頁(yè)巖表觀滲透率影響因素

蔣 柯，曾 萍，蒲飛龍，宋威國(guó)，周 文，唐 潮

1成都理工大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都

2成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川 成都

3中國(guó)石油大學(xué)(北京)石油工程學(xué)院，北京

1. 前言

頁(yè)巖是由細(xì)粒沉積物經(jīng)成巖作用形成且頁(yè)理發(fā)育的細(xì)粒沉積巖或泥狀巖，是滲透率最小的沉積巖，滲透率普遍小于0.001 mD [1] [2] [3]。我國(guó)南方海相頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)區(qū)相比北美地區(qū)，具有時(shí)代老、熱演化及成巖演化程度高、經(jīng)歷了多期構(gòu)造改造、含氣豐度差異大等特點(diǎn)。高演化及多期構(gòu)造改造作用下頁(yè)巖氣儲(chǔ)層微孔隙發(fā)育特征、含氣特征及頁(yè)巖滲透率就成為海相頁(yè)巖氣富集評(píng)價(jià)的關(guān)鍵問(wèn)題，經(jīng)濟(jì)合理的頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)必須找到其頁(yè)巖氣優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)，即“甜點(diǎn)”區(qū)，這些區(qū)應(yīng)該具有儲(chǔ)層微孔隙發(fā)育、含氣量高、脆性高、天然孔隙裂縫發(fā)育等特點(diǎn)[4] [5]。目前除了涪陵-焦石壩、威遠(yuǎn)-長(zhǎng)寧等頁(yè)巖氣區(qū)取得商業(yè)化開(kāi)發(fā)以外，我國(guó)頁(yè)巖氣區(qū)的開(kāi)發(fā)很不理想，對(duì)頁(yè)巖表觀滲透率的影響因素認(rèn)識(shí)不全[6] [7] [8]。

國(guó)內(nèi)外對(duì)于頁(yè)巖滲透率的研究主要集中在頁(yè)巖滲透率計(jì)算方法及不同滲透率測(cè)試方法對(duì)頁(yè)巖表觀滲透率的影響方面[9] [10] [11]，對(duì)于頁(yè)巖本身對(duì)滲透率的影響研究較少。Ghanizadeh 等通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出氮?dú)鉁y(cè)量滲透率大于采用氬氣、甲烷測(cè)量滲透率[12] [13]。Cui 等提出若實(shí)驗(yàn)采用具有吸附效應(yīng)的氣體，如氮?dú)夂图淄?，則必須進(jìn)行吸附校正[14]。巖心柱取樣過(guò)程中容易產(chǎn)生人工裂縫，研究表明：巖心柱脈沖滲透率比巖屑脈沖滲透率測(cè)量值大1～3 個(gè)數(shù)量級(jí)[15] [16]。Labani 等提出實(shí)驗(yàn)條件對(duì)壓力脈沖衰減法測(cè)量的滲透率值具有很大的影響，結(jié)果表明：有效應(yīng)力越大測(cè)得的滲透率越小，低孔隙壓力條件下的克努森擴(kuò)散和分子滑脫效應(yīng)使?jié)B透率增大[17]。張宏學(xué)等采用脈沖衰減滲透率儀測(cè)試了煤系頁(yè)巖的裂縫滲透率及應(yīng)力敏感性，提出了與有效應(yīng)力相關(guān)的頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的滲透率模型，該模型不能真實(shí)反映地下儲(chǔ)層復(fù)雜和多變的應(yīng)力條件下的滲透率，只能反映巖石在單軸應(yīng)變和常體積條件下的滲透率[18]。卓仁燕等討論了內(nèi)壓與有效應(yīng)力對(duì)滲透率的影響，結(jié)果表明：在低內(nèi)壓條件下，由于滑脫效應(yīng)使?jié)B透率增加，頁(yè)巖滲透率隨有效應(yīng)力的升高呈非線性降低，孔隙壓力越低，應(yīng)力敏感性越強(qiáng)，有效應(yīng)力在升高、降低過(guò)程中存在應(yīng)力-應(yīng)變滯后回線[19]。

本文在文獻(xiàn)調(diào)研的基礎(chǔ)之上，對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)、地層壓力、微觀滲流機(jī)理和孔隙類(lèi)型等頁(yè)巖表觀滲透率影響因素進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)分析，明確不同因素對(duì)頁(yè)巖滲透率的影響，用于指導(dǎo)頁(yè)巖滲透率的測(cè)試及頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的勘探開(kāi)發(fā)。

2. 壓力

2.1. 應(yīng)力敏感效應(yīng)

隨著頁(yè)巖氣的不斷開(kāi)采，因地層孔隙流體壓力降低，有效應(yīng)力增大使得表觀滲透率降低，這就是應(yīng)力敏感效應(yīng)[20] [21] [22]。頁(yè)巖富含有機(jī)質(zhì)，但頁(yè)巖中的有機(jī)質(zhì)強(qiáng)度弱，更易變形，其應(yīng)力敏感性更強(qiáng)。

具體表現(xiàn)為當(dāng)?shù)貙涌紫读黧w壓力降低時(shí)，無(wú)論是孔隙度，還是表觀滲透率和孔徑都會(huì)降低/減小，在地層壓力較高時(shí)(開(kāi)發(fā)初期)更明顯，對(duì)表觀滲透率的影響更為顯著[21]。應(yīng)力敏感性的存在會(huì)使氣體流動(dòng)空間減小、頁(yè)巖固有滲透率降低，但流動(dòng)空間的減小會(huì)增強(qiáng)氣體滑脫效應(yīng)，因此應(yīng)力敏感效應(yīng)對(duì)表觀滲透率有較為復(fù)雜的影響。除了與壓力有關(guān)，孔隙直徑大小也會(huì)對(duì)應(yīng)力敏感效應(yīng)產(chǎn)生不同的影響，進(jìn)而影響頁(yè)巖表觀滲透率。以5 nm 為界線，先隨孔徑增大而減小后隨之增大，主要考慮應(yīng)力造成的流動(dòng)空間損失和滑脫引起的流動(dòng)的大小關(guān)系。壓力越低而應(yīng)力敏感效應(yīng)越強(qiáng)，對(duì)表觀滲透率貢獻(xiàn)越大[23]。

2.2. 基質(zhì)收縮效應(yīng)

開(kāi)發(fā)初期，頁(yè)巖微納米孔中的吸附氣會(huì)占據(jù)孔隙中自由氣體運(yùn)移的部分空間，導(dǎo)致基質(zhì)收縮；隨著頁(yè)巖氣的不斷開(kāi)采，地層壓力降低，引起壁面吸附氣解吸，同時(shí)導(dǎo)致微裂隙開(kāi)度以及孔隙尺寸增大，使表觀滲透率增加?；|(zhì)收縮效應(yīng)隨地層壓力的降低而減弱，初始?jí)毫烷_(kāi)采到一定程度時(shí)的壓差越大，由基質(zhì)收縮效應(yīng)帶來(lái)的表觀滲透率的增加越大，貢獻(xiàn)越大。地層壓力一定時(shí)，孔徑越小，吸附氣占據(jù)的相對(duì)厚度越大，甚至形成多層吸附，則基質(zhì)收縮效應(yīng)越強(qiáng)，降低同樣的壓差所帶來(lái)的表觀滲透率的增長(zhǎng)越多[24]。

3. 孔隙結(jié)構(gòu)

3.1. 壁面粗糙度

因頁(yè)巖孔隙中的氣體與頁(yè)巖基質(zhì)的接觸發(fā)生在孔隙壁面，孔隙壁面粗糙度對(duì)氣體吸附、滑脫和擴(kuò)散的影響很大。粗糙壁面會(huì)增加氣體吸附，減弱氣體滑脫和擴(kuò)散，導(dǎo)致表觀滲透率下降。

在孔壁粗糙度同樣的情況下，隨著孔徑的增大，壁面的吸附能力變?nèi)?，氣體分子不容易發(fā)生吸附，但容易滑脫和擴(kuò)散，故難以形成多層吸附；壁面的極性官能團(tuán)(特別是碳氧官能團(tuán))越多，孔隙表面對(duì)氣體的吸附性越強(qiáng)。有機(jī)質(zhì)中含有大量極性官能團(tuán)，有機(jī)孔越發(fā)育，有機(jī)孔表面對(duì)氣體分子的吸附性越強(qiáng)，導(dǎo)致表觀滲透率越低。壁面粗糙度對(duì)表觀滲透率的影響隨半徑的增加而降低，隨地層壓力的降低而降低。

有關(guān)壁面粗糙度對(duì)表觀滲透率的研究不多，現(xiàn)有研究基本上基于理論研究：一是無(wú)法改變壁面粗糙度，難以研究其對(duì)表觀滲透率的影響；二是壁面粗糙度對(duì)表觀滲透率影響是有條件的，當(dāng)孔徑比較大，壓力比較小時(shí)，納米孔壁面上的氣體吸附量很小[25]。

3.2. 阻塞率

阻塞系數(shù)對(duì)表觀滲透率的影響很小，在研究表觀滲透率中，可以把阻塞率視為一個(gè)常數(shù)，但是在低壓、小孔中影響比較大。頁(yè)巖的地層壓力一般比較大，當(dāng)?shù)貙訅毫档蜁r(shí)，可以通過(guò)優(yōu)勢(shì)通道流出，即大孔和裂縫。阻塞率對(duì)表觀滲透率的降低隨壓力降低而增加，隨孔徑的增加而降低。

3.3. 迂曲度

迂曲度增加時(shí)，氣體分子與孔隙壁面之間的碰撞機(jī)會(huì)增加，在小孔和高壓條件下氣體分子容易吸附，壓力增加，氣體分子不容易滑脫。因此，氣體傳輸能力變差，表觀滲透率降低。迂曲度對(duì)表觀滲透率的影響隨地層壓力降低而減弱，隨有機(jī)質(zhì)的增加而增加，還與有機(jī)質(zhì)在頁(yè)巖中的分布有關(guān)，隨孔徑的增加而減弱[26]。一般而言，頁(yè)巖孔道的迂曲度比較大，大于砂巖、碳酸鹽巖儲(chǔ)層孔道的迂曲度。

3.4. 頁(yè)理

頁(yè)理是劃分泥巖和頁(yè)巖的重要標(biāo)志，是頁(yè)巖的薄弱面，能夠用肉眼或顯微鏡觀察到的書(shū)頁(yè)狀層面結(jié)構(gòu)[27]。頁(yè)理面上發(fā)育大量筆石生物，但有關(guān)頁(yè)理面的成因還存在大量爭(zhēng)議。由于頁(yè)理面的特殊結(jié)構(gòu)，頁(yè)巖樣品從井下取到地面的過(guò)程中，地層壓力和地層溫度發(fā)生變化，導(dǎo)致頁(yè)理展開(kāi)，形成頁(yè)理縫。頁(yè)理縫是氣體流動(dòng)的優(yōu)勢(shì)通道，會(huì)導(dǎo)致頁(yè)巖表觀滲透率變大，且會(huì)增加頁(yè)巖樣品的應(yīng)力敏感效應(yīng)。同時(shí)，頁(yè)理縫的存在，也會(huì)對(duì)頁(yè)巖滲透率的測(cè)試造成較大困難，導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果是頁(yè)理縫的滲透率，而不是頁(yè)巖基質(zhì)的滲透率。

頁(yè)理發(fā)育情況由頁(yè)理長(zhǎng)度、頁(yè)理密度和頁(yè)理角度決定[27]。頁(yè)理貫穿樣品時(shí)，滲透率隨頁(yè)理長(zhǎng)度和頁(yè)理角度的增加為減小、隨頁(yè)理密度的增大而增大(不能無(wú)限增大)。頁(yè)理未貫穿樣品時(shí)，滲透率隨頁(yè)理長(zhǎng)度的增加而增大(有上限)。頁(yè)巖滲透率隨頁(yè)理角度增大而降低，頁(yè)理角度越小，滲透率降低速度越快，90°時(shí)達(dá)到最小。

4. 孔隙類(lèi)型

4.1. 有機(jī)孔隙

有機(jī)質(zhì)具有大的比表面且含大量非極性官能團(tuán)，能夠給頁(yè)巖氣分子提供吸附位，增加吸附濃度(圖1)，甚至形成多層吸附，發(fā)生擴(kuò)散時(shí)增加傳輸能力，提高表觀滲透率；有機(jī)質(zhì)存在大量的納米孔，為氣體傳輸提供通道，在整體孔隙尺寸小時(shí)，能增加表觀滲透率[28]；平行層理和網(wǎng)絡(luò)狀有機(jī)質(zhì)孔隙相較于無(wú)機(jī)孔隙，能更好的作為重要的滲流通道；有機(jī)孔隙的形狀復(fù)雜，比較常見(jiàn)的時(shí)球狀、墨水瓶狀、平行板狀和多邊形不規(guī)則狀，此外還可以彎曲成更為復(fù)雜的各種形狀，不同形狀的孔隙對(duì)傳輸能力的影響是不同的；有機(jī)孔隙尺寸的非均質(zhì)性很強(qiáng)，橫縱比非均質(zhì)性也強(qiáng)，這也會(huì)造成傳輸能力差異，影響表觀滲透率；有機(jī)孔隙會(huì)造成頁(yè)巖潤(rùn)濕性多樣，頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)孔隙為油濕甚至為強(qiáng)油濕，更容易吸附頁(yè)巖氣也相對(duì)不容易滑脫；有機(jī)質(zhì)孔隙的存在會(huì)增加迂曲度，并且一般而言有機(jī)質(zhì)孔隙越多迂曲度越高，使頁(yè)巖氣在孔道中的輸運(yùn)更復(fù)雜；相比而言，芳香烴干酪根比其他類(lèi)干酪根更有的親和力，而且從腐泥型到腐殖型干酪根，此類(lèi)烴含量逐漸增加，因此有機(jī)孔隙有機(jī)質(zhì)的類(lèi)型也會(huì)對(duì)吸附產(chǎn)生影響；有機(jī)質(zhì)孔隙的分散程度除了會(huì)通過(guò)影響迂曲度影響表觀滲透率，也會(huì)直接影響天然氣的傳輸[25]。

4.2. 無(wú)機(jī)孔隙

礦物包括脆性礦物和黏土礦物，都是無(wú)機(jī)質(zhì)；黏土礦物特別是蒙托石、伊蒙混層具有大的比表面積，能為頁(yè)巖氣提供吸附位，但吸附氣量很小(圖1)；無(wú)機(jī)質(zhì)粒間孔和晶間孔主要以相對(duì)分散的形式存在于黃鐵礦中[8]，但一般而言，頁(yè)巖中的黃鐵礦很少，因此對(duì)氣體傳輸貢獻(xiàn)很?。粺o(wú)機(jī)孔隙主要是水濕或者混合潤(rùn)濕，對(duì)頁(yè)巖氣的吸附性沒(méi)有有機(jī)孔隙強(qiáng)，無(wú)機(jī)質(zhì)孔隙表面可能存在水膜，有無(wú)水膜和開(kāi)發(fā)過(guò)程中的水膜厚度變換對(duì)傳輸能力有影響，因?yàn)樗さ拇嬖跁?huì)減少孔隙尺寸和親水疏油，甚至產(chǎn)生水鎖效應(yīng)，完全堵住孔喉[25]；頁(yè)巖中無(wú)機(jī)孔隙大小、形狀具有非均質(zhì)性，一定程度上影響了頁(yè)巖納米孔氣體傳輸；無(wú)機(jī)孔隙直徑相對(duì)較大，多存在粘滯流動(dòng)和滑脫流動(dòng)而吸附、擴(kuò)散少[25] [29]；因?yàn)轲ね恋V物遇水會(huì)膨脹，即會(huì)產(chǎn)生水敏現(xiàn)象，導(dǎo)致部分孔隙喉道閉合，降低表觀滲透率。

雖有機(jī)孔隙和無(wú)機(jī)孔隙能夠影響氣體傳輸，但是由于其復(fù)雜性，通過(guò)實(shí)驗(yàn)難以探明其影響系數(shù)，即使有也不一定準(zhǔn)確，通過(guò)實(shí)驗(yàn)改變變量也難以實(shí)現(xiàn)，因此僅停留在理論研究。

5. 微觀滲流機(jī)理

5.1. 黏滯流動(dòng)

當(dāng)頁(yè)巖氣分子的平均自由程遠(yuǎn)小于頁(yè)巖孔隙直徑時(shí)，主要由頁(yè)巖氣分子之間的碰撞引起氣體運(yùn)移。黏滯流動(dòng)帶來(lái)的表觀滲透率的增加，隨地層壓力降低越來(lái)越低，占有的比重也更小；隨孔徑增加而增加[26]。

Figure 1. Methane adsorption isotherms of main pure minerals and organic matter in shale [30] [31]圖1. 頁(yè)巖中有機(jī)質(zhì)及主要無(wú)機(jī)礦物的吸附等溫曲線[30] [31]

5.2. 擴(kuò)散

擴(kuò)散包括表面擴(kuò)散和克努森擴(kuò)散。當(dāng)氣體平均分子自由程大于孔隙直徑，氣體分子與壁面的碰撞為主時(shí)，氣體傳輸以克努森擴(kuò)散為主?？伺瓟U(kuò)散對(duì)表觀滲透率的增加，隨著地層壓力降低而增加，隨著孔徑增加而增加，但半徑的影響沒(méi)有壓力的幅度大，因此在低壓和微孔條件，克努森擴(kuò)散占的比重更大。

當(dāng)氣體的平均自由程與頁(yè)巖孔隙直徑接近時(shí)，頁(yè)巖氣分子與壁面的碰撞引起氣體輸運(yùn)叫表面擴(kuò)散。由于氣體表面擴(kuò)散引起得表觀滲透率的增加，隨著地層壓力降低而增加，隨著孔隙半徑的增大而降低，原因是這種影響除了同表面擴(kuò)散系數(shù)相關(guān)，還和吸附氣濃度相關(guān)；在同等孔隙度條件下，孔徑越大，孔隙數(shù)量越少，吸附氣量就少，占有總截面的比重就少，表面擴(kuò)散這種輸運(yùn)方式的傳輸?shù)臍饬烤痛骩24] [32]。

5.3. 滑脫流動(dòng)

當(dāng)頁(yè)巖納米孔孔徑較大或者高壓條件下，0.001 ≤Kn≤ 0.1，氣體平均分子自由程遠(yuǎn)小于孔隙直徑，氣體分子之間碰撞頻率遠(yuǎn)大于氣體分子與孔隙壁面的碰撞頻率，氣體輸運(yùn)主要為滑脫流動(dòng)(圖2)。要想在足夠小的孔隙中實(shí)現(xiàn)達(dá)西流動(dòng)，只需施加足夠大的測(cè)試壓力即可[33]?；摿鲃?dòng)引起表觀滲透率的增加，隨著開(kāi)發(fā)的進(jìn)行、地層壓力的降低先降后增，隨孔隙半徑的增大而增大。在開(kāi)發(fā)初期，地層壓力高，雖然應(yīng)力敏感效應(yīng)增加了氣體輸運(yùn)空間，但是比起氣體的吸附是微不足道的；在開(kāi)發(fā)后期或者正常壓力條件下，壓力減小，氣體解吸，產(chǎn)生滑脫流動(dòng)，表觀滲透率增加。在開(kāi)發(fā)最初期，地層壓力最大的時(shí)候，主要為吸附階段；在孔徑大于2 nm 以及能夠降到能夠解吸的條件下，滑脫流動(dòng)對(duì)表觀滲透率的貢獻(xiàn)大；在微孔、低壓條件下，滑脫流動(dòng)貢獻(xiàn)的氣體輸運(yùn)量低，可忽略；在大孔、低壓條件下，主要發(fā)生自由流動(dòng)[25]。

Figure 2. Gas flow pattern division in shale [34]圖2. 頁(yè)巖中氣體流態(tài)劃分[34]

5.4. 吸附

頁(yè)巖氣在儲(chǔ)層中的賦存狀態(tài)主要是游離氣、吸附氣。在頁(yè)巖儲(chǔ)層中，有機(jī)質(zhì)孔隙占一定比例，其孔徑極小，但存在很大的內(nèi)表面積，天然氣大量吸附于有機(jī)質(zhì)表面；蒙脫石、伊/蒙混層等黏土礦物雖也可提供大量表面積，增加頁(yè)巖氣吸附位，但吸附量很小。在高地層壓力、微孔中，因?yàn)閹r石壁面的吸附能，氣體分子多數(shù)會(huì)以吸附氣的形式吸附于壁面上；隨著頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)過(guò)程中，地層壓力降低，吸附氣發(fā)生解吸，孔隙有效半徑增加，增加氣體輸運(yùn)能力，增加表觀滲透率。由吸附帶來(lái)的開(kāi)發(fā)前期表觀滲透率下降和后期表觀滲透率增加，隨地層壓力降低而降低，隨孔徑增加而減弱，原因是在高壓下吸附，在低壓下解吸擴(kuò)散，雖然增加了表觀滲透率，但也會(huì)降低滑脫效應(yīng)帶來(lái)的表觀滲透率的增加，因?yàn)檩斶\(yùn)空間的增大優(yōu)于減弱滑脫流動(dòng)帶來(lái)的流動(dòng)損失[23]。

5.5. 真實(shí)氣體效應(yīng)

當(dāng)氣體在儲(chǔ)層中輸運(yùn)時(shí)，必須重視真實(shí)氣體對(duì)輸運(yùn)的影響。原因如下：1) 多數(shù)情況，不考慮真實(shí)氣體效應(yīng)，采用分子平均自由程同孔徑比較，但忽略了納米級(jí)孔徑下，氣體分子本身的直徑不可忽視，這種可比性造成氣體分子占有部分孔隙空間，孔道輸運(yùn)能力減弱。2) 在開(kāi)發(fā)不同時(shí)期，分子間引力與斥力大小不等，導(dǎo)致分子自由程、滑脫效應(yīng)和輸運(yùn)能力的變化。開(kāi)發(fā)前期分子間引力大于斥力，自由程、滑脫效應(yīng)和輸運(yùn)能力都增大，表觀滲透率增加。地層條件下，因真實(shí)氣體效應(yīng)存在，高地層壓力使納米孔輸運(yùn)能力增強(qiáng)，提高表觀滲透率。這種積極的影響與地層壓力變化正相關(guān)，與孔徑變化負(fù)相關(guān)。不同種類(lèi)氣體因其固有性質(zhì)不同，其對(duì)表觀滲透率的影響不同，造成孔道有不同的輸運(yùn)能力。比如實(shí)驗(yàn)室用氮?dú)夂秃饽M地層條件下的甲烷，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果肯定需要修正。雖然認(rèn)為地層條件下開(kāi)采頁(yè)巖氣，將溫度視為不變場(chǎng)，但是模擬溫度和地層溫度存在不同，不同層位不同埋深地層溫度也不同，溫度對(duì)真實(shí)氣體效應(yīng)的影響也不同，對(duì)表觀滲透率模型的影響也就不同。

6. 主控因素

本文主要考慮壓力、孔隙結(jié)構(gòu)、孔隙類(lèi)型、微觀滲流機(jī)理對(duì)表觀滲透率的影響，其中壓力包括應(yīng)力敏感效應(yīng)和基質(zhì)收縮效應(yīng)，孔隙結(jié)構(gòu)包括壁面粗糙度、阻塞率、迂曲度和頁(yè)理，孔隙類(lèi)型包括有機(jī)孔隙和無(wú)機(jī)孔隙，微觀滲流機(jī)理包括黏滯流動(dòng)、擴(kuò)散、滑脫效應(yīng)、吸附、真實(shí)氣體效應(yīng)，但以上4 類(lèi)13 點(diǎn)頁(yè)巖表觀滲透率影響因素均與地層壓力和孔徑緊密相關(guān)。

應(yīng)力敏感效應(yīng)和基質(zhì)收縮效應(yīng)與地層壓力和孔徑相關(guān)；地層壓力降低，產(chǎn)生應(yīng)力敏感效應(yīng)，表觀滲透率降低，尤其對(duì)小孔和高壓(開(kāi)發(fā)初期)影響更大；地層壓力降低，產(chǎn)生基質(zhì)收縮效應(yīng)，裂縫開(kāi)度增大，表觀滲透率增加。

孔徑越小，壁面粗糙的孔隙吸附能力越強(qiáng)，擴(kuò)散表觀滲透率越大，但當(dāng)?shù)貙訅毫苄?，而孔徑很大時(shí)，壁面粗糙度對(duì)表觀滲透率幾乎沒(méi)有影響；當(dāng)孔徑小、地層壓力低時(shí)，阻塞率對(duì)表觀滲透率的影響較大，當(dāng)孔徑大、地層壓力高時(shí)，阻塞率可以視為常數(shù)；孔徑小、地層壓力高時(shí)，迂曲度增加會(huì)增加壁面吸附能，擴(kuò)散表觀滲透率增加，當(dāng)孔徑大、地層壓力低時(shí)，迂曲度的增加會(huì)增加氣體分子的路徑和提高氣體分子與壁面碰撞的機(jī)會(huì)，黏滯流動(dòng)表觀滲透率降低。孔徑越大，有機(jī)質(zhì)和黏土礦物的比表面越小，能夠提供的吸附位越少，擴(kuò)散表觀滲透率越小。

當(dāng)壓力改變時(shí)，氣體分子的自由程改變，微觀滲流機(jī)理也會(huì)改變，在不同的孔徑下，會(huì)產(chǎn)生不同的滲流。當(dāng)頁(yè)巖氣分子的平均自由程遠(yuǎn)小于頁(yè)巖孔隙直徑時(shí)，主要由頁(yè)巖氣分子之間的碰撞引起氣體運(yùn)移，即黏滯留動(dòng)，地層壓力降低，由黏滯流動(dòng)引起表觀滲透率的增加降低，孔徑增加，黏滯流動(dòng)表觀滲透率增加。當(dāng)氣體平均分子自由程大于孔隙直徑時(shí)，氣體分子與孔隙壁面的碰撞引起氣體運(yùn)移，即克努森擴(kuò)散，克努森擴(kuò)散引起表觀滲透率的增加隨地層壓力降低而增加，隨著孔隙半徑增加而增加。當(dāng)頁(yè)巖氣分子的平均自由程與頁(yè)巖孔隙直徑接近時(shí)，頁(yè)巖氣分子與壁面的碰撞引起氣體運(yùn)移，即表面擴(kuò)散，表面擴(kuò)散表觀滲透率隨壓力的降低而增加，隨著孔徑增加而減小。當(dāng)氣體平均分子自由程遠(yuǎn)小于孔隙直徑時(shí)，氣體分子之間碰撞頻率遠(yuǎn)大于氣體分子與孔隙壁面的碰撞頻率，產(chǎn)生滑脫流動(dòng)，由滑脫流動(dòng)引起表觀滲透率的增大隨著壓力減小先減后增，隨著孔徑的增大而增大。

在微孔和低壓下，由吸附帶來(lái)引起的表觀滲透的增加越大；這種影響隨壓力降低而降低，隨孔徑增大而降低；真實(shí)氣體效應(yīng)因?yàn)樽陨須怏w特征的不同和與納米孔徑可比，不容忽視，使得氣體輸運(yùn)能力增加、表觀滲透率增大，這種影響隨著地層壓力的降低而降低，隨著孔徑的增加而降低。

綜上，無(wú)論時(shí)應(yīng)力敏感效應(yīng)、基質(zhì)收縮效應(yīng)，壁面粗糙度、阻塞率、迂曲度，有機(jī)孔隙、無(wú)機(jī)孔隙，還是黏滯流動(dòng)、擴(kuò)散、滑脫流動(dòng)、吸附、真實(shí)氣體效應(yīng)都與孔徑和地層壓力有關(guān)，因此，地層壓力和孔徑是氣體在頁(yè)巖中流動(dòng)能力的最重要的兩個(gè)參數(shù)。

7. 結(jié)論

在系統(tǒng)總結(jié)影響頁(yè)巖表觀滲透率因素的基礎(chǔ)之上，得出以下結(jié)論：

1) 提出影響頁(yè)巖表觀滲透率的因素有壓力、孔隙結(jié)構(gòu)、孔隙類(lèi)型和微觀滲流機(jī)理等4 大類(lèi)13 小類(lèi)。其中壓力主要造成應(yīng)力敏感效應(yīng)和基質(zhì)收縮效應(yīng)，孔隙結(jié)構(gòu)包括壁面粗糙度、阻塞率、迂曲度和頁(yè)理，孔隙類(lèi)型包括有機(jī)孔隙和無(wú)機(jī)孔隙，微觀滲流機(jī)理包括黏滯流動(dòng)、擴(kuò)散、滑脫效應(yīng)、吸附、真實(shí)氣體效應(yīng)。

2) 頁(yè)巖表觀滲透率影響因素均與地層壓力和孔徑緊密相關(guān)。壓力和孔徑是頁(yè)巖表觀滲透率的主控因素。