頁巖氣儲層可壓裂性級別測井評價及展布特征
——以川南X 地區(qū)五峰組—龍馬溪組為例

叢 平，閆建平，3，井 翠，張家浩，唐洪明，王 軍，耿 斌，王 敏，晁 靜

（1.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室·西南石油大學(xué)，成都 610500；2.西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，成都 610500；3.中國地質(zhì)大學(xué)構(gòu)造與油氣資源教育部重點實驗室，武漢 430074；4.四川長寧天然氣開發(fā)有限責(zé)任公司，成都 610051；5.中國石化勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院，山東東營 257015）

0 引言

目前常規(guī)油氣藏已經(jīng)很難滿足現(xiàn)今社會經(jīng)濟快速發(fā)展對石油資源的需求，世界各國都重視頁巖氣等非常規(guī)油氣資源的勘探和開發(fā)。加拿大西部和美國已經(jīng)實現(xiàn)了頁巖氣的商業(yè)化開采，且產(chǎn)量可觀［1］。我國頁巖氣的勘探開發(fā)也取得了較大進(jìn)展，評價頁巖可壓裂性是國內(nèi)外的研究重點之一，如：Mullen 等［2］利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法計算了動態(tài)楊氏模量、閉合應(yīng)力和最小水平主應(yīng)力；Rickman 等［3］利用測井?dāng)?shù)據(jù)結(jié)合巖心實驗資料對巖石可壓裂性進(jìn)行了評價，指出地球化學(xué)參數(shù)及力學(xué)實驗參數(shù)可作為可壓裂性評價的指標(biāo)；Jarvie 等［4］利用脆性礦物來評價頁巖的可壓裂性；Enderlin 等［5］系統(tǒng)地闡述了可壓裂性的含義，并定義了可壓裂性指數(shù)的計算公式。國內(nèi)學(xué)者針對頁巖儲層可壓裂性評價也開展了很多富有成效的工作：唐穎等［6］從脆性指數(shù)、脆性礦物含量和多項力學(xué)參數(shù)等多角度評價頁巖的可壓裂性，并建立了定性評價方法；王松等［7］通過分析人工裂縫與天然裂縫相交后的起裂模式對巖石的可壓裂性進(jìn)行了綜合評價；王鵬等［8］利用X 射線衍射、巖石力學(xué)測試結(jié)果和計算的彈性參數(shù)來評價頁巖的脆性；趙金洲等［9］整合巖石組分、彈性力學(xué)、天然裂縫發(fā)育這3 項因素，對頁巖儲層縫網(wǎng)進(jìn)行了可壓裂性綜合評價。這些研究通常僅限于單井剖面的評價，缺乏宏觀上反映頁巖儲層不同可壓裂性層段展布規(guī)律和對有利“甜點”區(qū)域的預(yù)測。

以川南X 地區(qū)五峰組—龍一段1 亞段（龍一1）頁巖氣藏為例，在分析反映可壓裂性評價指標(biāo)的基礎(chǔ)上，提取能表征頁巖可壓裂性的5 項敏感參數(shù)，再通過層次分析法計算各項參數(shù)的權(quán)重，建立定量識別頁巖氣儲層可壓裂級別的“綜合壓裂系數(shù)（Icr）法”，將可壓裂級別分級，進(jìn)一步開展多井可壓裂級別劃分與連井剖面對比，確定在可壓裂性地層的平面分布規(guī)律，以期為該區(qū)頁巖氣勘探開發(fā)中的完井水力壓裂工程設(shè)計提供依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

四川盆地位于揚子準(zhǔn)地臺的西北部，介于龍門山—大巴山臺緣坳陷與滇黔川鄂臺褶帶之間，盆地呈北東向菱形展布，經(jīng)歷了多期構(gòu)造運動才形成了現(xiàn)今的構(gòu)造體系。X 背斜頂部出露寒武系—志留系，兩翼為二疊系—三疊系［10］。X 地區(qū)繼承了四川盆地的構(gòu)造演化特征，形成了一系列北東—南西雁列式褶皺［圖1（a）］。在奧陶紀(jì)晚期，雪峰隆起、川中隆起和黔中隆起均出露在海平面之上，使奧陶紀(jì)早中期的頁巖具有廣海特征，在大面積低能、欠補償、缺氧的沉積環(huán)境下形成了低孔、低滲、有機質(zhì)含量高的頁巖地層。在奧陶紀(jì)末和志留紀(jì)初，發(fā)生了2 次全球性海侵，該地區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖的形成正是這2 次海侵的沉積響應(yīng)。受構(gòu)造運動及海侵影響，奧陶紀(jì)晚期五峰組沉積時期形成了一套深水細(xì)粒沉積巖，主要發(fā)育硅質(zhì)頁巖、硅質(zhì)巖和碳酸鹽巖，志留紀(jì)早期龍馬溪組沉積時期形成了一套以黑色頁巖為主的細(xì)粒碎屑巖，礦物有長英質(zhì)（長石+石英）、黏土、有機質(zhì)，大量碳酸鹽及少量黃鐵礦［11］，脆性礦物含量較高，有利于儲層壓裂改造。龍馬溪組頁巖氣儲層分布穩(wěn)定，埋藏深度較淺，底部總有機碳含量較高，是頁巖氣開采的主力層段［12］。

根據(jù)巖心觀察的沉積旋回特征，將龍馬溪組由下往上分為龍一段和龍二段，根據(jù)次級旋回和巖性特征將龍一段分為2 個亞段：龍一1和龍一2。龍一2為高體系域逐漸海退的沉積旋回，頂部發(fā)育大段砂泥質(zhì)互層和夾層，筆石數(shù)量少，底部以深灰色、黑色頁巖為主，厚度為105～200 m。龍一1主要為有機質(zhì)豐富的黑色炭質(zhì)頁巖，頁理發(fā)育，富含大量形態(tài)各異的筆石化石，含黃鐵礦結(jié)核和條帶，厚度為36～48 m，為持續(xù)海退的進(jìn)積式反旋回［13］，根據(jù)巖石學(xué)、沉積構(gòu)造、古生物和電性特征將其分為4 個小層，自下而上為：龍一11，龍一12，龍一13，龍一14［圖1（b）］。

圖1 川南X 地區(qū)構(gòu)造位置（a）和地層劃分（b）Fig.1 Structural location（a）and stratigraphic division（b）of X area in southern Sichuan Basin

2 頁巖可壓裂性分析

2.1 可壓裂性評價參數(shù)

通常情況下，巖石力學(xué)參數(shù)決定了壓裂裂縫的形狀和大小，楊氏模量、泊松比、脆性礦物、脆性指數(shù)、抗壓強度和抗拉強度等巖石力學(xué)參數(shù)在一定程度上反映儲層可壓裂性的好壞［14］。自然伽馬、補償密度等曲線則是間接反映巖石脆性的指標(biāo)。

2.1.1 楊氏模量（E）

楊氏模量是指巖石線性應(yīng)變時，應(yīng)力與應(yīng)變的比值，其大小為彈性體單位線應(yīng)變產(chǎn)生的應(yīng)力大小，是衡量巖石破裂后能夠保留裂縫的能力。一般巖石的楊氏模量越高，產(chǎn)生并保留裂縫的能力越強，可壓裂性越好。

式中：μ，λ，E分別為剪切模量、拉梅系數(shù)和楊氏模量，GPa；Δtp，Δts分別為縱波時差和橫波時差，μs/m；vs為橫波波速，m/μs；ρ為地層密度，g/cm3。

圖2 為川南X 地區(qū)N216 井力學(xué)參數(shù)計算結(jié)果與測錄井解釋剖面。2 315.75～2 325.20 m 測錄井解釋為氣層，按照X 地區(qū)的頁巖氣儲層品質(zhì)級別綜合評價標(biāo)準(zhǔn)：產(chǎn)氣量＞1.0 萬m3/d，有機質(zhì)含量高，為i 類儲層；產(chǎn)氣量為0.3～1.0 萬m3/d，有機質(zhì)含量較多，為ii 類儲層；產(chǎn)氣量＜0.3 萬m3/d，有機質(zhì)含量較少，為iii 類儲層，將該段儲層品質(zhì)級別定為i 類，電成像資料顯示該段裂縫發(fā)育，楊氏模量較高，為48.5～55.4 GPa，平均為52.9 GPa，可壓裂性好。

2.1.2 泊松比（σ）

泊松比是反映巖石抵抗應(yīng)力破壞的能力大小，是彈性體發(fā)生變形時橫向縮短和縱向伸長的比例，是表征巖石脆性的主要參數(shù)之一。泊松比的大小與巖石的脆性成負(fù)相關(guān)關(guān)系，巖石的泊松比越小，抵抗應(yīng)力破壞的能力越弱，產(chǎn)生裂縫所需的應(yīng)力越小。巖石脆性越好，泊松比越小，巖石越容易起裂，其計算公式如下

以N216 井為例（參見圖2），測錄井解釋的氣層段為2 315.75～2 325.20 m，該段的泊松比值較低，為0.19～0.23，平均為0.21。

2.1.3 脆性礦物含量（Xx）

脆性礦物含量主要是指脆性礦物（石英+長石+碳酸鹽礦物）與巖石中總礦物的比值，X 地區(qū)頁巖中的礦物主要有石英、長石、碳酸鹽礦物、黏土和少量黃鐵礦。通常，巖石中脆性礦物含量越高，受到應(yīng)力越容易形成復(fù)雜的天然裂縫網(wǎng)絡(luò)，可壓裂性越好，其計算公式為

以N216 井為例（參見圖2），該井五峰組—龍一1的礦物中主要有黏土、碳酸鹽、長英質(zhì)和少量黃鐵礦，裂縫最發(fā)育段為2 315.75～2 325.20 m，該段碳酸鹽和長英質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，二者之和為80%～95%，平均為89.4%，脆性礦物含量較高，脆性強，可壓裂性好，有利于頁巖壓裂開發(fā)。

2.1.4 脆性指數(shù)（Ib）

脆性指數(shù)是評價巖石在應(yīng)力條件下能否形成有效裂縫及與裂縫形態(tài)有關(guān)的參數(shù)之一［15］，主要表征了巖石受力被破壞前形成的小的塑性應(yīng)變，在破裂時以彈性形式釋放形成裂縫的能力，是巖石的一種固有屬性［16］。通常，脆性指數(shù)越高，巖性越脆，越容易形成縫網(wǎng)；反之，巖石中容易只形成簡單的雙翼型裂縫。脆性指數(shù)的計算方法主要有3 種：一是用巖石礦物含量計算；二是用巖石力學(xué)參數(shù)計算；三是基于電成像的像素刻畫頁巖礦物譜來計算［17］。本文采用第1 種方法。

式中：Wbrit，Wtotal分別為脆性礦物和總礦物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。

以N216 井為例（參見圖2），該井裂縫發(fā)育最好的層段為2 315.75～2 325.20 m，該段脆性指數(shù)值較高，為48.8%～53.6%，平均為51.4%。

2.1.5 抗拉強度（ST）和抗壓強度（SC）

抗拉強度和抗壓強度均是反映巖石井壁穩(wěn)定性的關(guān)鍵參數(shù)［18］，可衡量巖石在壓應(yīng)力和拉應(yīng)力條件下的強度極限，在一定程度上描述了巖石的力學(xué)特性?？估瓘姸仁侵笌r石在拉應(yīng)力作用下被破壞時，與拉力垂直的斷面上的平均拉應(yīng)力，抗拉強度與抗壓強度成正比，二者都能反映巖石脆性的好壞，且與巖石的斷裂韌度成正相關(guān)關(guān)系。斷裂韌度是巖石的固有屬性之一，可反映巖石可壓裂的難易程度，且在頁巖水力壓裂過程中，斷裂韌度越小，形成的裂縫越容易延伸且復(fù)雜，可增強巖石裂縫的連通性［19］。任巖等［20］的研究表明，隨著巖石圍壓的增加，巖石的脆性增加，脆性指數(shù)增加，抗壓強度與抗拉強度值有所減小，抗拉強度、抗壓強度與巖石的脆性成負(fù)相關(guān)關(guān)系，與巖石的塑性成正相關(guān)關(guān)系。王春權(quán)等［21］利用抗拉強度與巖石可壓裂性的關(guān)系，開發(fā)了水壓致裂的測量方法?？箟簭姸群涂估瓘姸仍叫?，巖石的可壓裂性越好，利用巖石抗拉強度與抗壓強度之間的關(guān)系，來進(jìn)行計算［22］

式中：SC，ST分別為巖石的單軸抗壓強度和抗拉強度，MPa。

2.1.6 水平主應(yīng)力差（Dc）

水平主應(yīng)力差是指最大水平主應(yīng)力與最小水平主應(yīng)力之差，是巖石破裂后縫網(wǎng)形成的重要因素。天然裂縫能否張開形成有效裂縫，水平主應(yīng)力差是影響因素之一［23］。

式中：pSU，pp分別為巖石的上覆地層壓力和孔隙壓力，MPa；Dmin，Dmax，Dc分別為最小水平主應(yīng)力、最大水平主應(yīng)力和水平主應(yīng)力差，MPa；ρz為密度測井值，g/cm3；g為重力加速度，m/s2；H為采樣點深度，m；B1，B2均為地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)，結(jié)合力學(xué)實驗數(shù)據(jù)確定研究區(qū)內(nèi)B1，B2分別取值0.664 6，0.855 7。

Blanton［24］的實驗研究認(rèn)為，主應(yīng)力差與逼近角對于裂縫延伸有影響。逼近角是指最大水平主應(yīng)力與天然裂縫之間的夾角，當(dāng)逼近角為0°～30°時，水平主應(yīng)力差無論多大，天然裂縫都會張開，水力裂縫改變先前的延伸路徑，有利于形成裂縫網(wǎng)。當(dāng)逼近角為30°～60°時，水平主應(yīng)力差較小，天然裂縫張開，也有利于巖石中形成復(fù)雜的縫網(wǎng)；當(dāng)水平主應(yīng)力差較大時，天然裂縫不能張開，不利于形成復(fù)雜縫網(wǎng)。當(dāng)逼近角為60°～90°時，無論水平主應(yīng)力差多大，天然裂縫都不易張開，不利于形成裂縫網(wǎng)（表1）。

表1 水平主應(yīng)力差與逼近角的影響Table 1 Influence of horizontal stress difference and approaching angle

根據(jù)水平主應(yīng)力差和逼近角的影響，可以看出，無論巖石中逼近角的大小，低水平主應(yīng)力差都有利于巖石產(chǎn)生復(fù)雜縫網(wǎng)，而高水平主應(yīng)力差不利于巖石中復(fù)雜縫網(wǎng)的形成。

以N216 井為例（參見圖2），裂縫最發(fā)育層段2 315.75～2 325.20 m 的水平主應(yīng)力差較小，為10.6～11.1 MPa，平均為10.9 MPa。

2.1.7 測井資料

科技是第一生產(chǎn)力這個論斷，同樣適用于高校的食品衛(wèi)生安全管理。飲食總公司分別對食堂進(jìn)行了“明廚亮灶”和“視頻門禁”兩個專項建設(shè)。其中，學(xué)校通過兩期的“明廚亮灶”建設(shè)，共投入121萬元，在12個樓面食堂共安裝286個紅外攝像頭，實現(xiàn)了對2萬多平方米的食堂所有加工區(qū)域進(jìn)行全方位、全時段的實時監(jiān)控，而且所有視頻匯集到總公司中心監(jiān)控室。而通過“視頻門禁”建設(shè)，總公司對學(xué)校所有食堂的后廚出入通道實現(xiàn)全面刷卡管理。通過這種升級管理手段的辦法，師生們對食堂生產(chǎn)加工安全方面的疑慮減少了，總公司對食堂食品安全生產(chǎn)內(nèi)控的能力增強了。

對于巖石可壓裂性較為敏感的測井參數(shù)主要有自然伽馬和補償密度。自然伽馬值主要表征自然放射性的大小，與巖石中有機質(zhì)含量和泥質(zhì)含量關(guān)系密切，密度曲線也能一定程度上反映巖性。巖石中脆性礦物含量越高，脆性越好，密度值會出現(xiàn)相對高值，因為頁巖氣儲層中泥質(zhì)含量普遍較高，井壁不穩(wěn)定，有時出現(xiàn)擴徑現(xiàn)象，擴徑井段密度曲線資料失真，不利于分析評價頁巖可壓裂性，須要適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行校正。

以N216 井為例（參見圖2），2 315.75～2 325.20 m氣層段的自然伽馬值為124.2～171.3 API，平均為148.1 API，為高值背景下的相對低值，說明該段泥質(zhì)含量相對較低；井徑曲線正常，密度為2.5～2.7 g/cm3，屬于高值背景下的略低值，表明頁巖中脆性礦物含量較高，具有一定脆性，可壓裂性較好。

2.2 定性評價方法

利用反映頁巖可壓裂性的各項巖石力學(xué)參數(shù)，結(jié)合巖心和測井資料，分析評價頁巖氣儲層的可壓裂性。選取自然伽馬、密度、脆性指數(shù)、楊氏模量、脆性礦物含量、抗拉強度、抗壓強度水平主應(yīng)力差和裂縫發(fā)育程度等9 項指標(biāo)來建立劃分可壓裂性級別的方案：①Ⅰ級可壓裂級別最高，該類層段的脆性礦物含量、脆性指數(shù)、密度和楊氏模量均為高值，自然伽馬、泊松比、抗壓強度、抗拉強度和水平主應(yīng)力差均為低值，裂縫網(wǎng)復(fù)雜，在開發(fā)過程中有利于進(jìn)行壓裂改造。②Ⅱ級可壓裂級別僅次于Ⅰ級，該類層段的脆性礦物含量、脆性指數(shù)、密度和楊氏模量均為中—高值，泊松比、抗壓強度、抗拉強度和水平主應(yīng)力差值均略高于Ⅰ級，整體為中—低值，自然伽馬是高值背景下的低值，發(fā)育一定量的天然裂縫，可壓裂性較好。③Ⅲ級可壓裂級別最低，該類層段的脆性礦物含量、脆性指數(shù)、密度和楊氏模量均為低值，泊松比、抗壓強度和抗拉強度均較高，自然伽馬為高值，水平主應(yīng)力差較大，天然裂縫幾乎不發(fā)育，不利于頁巖氣壓裂增產(chǎn)（表2）。

表2 定性劃分川南X 地區(qū)頁巖氣儲層可壓裂性級別方案Table 2 Program of fracturing grade of shale gas reservoir for qualitative division in X area，southern Sichuan Basin

綜合分析可知，脆性指數(shù)、脆性礦物含量、楊氏模量和密度越高，抗壓強度、抗拉強度、泊松比、水平主應(yīng)力差和自然伽馬越低，天然裂縫發(fā)育越好，巖石可壓裂性級別越高。

2.3 綜合可壓裂系數(shù)（Icr）定量分析

定性評價頁巖氣儲層可壓裂性級別有一定效果，但不宜多井大數(shù)據(jù)量處理解釋，本文采用層次分析法分析［25-26］，將評價問題的思維過程進(jìn)行層次化、條理化［27］，構(gòu)造出一個有層次的結(jié)構(gòu)模型，主要層次可劃分為3 層：目的層、準(zhǔn)則層、方案層。根據(jù)問題目標(biāo)，將與問題相關(guān)的各項因素分解，兩兩對比，衡量各項因素的權(quán)重［28］，用數(shù)字1～9 和對應(yīng)的倒數(shù)來標(biāo)度（表3），得出各因素的權(quán)重，并組成各層次的判斷矩陣。

表3 構(gòu)建對比矩陣各標(biāo)度及含義Table 3 Scale and meaning of the contrast matrix

從9 項指標(biāo)中提取出能夠表征X 地區(qū)頁巖可壓裂性的5 項參數(shù)：脆性指數(shù)、抗拉強度、泊松比、楊氏模量和水平主應(yīng)力差，將這5 項指標(biāo)兩兩進(jìn)行比較后，得出判斷矩陣（表4）。

表4 頁巖氣儲層可壓裂性級別判斷矩陣元素取值Table 4 Judgment matrix element values of shale gas reservoir fracturing grade

具體步驟為：

（1）建立判斷矩陣

式中：A為權(quán)重比矩陣；W為權(quán)重向量；λmax為最大特征值。

（2）利用層次分析理論中的特征向量法計算權(quán)重向量W=［0.495 1，0.271 6，0.130 7，0.062 6，0.040 1］，即各參數(shù)的權(quán)重系數(shù)分別為0.495 1，0.271 6，0.130 7，0.062 6 和0.040 1，可得出綜合壓裂系數(shù)

（3）利用判斷矩陣的特征值對判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗

式中：n為選取的元素項數(shù)；IC為一致性指標(biāo)；IR為隨機一致性指標(biāo)，其取值見表5，本文取值為1.12；ICR為一致性比例。

表5 平均隨機一致性指標(biāo)取值Table 5 Average random consistency index values

當(dāng)ICR＜0.1時，認(rèn)為判斷矩陣一致性符合要求，否則，應(yīng)對判斷矩陣作適當(dāng)修正。該判斷矩陣計算的IC=0.104 3，ICR=0.093 2＜0.1，其一致性符合要求。

（4）對評價參數(shù)進(jìn)行歸一化，歸一化后的值為0～1。對正向參數(shù)如楊氏模量等進(jìn)行正向歸一化

對負(fù)向參數(shù)如泊松比等進(jìn)行負(fù)向歸一化

當(dāng)參數(shù)為正向參數(shù)時，值越大，可壓裂性越好；當(dāng)參數(shù)為負(fù)向參數(shù)時，值越小，可壓裂性越好。

2.4 可壓裂級別劃分

依據(jù)上述方法開展多口井五峰組—龍一1頁巖地層綜合可壓裂系數(shù)（Icr）的計算，并根據(jù)計算的Icr大小，參考巖心、錄井的裂縫描述資料，結(jié)合符合研究區(qū)內(nèi)實際勘探開發(fā)的結(jié)果等多方面因素，在定性劃分的3 個可壓裂性級別（參見表2）的基礎(chǔ)上進(jìn)行定量劃分（表6）。

表6 川南X 地區(qū)頁巖氣儲層可壓裂性級別定量識別標(biāo)準(zhǔn)Table 6 Standard for quantitatively identification fracture capability of shale gas reservoir in X area，southern Sichuan Basin

以N217 井為例，根據(jù)建立的可壓性裂級別定量劃分方案，對該井五峰組—龍一1地層進(jìn)行可壓裂性級別識別，可知：Ⅰ級層段5 段，主要分布在龍一12和五峰組下部，分別為2 948.69～2 949.20 m，2 950.06～2 953.14 m，2 953.90～2 956.26 m，2 956.73～2 958.96 m 和2 962.20～2 962.92 m；Ⅱ級層段9 段，主要分布在龍一11、龍一13和龍一14；Ⅲ級層段5 段，主要存在于龍一11下部、龍一13和五峰組中上部（圖3）。結(jié)合各層段儲層類型結(jié)果，有機質(zhì)含量較高，且含氣量較大的ⅰ類儲層通常為Ⅰ級，而有機質(zhì)含量較少，含氣量較少的Ⅱ類，Ⅲ類儲層也主要為Ⅱ，Ⅲ級，結(jié)合地質(zhì)“甜點”和工程“甜點”可知N217井的龍一12為最優(yōu)開發(fā)層段。

將N217 井計算出的力學(xué)參數(shù)（抗壓強度、泊松比、楊氏模量）分別與三軸巖石力學(xué)實驗測出相對應(yīng)的靜態(tài)力學(xué)參數(shù)相比較（圖4）可知，兩兩相關(guān)性均較高，且趨勢具有一致性。統(tǒng)計各層段裂縫密度，結(jié)合電成像資料可知，該井劃分出的Ⅰ級和Ⅱ級層段發(fā)育的裂縫條數(shù)較多，結(jié)果較可靠。

圖4 力學(xué)參數(shù)計算結(jié)果與三軸巖石力學(xué)實驗結(jié)果對比Fig.4 Comparison of mechanical parameters and triaxial rock mechanical experiment results

3 可壓裂性級別劃分應(yīng)用

利用上述建立的可壓裂性級別定量識別方法及單井識別結(jié)果，進(jìn)一步結(jié)合連井剖面和地質(zhì)平面圖，綜合分析川南X 地區(qū)有利的可壓裂性層段和地區(qū)，為頁巖氣“甜點”預(yù)測及有效開發(fā)提供指導(dǎo)。

3.1 可壓裂性級別縱向分析

為了從宏觀上分析研究區(qū)頁巖氣地層可壓裂性的好壞，選取了相交的2 條連井剖面，連井剖面1 包含N201，N203，N208 和N210 井，連井剖面2包含N209，N201，N216，N217 和N215 井，根據(jù)可壓裂級別劃分方案，通過多井連井剖面反映研究區(qū)五峰組—龍一1地層可壓裂性情況。對連井剖面1中4 口井的五峰組—龍一1各層段進(jìn)行單井可壓裂性級別劃分，如圖5 所示，Ⅰ級層段多發(fā)育于龍一11和龍一12，Ⅱ級多發(fā)育于五峰組，從N201，N208 和N210 井的生產(chǎn)測試資料可知，龍一11和龍一12產(chǎn)氣量高，如N201 井2 516.28～2 519.36 m 層段可壓裂級別多為Ⅰ級，產(chǎn)氣量為1.00萬m3/d，為主要產(chǎn)層，而被劃分為Ⅱ級的2 504.88～2 507.62 m層段，產(chǎn)氣量為0.72 萬m3/d，明顯低于2 516.28～2 519.36 m層段的產(chǎn)氣量。

對連井剖面2 中的5 口井五峰組—龍一1進(jìn)行可壓裂性級別單井劃分與連井對比，如圖6 所示，Ⅰ級層段也主要分布在龍一11和龍一12，五峰組多為Ⅱ級，根據(jù)N201 和N209 井的生產(chǎn)測試結(jié)果可知，龍一11和龍一12產(chǎn)氣量高。以N209 井為例，該井3 167.00～3 170.00 m 層段可壓裂級別為Ⅰ級，試氣結(jié)果顯示，該段產(chǎn)氣量為0.027 7萬m3/d，3 156.00～3 159.00 m 層段可壓裂級別為Ⅱ級，產(chǎn)氣量為0.020 3萬m3/d，低于前者。

圖6 川南X 地區(qū)連井剖面2 五峰組—龍一1可壓裂級別劃分結(jié)果（位置見圖1）Fig.6 Fracturing grade division of Wufeng Formation-Longyi1 submember in well-tieprofile2 of Xarea，southern Sichuan Basin

對研究區(qū)內(nèi)15 口井的五峰組—龍一12頁巖地層可壓裂性級別進(jìn)行劃分，統(tǒng)計其中Ⅰ級和Ⅱ級的地層厚度比，如表7 所列，Ⅰ級厚度比較高，Ⅱ級厚度比中等，Ⅲ級所占地層厚度比最低。

川南X 地區(qū)主要發(fā)育硅質(zhì)頁巖、黏土質(zhì)硅質(zhì)混合頁巖、鈣質(zhì)硅質(zhì)混合頁巖3 種巖相，其中硅質(zhì)頁巖發(fā)育最為廣泛［30］，硅質(zhì)頁巖的可壓裂性級別多為Ⅰ級或Ⅱ級，可壓裂性較好，且有機質(zhì)豐富，也是研究區(qū)內(nèi)最有利的巖相；其次發(fā)育較多的巖相是黏土質(zhì)硅質(zhì)混合頁巖，可壓裂性級別多為Ⅱ級；鈣質(zhì)硅質(zhì)混合頁巖的可壓裂性多為Ⅱ級和Ⅰ級。整體而言，可壓裂性最好的巖相主要為硅質(zhì)頁巖和鈣質(zhì)硅質(zhì)混合頁巖（圖7）。

圖7 不同巖相和其可壓裂性級別的發(fā)育率Fig.7 Development rates of different lithofacies and different fracturing grades

3.2 可壓裂性級別平面分布規(guī)律

根據(jù)上述單井五峰組—龍一12可壓裂性級別的劃分與識別結(jié)果，及各井中Ⅰ級和Ⅱ級層段厚度所占的地層厚度比，在地質(zhì)平面圖中用等值線來表示不同可壓裂性級別頁巖厚度的平面展布情況，如圖8 所示，Ⅰ級層段厚度比為0.8～0.9 主要分布在N201，N209，N203，N208 和N211 井區(qū)；Ⅰ級層段厚度比為0.7～0.8 主要分布在N227 和N225 井區(qū)；Ⅰ級層段厚度比為0.6～0.7 主要分布在N212，N213，N216，N217，N222 和N224 井區(qū)。N210 井和N215井所在區(qū)域Ⅰ級層段的厚度比分別為0.5～0.6 和小于0.5，可壓裂性較差。由此可以得出，平面上可壓裂性好的區(qū)域主要在N201，N209，N203，N208和N211 井所在區(qū)域，也是最適合設(shè)計長井段水平井壓裂作業(yè)進(jìn)行頁巖氣開發(fā)的區(qū)域。

圖8 川南X 地區(qū)五峰組—龍一12Ⅰ級可壓裂性地層厚度比分布Fig.8 Distribution of thickness ratio of fracturing gradeⅠin Wufeng Formation-Longyi12sublayer in X area，southern Sichuan Basin

靶窗位置是影響地質(zhì)和工程的重要因素，結(jié)合工程“甜點”和地質(zhì)“甜點”的特征可以有效地選取研究區(qū)較好的靶窗位置［31］，綜合認(rèn)為：縱向測井剖面上反映出五峰組和龍一11、龍一12發(fā)育硅質(zhì)頁巖，可壓裂性級別以Ⅰ級為主，且該層段中的有機碳含量較高，是有利的地質(zhì)“甜點”層段和水平井靶體優(yōu)選層段；宏觀地質(zhì)平面上，可壓裂性好的區(qū)域在主要分布在N201，N209，N203，N208 和N211 井所在的區(qū)域，有利于水平井鉆遇地質(zhì)“甜點”和壓裂分段優(yōu)選，為川南X 地區(qū)頁巖氣高效開法方案實施提供了多維度依據(jù)。

4 結(jié)論

（1）優(yōu)選出最能表征頁巖氣儲層可壓裂性級別的5 項指標(biāo)，利用層次分析法建立了定量劃分頁巖可壓裂性級別的綜合壓裂評價系數(shù)Icr和劃分方案，當(dāng)Icr≥0.59 時，頁巖可壓裂性為Ⅰ級，Icr為0.42～0.59 時，頁巖可壓裂性為Ⅱ級，Icr≤0.42 時，頁巖可壓裂性最差，為Ⅲ級。

（2）通過多井可壓裂性級別定量劃分與識別，構(gòu)建2 條連井剖面，明確了川南X 地區(qū)五峰組—龍一12中Ⅰ級可壓裂性級別最為發(fā)育，可壓裂性最好，是五峰組—龍馬溪組中最有利的壓裂開發(fā)層段。

（3）統(tǒng)計川南X 地區(qū)五峰組—龍一12中Ⅰ級可壓裂性地層厚度所占總的地層厚度比數(shù)據(jù)，進(jìn)行地質(zhì)平面圖上等值線成圖顯示：N201，N209，N203，N208 和N211 井區(qū)域可壓裂性好，有利于水平井鉆遇地質(zhì)“甜點”和壓裂分段作業(yè)。