四川盆地川南地區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖儲(chǔ)層分類評(píng)價(jià)

郭建林，賈成業(yè)*，何東博，李 林，朱漢卿，周 倚，劉 暢

1.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京100083；2.中國石油浙江油田公司，杭州310023；

3.中國地震局地震研究所，武漢430071；4.中國石油大學(xué)（北京），北京102249

1 引言

中國南方海相頁巖氣資源量巨大，主要發(fā)育上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組和下寒武統(tǒng)筇竹寺組兩套頁巖含氣層系。目前，筇竹寺組頁巖在四川盆地及周緣27 口探井中僅4 口獲工業(yè)氣流，且測試產(chǎn)量總體不高，勘探效果較差。而五峰組—龍馬溪組鉆探效果顯著，目前已建成一定的開發(fā)規(guī)模，是中國南方海相頁巖氣開發(fā)的主要目的層系（趙文智等，2016）。2015 年12 月中國首個(gè)國家級(jí)頁巖氣示范區(qū)——重慶涪陵頁巖氣田實(shí)現(xiàn)最高日產(chǎn)量1620×104m3，建成50×108m3/a 產(chǎn)能，拉開了中國頁巖氣規(guī)模化、工業(yè)化開發(fā)的序幕。2016 年9 月，國家能源局發(fā)布《頁巖氣發(fā)展規(guī)劃（2016～2020 年）》提出2030 年中國實(shí)現(xiàn)頁巖氣產(chǎn)量800×108～1000×108m3的遠(yuǎn)景目標(biāo)，頁巖氣展現(xiàn)出良好的發(fā)展前景。美國頁巖氣開發(fā)始于1821年（潘仁芳和黃曉松，2009），21世紀(jì)以來水平井快速鉆井和體積壓裂技術(shù)的成熟和大規(guī)模應(yīng)用，推動(dòng)了頁巖氣產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，促使美國超過俄羅斯成為世界第一大天然氣生產(chǎn)國。據(jù)美國能源信息署（EIA）和英國石油公司（BP）相關(guān)公開統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（EIA，2018；BP，2019），2005 年美國頁巖氣產(chǎn)量為209×108m3，不足當(dāng)年天然氣產(chǎn)量的5%，到2015 年美國頁巖氣產(chǎn)量達(dá)到4382×108m3，占到天然氣年產(chǎn)量的57%，成為開發(fā)規(guī)模最大的非常規(guī)天然氣資源。與北美頁巖氣開發(fā)百年歷程相比，中國自2010 年第一口頁巖氣井——威201井壓裂改造獲得工業(yè)氣流以來，僅僅經(jīng)歷了短短6年開發(fā)評(píng)價(jià)期。因此，加快頁巖氣開發(fā)評(píng)價(jià)技術(shù)研究，進(jìn)一步提高頁巖氣開發(fā)效益，促進(jìn)中國頁巖氣產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的重要舉措。

四川盆地奧陶系五峰組—志留系龍馬溪組優(yōu)質(zhì)頁巖是中國南方海相頁巖氣開發(fā)的主力產(chǎn)層，前人對(duì)五峰組—龍馬溪組地層研究主要集中在沉積環(huán)境、層序地層、富集機(jī)理、資源潛力等方面，并對(duì)中美頁巖主要成藏地質(zhì)特征參數(shù)（層位、深度、厚度、有機(jī)碳含量、有機(jī)質(zhì)熱演化程度等）開展了對(duì)比分析（姜福杰等，2012；周守為等，2012；董大忠等，2012；劉洪林等，2016），相關(guān)成果和認(rèn)識(shí)從宏觀層面對(duì)開展中國海相頁巖氣戰(zhàn)略選區(qū)和資源評(píng)價(jià)提供了重要依據(jù)（鄒才能等，2015；張大偉等，2012；王世謙等，2013；張鑒等，2016）。但進(jìn)入開發(fā)階段后，針對(duì)頁巖的系統(tǒng)儲(chǔ)層研究和分類評(píng)價(jià)等相關(guān)開發(fā)評(píng)價(jià)工作尚有欠缺。四川盆地五峰組—龍馬溪組地層沉積厚度約250～350 m，進(jìn)一步開展目的層系內(nèi)部儲(chǔ)層特征和分類評(píng)價(jià)研究，評(píng)價(jià)鉆遇儲(chǔ)層品質(zhì)對(duì)頁巖氣水平井產(chǎn)能的影響，探索提高頁巖氣水平井單井產(chǎn)量的技術(shù)方法，是提高頁巖氣水平井EUR、提高頁巖氣開發(fā)效益的關(guān)鍵（賈愛林等，2016；賈成業(yè)等，2016）。

本文通過對(duì)五峰組—龍馬溪組優(yōu)質(zhì)頁巖儲(chǔ)集空間特征、含氣特征、巖石礦物組成和脆性礦物含量開展綜合研究，明確區(qū)分不同品質(zhì)頁巖的地質(zhì)和工程參數(shù)特征，以地質(zhì)因素和工程因素兩類非常規(guī)儲(chǔ)層開發(fā)評(píng)價(jià)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)為基礎(chǔ)（賈成業(yè)等，2016；金之鈞等，2016），建立儲(chǔ)層和非儲(chǔ)層識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)和優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層劃分標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步將優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層劃分為三類；明確水平井實(shí)際鉆遇儲(chǔ)層品質(zhì)與氣井產(chǎn)量間關(guān)系，為進(jìn)一步優(yōu)化頁巖氣水平井鉆井技術(shù)、提高頁巖氣水平井單井產(chǎn)量指明技術(shù)發(fā)展方向。

2 區(qū)域地質(zhì)概況

自震旦紀(jì)以來，受多期構(gòu)造作用的影響，形成了四川盆地現(xiàn)今格局（金之鈞等，2016），奧陶紀(jì)晚期，受南部黔中隆起、西部川中隆起和東部雪峰古隆起的作用，四川盆地逐漸由早中奧陶世廣海海域轉(zhuǎn)變?yōu)楸粬|南西三面隆起圍限的半局限—局限海域（圖1），沉積主體為半局限淺海相深水—半深水陸棚亞相，形成了大面積安靜穩(wěn)定、低能、欠補(bǔ)償、厭氧環(huán)境。晚奧陶世和早志留世，受構(gòu)造作用和兩次全球性海侵影響，形成了五峰組—龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)黑色頁巖（郭旭升等，2014）。長寧、威遠(yuǎn)、昭通和礁石壩等頁巖氣開發(fā)區(qū)塊鉆探顯示，五峰組—龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)黑色頁巖分布穩(wěn)定、有機(jī)質(zhì)含量高、現(xiàn)場測試含氣量高，直井和水平井均獲工業(yè)氣流，特別是水平井測試產(chǎn)量平均測試產(chǎn)量達(dá)到20×104m3/d 以上，是目前中國南方海相頁巖氣開發(fā)的主力層系。

國土資源部油氣資源戰(zhàn)略研究中心制定的頁巖氣有利區(qū)選區(qū)標(biāo)準(zhǔn)（國土資源部油氣資源戰(zhàn)略研究中心，2016），明確了海相頁巖氣建產(chǎn)目標(biāo)區(qū)優(yōu)選參數(shù)參考標(biāo)準(zhǔn)包括：頁巖面積下限50 km2，頁巖厚度穩(wěn)定、單層厚度不小于30 m；TOC 含量大于2%；Ⅰ型干酪根Ro 不小于1.2%，Ⅱ型干酪根Ro不小于0.7%；埋深500～4000 m；總含氣量不小于1 m3/t；適合于壓裂；地形高差小且有一定的勘探開發(fā)縱深，保存條件好。四川盆地奧陶系五峰組—志留系龍馬溪組龍一1亞段地層平均厚度約30～50 m，有機(jī)碳含量分布范圍0.82%～9.64%，平均TOC 為2.13%～4.64%；有機(jī)質(zhì)成熟度高Ro 在1.7%～2.7%之間，平均達(dá)到2.03%，處于過成熟階段；長寧、威遠(yuǎn)、昭通和礁石壩頁巖氣開發(fā)區(qū)塊埋藏深度 2000～3500 m 為主；含氣量為 2.3～6.47 m3/t；脆性指數(shù)分布范圍40%～60%（王世謙等，2013；郭旭升等，2014；張鑒等，2016）。依據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)，四川盆地奧陶系五峰組—志留系龍馬溪組龍一1段是頁巖氣開發(fā)的有利層位（圖2），四川長寧—威遠(yuǎn)、滇黔北昭通和重慶礁石壩國家級(jí)頁巖氣示范區(qū)均滿足頁巖氣建產(chǎn)目標(biāo)區(qū)優(yōu)選標(biāo)準(zhǔn)。但由于優(yōu)質(zhì)頁巖段內(nèi)部各小層間非均質(zhì)性強(qiáng)，進(jìn)一步明確優(yōu)質(zhì)頁巖內(nèi)部儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)、含氣特征和可壓裂性，制定儲(chǔ)層評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)有利于進(jìn)一步優(yōu)化開發(fā)部署、提高開發(fā)效益。

3 儲(chǔ)集空間與含氣特征

通過頁巖儲(chǔ)集空間類型及孔隙演化研究普遍認(rèn)為，頁巖儲(chǔ)集空間主要包括三種類型，即無機(jī)孔、有機(jī)質(zhì)孔和裂縫（姜在興等，2014；郭旭升等2014），包括成巖過程中殘留的原生孔隙和溶蝕產(chǎn)生的次生孔縫。其中，無機(jī)孔主要有：粒間孔、粒內(nèi)孔、晶間孔和溶蝕孔（圖3）；有機(jī)質(zhì)孔主要指有機(jī)質(zhì)生烴演化過程中有機(jī)質(zhì)與被包裹的黃鐵礦、方解石、云母等礦物間殘留或有機(jī)質(zhì)內(nèi)溶蝕產(chǎn)生的次生孔隙；裂縫主要指因構(gòu)造作用形成的構(gòu)造剪、張節(jié)理縫和滑移縫（圖4），頁巖層間差異形成的層理縫，成巖過程中形成的溶蝕縫和收縮縫等多種類型（圖5）。

圖1 四川盆地及其周緣五峰組—龍一段沉積環(huán)境(據(jù)金之鈞等，2016略有修改)Fig.1 Sedimentary environment of the Sichuan Basin and its periphery in the period of Wufeng to lower Longmaxi(the first Member Formations)

圖2 四川盆地川南地區(qū)典型井五峰—龍一亞段地層綜合柱狀圖（含儲(chǔ)層分類評(píng)價(jià)）Fig.2 Generalized stratigraphy of the Wufeng-lower Longmaxi Formations in the southern Sichuan Basin based on representative wells(including classified evaluation of reservoirs)

3.1 孔隙類型

粒間孔、粒內(nèi)孔、晶間孔和溶蝕孔等無機(jī)質(zhì)孔隙直徑分布范圍很廣，孔徑從納米級(jí)到微米。其中，粒間孔是沉積過程中不同大小形態(tài)的顆?？焖俣逊e形成的礦物顆粒間的孔隙，孔徑最大，分布范圍在1000～3000 nm，粒內(nèi)孔、晶間孔和溶蝕孔分布范圍為10～500 nm。川南地區(qū)五峰～龍馬溪組孔隙構(gòu)成分析顯示（鄒才能等，2015），有機(jī)質(zhì)孔占總孔隙度的14%～23%，裂縫孔隙度僅占2%左右；而無機(jī)孔占總孔隙度的75%～90%，是最主要的孔隙類型。與有機(jī)質(zhì)孔相比，無機(jī)質(zhì)孔隙空間大，孔隙直徑是甲烷分子直徑（0.414 nm）的數(shù)千倍，是主要的儲(chǔ)集空間和滲流通道。

有機(jī)質(zhì)孔是指分布于有機(jī)質(zhì)內(nèi)部的孔隙（郭旭升等，2014），在頁巖中發(fā)育廣泛，是最富特色的一種孔隙類型。有機(jī)質(zhì)孔孔徑分布范圍較廣，約2～1000 nm，但以100 nm 以內(nèi)居多，常呈片麻狀或蜂窩狀分布。有機(jī)質(zhì)對(duì)氣體分子的吸附是頁巖儲(chǔ)層獨(dú)特特性。有機(jī)質(zhì)孔有利于提高頁巖儲(chǔ)層總孔隙度和含氣量，分析結(jié)果表明，有機(jī)質(zhì)含量與孔隙度和含氣量呈正相關(guān)。

圖4 川南地區(qū)五峰組—龍馬溪組構(gòu)造縫發(fā)育類型圖Fig.4 Photographs showing structural fractures in the Wufeng-Longmaxi Formations in the southern Scihuan Basin

根據(jù)國際理論和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)（IUPAC）的孔隙評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，按孔隙直徑大小分成三級(jí)：大孔（孔徑＞50 nm）、中孔（孔徑2～50 nm）、微孔（孔徑＜2 nm）（近藤精一等，2006；Matthias et al.,2015）。五峰組—龍馬溪組優(yōu)質(zhì)頁巖孔隙以大孔—中孔為主，是天然氣（甲烷為主，平均含量95%以上）富集和滲流的有利層位。

3.2 裂縫特征

頁巖儲(chǔ)層從露頭和巖心觀察中均可見不同類型裂縫發(fā)育，按照成因機(jī)制可分為構(gòu)造成因縫和非構(gòu)造成因縫。由于構(gòu)造力學(xué)性質(zhì)不同，構(gòu)造縫可進(jìn)一步分為張節(jié)理、剪節(jié)理和滑移縫，節(jié)理縫通常為高角度，滑移縫則呈水平狀。非構(gòu)造成因縫包括層理縫、異常壓力縫和成巖收縮縫等。從裂縫發(fā)育的規(guī)模，節(jié)理縫、滑移縫和層理縫規(guī)模較大，通常在毫米級(jí)到米級(jí)；而異常壓力縫和成巖收縮縫通常發(fā)育在礦物顆粒間，屬微觀、小尺度裂縫類型。

圖5 川南地區(qū)五峰組—龍馬溪組微觀裂縫發(fā)育類型Fig.5 Photographs showing microfractures in the Wufeng-Longmaxi Formations in the southern Sichuan Basin

裂縫對(duì)頁巖氣開發(fā)具有兩面性。頁巖儲(chǔ)層內(nèi)部構(gòu)造縫形成于沉積后期構(gòu)造作用，是頁巖氣保存的不利因素，特別是未充填的高角度構(gòu)造縫易成為氣體二次運(yùn)移的優(yōu)勢通道，不利于頁巖氣富集和成藏。且規(guī)模較大的構(gòu)造縫在壓裂過程中，是壓力傳導(dǎo)和壓裂液流動(dòng)的優(yōu)勢通道，易形成簡單主裂縫，不利于壓裂復(fù)雜縫網(wǎng)的形成，從而影響體積壓裂施工效果；但層理縫和滑移縫，以及微觀尺度的異常壓力縫和成巖收縮縫一方面改善了頁巖的滲流能力（金之鈞等，2016），另一方面在壓裂施工過程中，是壓力傳導(dǎo)的薄弱面，有利于壓裂復(fù)雜縫網(wǎng)的形成（郭彤樓等，2014）。因此，裂縫發(fā)育程度在頁巖氣開發(fā)評(píng)價(jià)中不可一概而論，簡而言之，大規(guī)模構(gòu)造縫是頁巖氣開發(fā)的不利因素，而小尺度的天然層理縫和微裂縫則有利于頁巖氣開發(fā)。

3.3 含氣特征

川南地區(qū)五峰組—龍一段是頁巖氣富集的有利層段（圖2），且底部的五峰組和龍一1亞段四個(gè)小層含氣量較高，分布范圍1.39～9.60 m3/t，平均含氣量3.79 m3/t。按照氣體的賦存狀態(tài)，頁巖儲(chǔ)層中天然氣主要呈游離態(tài)和吸附態(tài)（甲烷在水中的溶解度極小可忽略不計(jì)）?？紫抖扰c游離氣量、有機(jī)質(zhì)含量與吸附氣量均呈正相關(guān)關(guān)系（鄒才能等，2015）。各評(píng)價(jià)井含氣層段儲(chǔ)層參數(shù)分析表明（圖6）：孔隙度和有機(jī)質(zhì)含量是決定頁巖儲(chǔ)層含氣性的主要因素。因此，孔隙度和有機(jī)質(zhì)含量是含氣量的主要影響參數(shù)，含氣量可表征頁巖儲(chǔ)層的物質(zhì)基礎(chǔ)，體現(xiàn)了頁巖氣富集程度，是頁巖儲(chǔ)層開發(fā)評(píng)價(jià)中重要地質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

4 巖石礦物組成與脆性評(píng)價(jià)

4.1 礦物成分

根據(jù)三端元巖石類型劃分方法（Rickman et al., 2008；陳建國等，2015），頁巖儲(chǔ)層巖石類型劃分的三端元分別是石英（包括石英、長石）、碳酸鹽礦物（包含方解石、白云石和菱鐵礦等碳酸鹽礦物）和黏土礦物。長寧、威遠(yuǎn)和昭通頁巖氣開發(fā)區(qū)塊評(píng)價(jià)井五峰組—龍一段348塊巖樣X射線衍射（XRD）礦物成分分析結(jié)果顯示（圖7），三端元組分中石英類礦物含量平均51.32%，碳酸鹽礦物平均23.67%，黏土礦物含量25.01%，整體上黏土含量低，巖石類型主要為硅質(zhì)頁巖、含硅質(zhì)頁巖和鈣質(zhì)頁巖?？v向上，五峰組和龍一段各小層礦物成分略有差別。其中，龍一12小層硅質(zhì)平均含量最高達(dá)59.64%，龍一13小層次之，為54.08%，其它小層分布范圍44.31%～48.65%之間；龍一11小層碳酸鹽巖平均含量46.14%，其它小層碳酸鹽巖平均含量約20%～25%。對(duì)黏土礦物進(jìn)一步分析表明：黏土礦物中以伊利石為主，占58.93%，綠泥石和伊蒙混層分別占28.55%和12.52%。五峰組和龍一段頁巖礦物成分以石英、方解石、斜長石等脆性礦物為主要組分，黏土含量低，同時(shí)不含高嶺石、蒙脫石等遇水易膨脹礦物。

圖6 孔隙度、有機(jī)質(zhì)含量、含氣飽和度和巖石密度與含氣量關(guān)系圖Fig.6 Correlograms of porosity,organic matter contents,gas saturation,matrix density and gas contents

圖7 川南地區(qū)五峰組—龍一段頁巖礦物成分三角圖Fig.7 Triangular diagram of mineral compositions from the Wufeng-Longmaxi Formations in the southern Sichuan Basin

4.2 脆性評(píng)價(jià)

脆性指數(shù)是定量評(píng)價(jià)儲(chǔ)層可壓裂性的重要參數(shù)（袁俊亮等，2013）。頁巖儲(chǔ)層可壓裂性與脆性指數(shù)呈正相關(guān)，與巖石斷裂韌性呈負(fù)相關(guān)（孫建孟等，2015）。頁巖儲(chǔ)層脆性指數(shù)評(píng)價(jià)有多種方法，分為實(shí)驗(yàn)測試和測井資料兩種評(píng)價(jià)途徑，計(jì)算方法多達(dá)22 種（Guo et al., 2012）。目前，石油礦場分析中通常采用礦物成分法和彈性模量法兩種計(jì)算方法。彈性模量法通過靜態(tài)或動(dòng)態(tài)方法測定巖石楊氏模量和泊松比，建立基于楊氏模量和泊松比歸一化（無量綱化）的計(jì)算模型（Richman et al., 2008；Matthias et al., 2015）。礦物成分法可通過元素測井測定巖石中石英、長石、黃鐵礦、斜長石、方解石、白云石和粘土等各成巖礦物的比例，一般采用硅質(zhì)（石英）+碳酸鹽巖（方解石+白云石）占全巖礦物的百分比表征脆性指數(shù)（陳建國等，2015）。由于頁巖氣開發(fā)中目的層段通常采用元素俘獲能譜測井（ECS），因此礦物成分法在頁巖儲(chǔ)層脆性評(píng)價(jià)中適用性更強(qiáng)。

北美地區(qū)頁巖氣壓裂液體系優(yōu)選和裂縫形態(tài)分析表明（Kahraman and Altindag, 2004; Rickman et al.,2008;Zhu and Joyce,2012;Altamar and Marfurt,2014）：Barnett頁巖儲(chǔ)層脆性指數(shù)50%～70%，采用壓裂液體系為滑溜水，壓裂后呈復(fù)雜縫網(wǎng)形態(tài)；Marcellous頁巖脆性指數(shù)40%～50%，采用混合型壓裂液或線性膠，壓后裂縫形態(tài)介于復(fù)雜縫網(wǎng)和單一主裂縫之間；而隨著脆性指數(shù)進(jìn)一步降低，壓裂液體系宜采用交聯(lián)型壓裂液，壓后裂縫基本呈簡單裂縫。北美地區(qū)壓裂技術(shù)發(fā)展經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)頁巖儲(chǔ)層脆性指數(shù)超過40%，壓裂縫寬閉合剖面呈不規(guī)則狀；當(dāng)頁巖儲(chǔ)層脆性指數(shù)超過50%，壓裂縫網(wǎng)逐漸由簡單裂縫轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)雜縫網(wǎng)形態(tài)，所需壓裂液也可由線性膠逐漸由低粘滑溜水替代，注入液量可進(jìn)一步提高，而所需支撐劑濃度和支撐劑量則逐漸降低。由此可見，脆性指數(shù)評(píng)價(jià)對(duì)壓裂施工設(shè)計(jì)和壓裂后形成的縫網(wǎng)形態(tài)具有十分重要的意義。

5 儲(chǔ)層分類評(píng)價(jià)

5.1 分類評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

頁巖氣資源評(píng)價(jià)和勘探選區(qū)階段，通過烴源巖有機(jī)母質(zhì)豐度、熱演化程度、埋藏深度、欠壓實(shí)程度和構(gòu)造環(huán)境、有效產(chǎn)氣儲(chǔ)層特征等參數(shù)評(píng)價(jià)（鄒才能等，2010；姜福杰等，2012；周守為等，2012；董大忠等，2012；張大偉等，2012；王世謙等，2013；劉洪林等，2016；張鑒等，2016；雷丹鳳等，2018），主要表征頁巖的生烴、排烴能力和殘留烴量，評(píng)價(jià)頁巖氣資源潛力。而進(jìn)入頁巖氣開發(fā)階段，則需從儲(chǔ)層物質(zhì)基礎(chǔ)和壓裂改造條件兩方面開展儲(chǔ)層評(píng)價(jià)，建立可操作性強(qiáng)、滿足開發(fā)評(píng)價(jià)需要的儲(chǔ)層分類評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

按照頁巖氣開發(fā)有利目標(biāo)區(qū)優(yōu)選標(biāo)準(zhǔn)建立頁巖儲(chǔ)層孔隙度、有機(jī)質(zhì)含量、含氣飽和度、巖石密度、脆性指數(shù)和含氣量相關(guān)曲線，確定有效儲(chǔ)層下限指標(biāo)。川南地區(qū)頁巖氣評(píng)價(jià)井氣層測井參數(shù)分析表明（圖6），頁巖儲(chǔ)層孔隙度（Φ）大于3%，含氣飽和度（Sg）高于30%，巖石骨架密度（DEN）低于2.7 g/cm3，脆性指數(shù)（BI）高于40%時(shí)，相應(yīng)含氣量（V）t高于1 m3/t。因此，該參數(shù)體系是識(shí)別有效儲(chǔ)層的標(biāo)準(zhǔn)。

在有效儲(chǔ)層識(shí)別的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)有效儲(chǔ)層分級(jí)評(píng)價(jià)，明確不同級(jí)別儲(chǔ)層與氣井產(chǎn)量間關(guān)系，從而建立儲(chǔ)層分類評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。砂巖、碳酸鹽巖等常規(guī)儲(chǔ)層分類評(píng)價(jià)中通常采用孔隙度、滲透率、含氣飽和度作為儲(chǔ)層分類評(píng)價(jià)參數(shù)。與常規(guī)儲(chǔ)層相比，頁巖儲(chǔ)層的孔隙度、含氣飽和度和有機(jī)質(zhì)豐度分別表征了頁巖儲(chǔ)層游離氣和吸附氣含量，孔隙度、含氣飽和度和有機(jī)質(zhì)豐度中任何單項(xiàng)參數(shù)均不能反應(yīng)儲(chǔ)層含氣性（喬輝等，2018）；而儲(chǔ)層含氣量是游離氣含量與吸附氣含量之和，集中體現(xiàn)了頁巖儲(chǔ)層含氣特征，反映了頁巖儲(chǔ)層開發(fā)物質(zhì)基礎(chǔ)。同時(shí)，頁巖儲(chǔ)層原始滲透率極低，長寧、威遠(yuǎn)區(qū)塊平均滲透率分別為0.29×10-3mD和0.044×10-3mD（金之鈞等，2016），只有經(jīng)過大規(guī)模體積壓裂后形成壓裂縫網(wǎng)儲(chǔ)層滲流能力才能得到改善。因此，可壓裂性是制定壓裂方案的一項(xiàng)重要依據(jù)（Guo et al., 2012；袁俊亮等，2013；孫建孟等，2015；鄒才能等，2015），是頁巖儲(chǔ)層評(píng)價(jià)中反應(yīng)工程因素的關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)。本文采用含氣量表征頁巖儲(chǔ)層的物質(zhì)基礎(chǔ)，選取脆性指數(shù)表征頁巖儲(chǔ)層的壓裂改造條件，共同構(gòu)建頁巖儲(chǔ)層分類評(píng)價(jià)參數(shù)指標(biāo)體系（圖8）。

當(dāng)脆性指數(shù)大于40%，壓裂縫寬閉合形態(tài)呈復(fù)雜，當(dāng)脆性指數(shù)超過50%，壓裂縫網(wǎng)逐漸由簡單縫轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)雜體積縫；而依據(jù)有利目標(biāo)區(qū)優(yōu)選標(biāo)準(zhǔn)，含氣量超過/t 是判別儲(chǔ)層和非儲(chǔ)層的界限。因此，分別將脆性指數(shù)40%、50%和含氣量1 m3/t、4 m3/t作為劃分標(biāo)準(zhǔn)，將川南地區(qū)評(píng)價(jià)井測井解釋氣層和含氣層劃分為三類。以含氣量1 m3/t和脆性指數(shù)40%為下限，Ⅰ類儲(chǔ)層含氣量大于4 m3/t，脆性指數(shù)高于50%；Ⅱ類儲(chǔ)層含氣量和脆性指數(shù)中其中一項(xiàng)指標(biāo)低于4 m3/t或50%；Ⅲ類儲(chǔ)層含氣量高于1 m3/t，脆性指數(shù)高于40%；含氣量低于1 m3/t則為非儲(chǔ)層。整體上（圖9），川南地區(qū)五峰組—龍一1亞段各小層品質(zhì)較好，以I、II 類儲(chǔ)層為主，局部為III類儲(chǔ)層。

5.2 應(yīng)用實(shí)例分析

以川南地區(qū)兩口實(shí)鉆水平井為例，兩口井壓裂施工中工藝設(shè)計(jì)均采用：（1）壓裂液采用滑溜水與活性膠液組合配方；（2）支撐劑選取100目石英砂與40/70目陶粒組合方式，微縫＋支縫＋主縫三級(jí)導(dǎo)流能力設(shè)計(jì)；（3）橋塞分段式加砂為主；（4）使用前置酸液作為前置液的一部分，調(diào)整膠液注入用量和注入時(shí)機(jī)，實(shí)時(shí)加入可降解暫堵劑實(shí)現(xiàn)縫內(nèi)轉(zhuǎn)向，保證裂縫高度延伸和平面上有效擴(kuò)展。壓裂液配方和支撐劑性能等工藝參數(shù)均相同（任勇等，2015；劉旭禮，2016）。

圖9 川南地區(qū)長寧區(qū)塊評(píng)價(jià)井各小層分類評(píng)價(jià)剖面圖Fig.9 Core stratigraphy showing classified evaluation of reservoirs in Changning area,southern Sichuan Basin

兩口井施工參數(shù)中（表1），1 井水平井段長1600 m，單段加砂量113.32 t，液量1887 m3，平均施工排量13.6 m3/min，壓裂段數(shù)19 段，測試產(chǎn)量為28.77×104m3/d，單井EUR達(dá)14925×104m3；2井水平井段長1404 m，單段加砂量104.75 t，液量1900 m3，平均施工排量12.85 m3/min，壓裂段數(shù)12段，測試產(chǎn)量3.84×104m3/d，單井EUR 為2756×104m3。對(duì)比壓裂設(shè)計(jì)方案和實(shí)際壓裂施工參數(shù)發(fā)現(xiàn)，兩口井均采用相同壓裂施工方案，且單段加砂量、液量和施工排量等施工參數(shù)相當(dāng)，但兩口井測試產(chǎn)量和EUR 相差明顯。進(jìn)一步采用上述儲(chǔ)層分類評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，開展實(shí)鉆軌跡儲(chǔ)層分類評(píng)價(jià)結(jié)果表明：1井Ⅰ類儲(chǔ)層實(shí)際鉆遇率50.84%，2井Ⅰ類儲(chǔ)層實(shí)際鉆遇率僅6.34%，鉆遇儲(chǔ)層物質(zhì)基礎(chǔ)相差較大；Ⅰ類儲(chǔ)層鉆遇率對(duì)頁巖氣水平井測試產(chǎn)量和EUR 影響關(guān)鍵，鉆遇儲(chǔ)層物質(zhì)基礎(chǔ)是氣井高產(chǎn)的必要保障。

表1 川南地區(qū)兩口水平井壓裂施工參數(shù)對(duì)比Table 1 Fracturing parameters for two horizontal wells in the southern Sichuan Basin

6 結(jié)論

（1）在頁巖氣選區(qū)基礎(chǔ)上，建立了南方海相五峰組—龍馬溪組頁巖儲(chǔ)層分類評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系：孔隙度（Φ）大于3%，含氣飽和度（Sg）高于30%，巖石骨架密度（DEN）低于2.7 g/cm3，脆性指數(shù)（BI）高于40%時(shí)，對(duì)應(yīng)含氣量（Vt）高于1 m3/t，可有效識(shí)別出儲(chǔ)層與非儲(chǔ)層

（2）選取含氣量和脆性指數(shù)將有效儲(chǔ)層劃分為三類，I類儲(chǔ)層含氣量（Vt）高于4 m3/t，脆性指數(shù)（BI）高于50%；II類儲(chǔ)層含氣量與脆性指數(shù)中任何一項(xiàng)低于4 m3/t 或50%；三類儲(chǔ)層含氣量（Vt） 介 于 1～4 m3/t， 脆 性 指 數(shù) （BI） 為 40%～50%，據(jù)此建立了有效儲(chǔ)層分類評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

（3）采用以上頁巖儲(chǔ)層分類標(biāo)準(zhǔn)對(duì)四川盆地川南地區(qū)評(píng)價(jià)井（直井）開展分類評(píng)價(jià)表明，五峰組—龍一亞段儲(chǔ)層整體含氣性和脆性指數(shù)均較高，其中五峰組和龍一1亞段四個(gè)小層以I 類儲(chǔ)層為主，含II 類儲(chǔ)層夾層，龍一2亞段局部僅為II 類儲(chǔ)層和III 類儲(chǔ)層。川南地區(qū)長寧、威遠(yuǎn)和昭通示范區(qū)已投產(chǎn)頁巖氣開發(fā)井（水平井）鉆遇儲(chǔ)層分析表明：鉆遇不同品質(zhì)儲(chǔ)層氣井測試產(chǎn)量相差較大，Ⅰ類儲(chǔ)層鉆遇率與氣井測試產(chǎn)量間呈正相關(guān)關(guān)系，鉆遇優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層比例越高氣井測試產(chǎn)量越高，且當(dāng)Ⅰ類儲(chǔ)層鉆遇率超過50%，水平井測試產(chǎn)量高于15×104m3/d 的概率達(dá)92%，對(duì)應(yīng)氣井EUR 在8000×104m3以上。進(jìn)一步優(yōu)化水平井井眼軌跡、提高I類儲(chǔ)層鉆遇率是提高水平井單井產(chǎn)量的有效途徑，是頁巖氣水平井技術(shù)攻關(guān)的主要方向之一。