China and the United States

對(duì)于黏土礦物，當(dāng)其含量大于50%時(shí)，為深水陸棚沉積；當(dāng)其含量小于30%時(shí)，為海陸過(guò)渡相沉積；當(dāng)其含量為30%～50%時(shí)，沉積環(huán)境多為淺水陸棚沉積[20]。深水陸棚沉積儲(chǔ)層的吸附氣量大卻不利于壓裂改造；海陸過(guò)渡相沉積儲(chǔ)層的脆性雖增強(qiáng)，適合壓裂改造，但頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的含氣量卻大大降低；淺水陸棚沉積儲(chǔ)層高嶺石不發(fā)育，伊/蒙混層礦物含量較高，有利于儲(chǔ)藏頁(yè)巖氣，且適合進(jìn)行儲(chǔ)層改造。

對(duì)于碳酸巖鹽礦物，其含量在10%～30%時(shí)最容易形成高孔裂隙段[21]；當(dāng)其含量小于10%時(shí)，即使全被溶解，孔隙度也小于10%；若大于30%，其溶孔會(huì)因缺少支撐物而閉合，從而導(dǎo)致孔隙率降低。

對(duì)于硅質(zhì)礦物，其主要決定儲(chǔ)層的脆性程度，理論上其含量越高越好。

綜上所述，理論上下限值選取應(yīng)為反向指標(biāo)最大值和正向指標(biāo)最小值的綜合，因此黏土礦物含量的最大值取50%，硅質(zhì)礦物的最小值取20%，剩下的即為碳酸鹽巖礦物含量(30%)，此時(shí)計(jì)算出的可壓性指數(shù)的下限值定為50%。

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

利用上文建立的可壓性評(píng)價(jià)模型,對(duì)四川盆地威遠(yuǎn)地區(qū)某頁(yè)巖氣井W井2 610.00～2 820.00 m井段頁(yè)巖儲(chǔ)層的可壓性進(jìn)行評(píng)價(jià)，并指導(dǎo)該井段的壓裂設(shè)計(jì)與施工。

3.1 計(jì)算步驟

1) 利用常規(guī)測(cè)井曲線分析儲(chǔ)層的有利層段，確定含氣層段；

2) 通過(guò)處理頁(yè)巖氣井測(cè)井曲線獲得總有機(jī)碳含量曲線，由地質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果或巖心測(cè)試獲得鏡質(zhì)體反射率，利用式(3)和式(4)計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)化的總有機(jī)碳含量和鏡質(zhì)體反射率，再利用式(6)計(jì)算出地質(zhì)甜點(diǎn)可壓性評(píng)價(jià)參數(shù)F1；

3) 由礦物含量曲線(元素俘獲測(cè)井或熒光錄井)分別計(jì)算3大類礦物的相對(duì)含量，利用式(10)和式(11)分別計(jì)算出剪切模量和斷裂韌度趨勢(shì)值，再利用式(12)計(jì)算工程甜點(diǎn)可壓性評(píng)價(jià)參數(shù)F2；

4) 將利用式(6)和式(12)計(jì)算出的參數(shù)代入式(15),計(jì)算綜合可壓性指數(shù)F；

5) 根據(jù)可壓性評(píng)價(jià)指數(shù),按照截止值對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行劃分。

3.2 W井可壓性評(píng)價(jià)

按照上面的計(jì)算步驟對(duì)W井2 610.00～2 820.00 m井段的儲(chǔ)層進(jìn)行了可壓性評(píng)價(jià)，結(jié)果如圖3所示。從圖3可以看出，該井2 610.00～2 820.00 m井段的儲(chǔ)層劃分如下：1、3、5、7、9、11、13、15和17層(圖3中第14道淺藍(lán)色)為遮擋層；2、4、6、8、10、12、14、16和18層(圖3中第15道粉紅色)為可壓裂層段。

1、11、15和17層為明顯的隔層，2、10、16和18層為明顯的可壓裂層。3、5和7層遮擋層與4、6和8層可壓裂層相互間隔，其中4層實(shí)測(cè)無(wú)含氣顯示，6和8層雖然有含氣顯示，但厚度太薄，因此將這些層段統(tǒng)一歸為隔層；13層夾在12和14層可壓裂層之間，推斷其為薄夾層，因此與12和14層統(tǒng)一劃分為可壓裂層。

綜合上述分析，優(yōu)選出5個(gè)可壓裂層(見(jiàn)圖3)。由于第Ⅱ段儲(chǔ)層較厚，約為30 m，可壓性指數(shù)為58.1%，上下均為發(fā)育較厚的隔層，因此建議優(yōu)先開發(fā)第Ⅱ段；其次第Ⅲ段厚度約11 m，可壓性指數(shù)為54.8%，上下具有較厚的隔層，也是較為理想的壓裂改造層段；第Ⅵ段和第Ⅴ段儲(chǔ)層也是優(yōu)質(zhì)的壓裂改造層段，但2個(gè)段間的隔層太薄，壓裂改造任何一段都可能存在穿層的風(fēng)險(xiǎn)，是否可將二者進(jìn)行合層壓裂改造有待進(jìn)一步論證；第Ⅰ段相對(duì)較薄，可作為后期壓裂改造的備選儲(chǔ)層。

將劃分結(jié)果與用巖石力學(xué)參數(shù)法和礦物組分參數(shù)法(圖3中第7道、第8道和第9道)進(jìn)行對(duì)比，巖石力學(xué)參數(shù)法和礦物組分評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)W井2 610.00～2 820.00 m井段均適合進(jìn)行壓裂改造，結(jié)合含氣性分析后所劃出的適合壓裂改造的范圍也較大，而可壓性指數(shù)法綜合了地質(zhì)甜點(diǎn)和工程甜點(diǎn)，充分考慮了儲(chǔ)層含氣性和力學(xué)性質(zhì)，劃分出的可壓層更細(xì)致，且隔層劃分也更明顯。

3.3 現(xiàn)場(chǎng)施工效果

經(jīng)過(guò)綜合論證，選擇對(duì)W井第Ⅱ?qū)佣芜M(jìn)行加砂壓裂改造，且選擇在儲(chǔ)層下部的2 690.00～2 700.00 m井段作為射孔段，射孔密度16孔/m，以60°相位角進(jìn)行射孔。

圖3 W井可壓性評(píng)價(jià)解釋結(jié)果Fig.3 Fracability evaluation interpretation of Well W

施工主要分2步進(jìn)行，先進(jìn)行壓裂測(cè)試施工，接著是主壓裂施工，2步工序均采用φ139.7 mm套管注入壓裂液。為了避免施工時(shí)壓力過(guò)高，壓裂測(cè)試時(shí)使用10 m310%稀鹽酸對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行預(yù)處理，以降低儲(chǔ)層破裂壓力，壓裂測(cè)試過(guò)程排量1～10 m3/min，泵壓穩(wěn)定在45～55 MPa，共注入122 m3滑溜水；隨后進(jìn)行主壓裂施工，排量9～10 m3/min，泵壓45～55 MPa，共注入1 602 m3滑溜水，考慮到該井儲(chǔ)層的巖性較脆，因此在段塞式注入3.75 m3100目石英砂后，再注入50.0 m340/70目低密度陶粒作為支撐劑。整個(gè)施工過(guò)程中排量穩(wěn)定，注液過(guò)程中采用旋回加砂技術(shù)，使加砂量保持平穩(wěn)。

壓后監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，該井初期產(chǎn)氣量不是十分穩(wěn)定(在3 000～3 500 m3/d間波動(dòng))。微地震監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，散點(diǎn)在平面上成離散狀，估算改造面積約為4.8×104m2，改造體積約為1.2×106m3，再結(jié)合壓裂液和支撐劑的注入量綜合分析，認(rèn)為改造效果較好，產(chǎn)生了較多的裂縫，有效實(shí)現(xiàn)了體積縫網(wǎng)改造，證實(shí)了新方法的有效性。

4 結(jié) 論

1) 綜合考慮地質(zhì)甜點(diǎn)和工程甜點(diǎn)雙重因素，優(yōu)選出用總有機(jī)碳含量、鏡質(zhì)體反射率、剪切模量和斷裂韌度作為表征頁(yè)巖氣儲(chǔ)層可壓性的關(guān)鍵參數(shù)。

2) 基于頁(yè)巖氣儲(chǔ)層含氣性和易改造性潛力，運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)化、歸一化、調(diào)和平均和算數(shù)平均等方法，構(gòu)建了綜合地質(zhì)甜點(diǎn)和工程甜點(diǎn)雙重指標(biāo)的可壓性指數(shù)模型，提出了新的頁(yè)巖氣儲(chǔ)層可壓性評(píng)價(jià)方法。

3) 對(duì)比分析中美頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的礦物含量分布范圍，提出最適合頁(yè)巖儲(chǔ)層改造的礦物含量分布范圍為硅質(zhì)礦物20%～60%，碳酸鹽巖礦物10%～30%，黏土礦物30%～50%，并以此為基礎(chǔ)確定了可壓性評(píng)價(jià)方法的下限值為50%。

4) 與傳統(tǒng)方法相比，新方法綜合考慮了頁(yè)巖儲(chǔ)層的含氣性和易改造性，在劃分有效壓裂層段和遮擋層段時(shí)更加準(zhǔn)確，且可操作性強(qiáng)，具有一定的工程應(yīng)用價(jià)值。

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[編輯 劉文臣]

A New Method of Fracability Evaluation of Shale Gas Reservoir Based on Weight Allocation

WANG Hanqing, CHEN Junbin, ZHANG Jie, XIE Qing, WEI Bo, ZHAO Yiran

(SchoolofPetroleumEngineering,Xi’anShiyouUniversity,Xi’an,Shaanxi，710065,China)

Existing shale gas reservoir fracability evaluation methods cannot be used in continuous fracability evaluation of reservoirs. After a quantitative evaluation of the parameters of geological sweet spots and the calculation of engineering parameters by combining the contents of mineral composition and the micromechanics parameters, a new shale gas reservoir fracability evaluation model based on weight allocation through standardization, normalization, harmonic averaging and arithmetic averaging methods was developed. This model considers the gas-bearing potential and stimulation potential of shale gas reservoirs, with four critical parameters (total organic carbon (TOC), vitrinite reflectance (Ro), shear modulus, and fracture toughness) defined for fracability evaluation which takes into consideration both geological and engineering criteria for sweet spots. It is proposed that shale gas reservoirs with TOC>2%,Ro>1.3%, silica mineral content of 20%-60%, carbonate mineral content of 10%-30%, and clay mineral content of 30%-50%, are good candidates for hydraulic fracturing. This model was used to evaluate the fracability of reservoir sections in Well W, a shale gas well in the Weiyuan area of the Sichuan Basin. Microseismic monitoring results showed that multiple fractures were generated during fracturing. This indicated that this model could be used in continuous fracability evaluation of shale reservoirs. From the calculated results, the pay zone and barriers could be identified accurately. So the proposed model is highly operable and worthy of engineering applications.

shale gas; fracturing; fracability index; geological sweet spot; engineering sweet spot; gas-bearing potential; mineral composition

2015-07-19；改回日期：2016-04-14。

王漢青(1990—)，男，陜西紫陽(yáng)人，2013年畢業(yè)于西安石油大學(xué)資源勘查工程專業(yè)，在讀碩士研究生，主要從事開發(fā)地質(zhì)與油氣田特種增產(chǎn)技術(shù)方面的研究。E-mail：wanghanqing90@126.com。

國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“頁(yè)巖氣藏水平井液態(tài)氣動(dòng)力壓裂增產(chǎn)新方法研究”(編號(hào)：51374170)、西安石油大學(xué)全日制碩士研究生創(chuàng)新基金項(xiàng)目“頁(yè)巖氣儲(chǔ)層礦物組分與力學(xué)參數(shù)關(guān)系研究”(編號(hào)：2014CX130103)聯(lián)合資助。

?油氣開發(fā)?

10.11911/syztjs.201603016

TE377

A

1001-0890(2016)03-0088-07