頁(yè)巖氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)參數(shù)研究概述

梁 博，劉友南，封宇博，鄧春濤

（1.西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，陜西西安 710065；2.陜西省油氣成藏地質(zhì)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710065）

1 頁(yè)巖氣藏基本特征

1.1 頁(yè)巖氣成藏過(guò)程

頁(yè)巖氣（或稱氣頁(yè)巖）是由富含有機(jī)物的黑色頁(yè)巖產(chǎn)生的天然氣，或在頁(yè)巖中納米級(jí)微孔中不斷積累的自生自儲(chǔ)天然氣。與傳統(tǒng)的原油和天然氣相比，頁(yè)巖氣含有較高的甲烷，并且成分多樣，包括少量的乙烷、丙烷、CO2、N2等成分[1]。對(duì)于頁(yè)巖氣的研究，人們發(fā)現(xiàn)其成藏特點(diǎn)與常規(guī)的天然氣相比有很大區(qū)別。頁(yè)巖氣的成藏模式為“原地”成藏，即在烴源巖內(nèi)部完成了生烴、排烴、運(yùn)移、聚集和保存的過(guò)程，不間斷供氣并且連續(xù)聚集形成。此外，頁(yè)巖氣還可以存在于夾層狀的粉砂巖、泥巖和粉砂質(zhì)泥巖，甚至是砂巖地層中[2]。

頁(yè)巖氣的成藏過(guò)程非常復(fù)雜，涉及成因、賦存和聚集等多個(gè)方面。主要表現(xiàn)為典型的吸附、活塞式或置換式成藏機(jī)理[3]。

頁(yè)巖氣的成藏過(guò)程可以分為三個(gè)階段，每個(gè)階段都包含著密不可分的因素。首先，在儲(chǔ)層形成早期，頁(yè)巖氣通過(guò)吸附和溶解在地層流體中的方式存在，這是頁(yè)巖氣富集的第一個(gè)過(guò)程；其次，隨著時(shí)間的推移和溫度壓力的變化，富余的天然氣逐漸聚集于頁(yè)巖基質(zhì)孔隙和裂縫中，并形成氣體儲(chǔ)集區(qū)域，這是頁(yè)巖氣富集的第二個(gè)過(guò)程；最后，隨著生烴的不斷發(fā)生，排烴作用會(huì)形成更大規(guī)模的氣藏，這是頁(yè)巖氣富集的最后一個(gè)過(guò)程[3]。

1.2 頁(yè)巖氣賦存狀態(tài)

頁(yè)巖氣賦存于頁(yè)巖層系中的方式主要包括吸附氣、溶解氣和游離氣三種[4]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者普遍認(rèn)為，吸附氣和游離氣是頁(yè)巖氣儲(chǔ)量的主要來(lái)源，而溶解氣占比較小。鑒于吸附氣和游離氣是儲(chǔ)藏豐度最大的兩種氣體類型，對(duì)于評(píng)估頁(yè)巖氣資源潛力和提高勘探成功率具有重要意義。

游離氣是指處于無(wú)序狀態(tài)且不與其他物質(zhì)發(fā)生作用的氣體，它通常富集在頁(yè)巖的裂縫和孔隙之間。而溶解氣則是指氣體直接溶解在水中形成的氣體。頁(yè)巖氣儲(chǔ)集空間具有多尺度特征以及多孔縫系統(tǒng)。頁(yè)巖氣在構(gòu)造轉(zhuǎn)折帶、地應(yīng)力相對(duì)集中帶以及褶皺-斷裂發(fā)育帶等位置存在。頁(yè)巖氣儲(chǔ)層主要由納米孔隙組成，有效孔隙度低于10%，滲透率低于1 mD，具有超低孔隙度和超低滲透率的特征。

在研究頁(yè)巖氣的儲(chǔ)層特征時(shí)，孔隙結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是非常重要的因素之一。這是因?yàn)轫?yè)巖的氣體賦存方式和產(chǎn)量水平直接受到其孔隙特性的影響。頁(yè)巖的孔隙幾何結(jié)構(gòu)、類型、大小、分布以及孔容等參數(shù)對(duì)它的儲(chǔ)層質(zhì)量具有重要意義[5]。尤其是孔隙連通性對(duì)于氣體在巖石中運(yùn)移的影響尤為顯著。此外，孔比表面積是評(píng)價(jià)頁(yè)巖儲(chǔ)層物理性質(zhì)的重要指標(biāo)之一。因此，了解頁(yè)巖儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)特征可以為頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)提供深入的認(rèn)識(shí)和科學(xué)依據(jù)。

2 頁(yè)巖氣儲(chǔ)層特征

頁(yè)巖氣藏表現(xiàn)出源儲(chǔ)一體，往往沒(méi)有明顯的圈閉界限。頁(yè)巖氣儲(chǔ)層致密，以納米孔隙為主要特點(diǎn)，通常賦存于富有機(jī)質(zhì)的細(xì)粒沉積巖中，即頁(yè)巖。頁(yè)巖石中包含有機(jī)質(zhì)、礦物質(zhì)、水和氣體等組成部分。儲(chǔ)層包括高碳泥頁(yè)巖這樣的富有機(jī)質(zhì)巖石，還包括黑色頁(yè)巖所夾的薄層泥質(zhì)粉砂巖和各種砂巖[6]。頁(yè)巖的分布和巖石組成表現(xiàn)出多樣性和非均質(zhì)性，這導(dǎo)致了儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)和滲流特征的差異非常大。在研究頁(yè)巖氣儲(chǔ)層時(shí)必須具體問(wèn)題具體分析，采用不同的方法和技術(shù)進(jìn)行區(qū)別處理。

頁(yè)巖氣儲(chǔ)層是一種主要由瀝青質(zhì)或含有機(jī)質(zhì)的暗色、黑色泥頁(yè)巖和高碳泥頁(yè)巖構(gòu)成的巖性。其組成包括30%～50%的黏土礦物、5%～25%的粉砂質(zhì)和碳酸鹽巖以及4%～30%的有機(jī)質(zhì)[7]。根據(jù)北美頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的數(shù)據(jù)，該類型巖心的孔隙度在4.0%～6.5%，平均值為5.2%。滲透率通常為（0.001 0～2.000 0）×10-3μm2，平均為0.040 9×10-3μm2。然而，在斷裂帶或裂縫發(fā)育帶，頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的平均孔隙度可高達(dá)11.0%，滲透率可達(dá)2.000 0×10-3μm2。這些特點(diǎn)說(shuō)明了頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的封閉性和低滲透性，限制了頁(yè)巖氣的遷移和儲(chǔ)集[8]。

通過(guò)對(duì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層與常規(guī)儲(chǔ)層特性的比較研究，認(rèn)為影響頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的特性必須要考慮吸附氣量與游離氣量這兩個(gè)影響因子。儲(chǔ)層礦物組分、有機(jī)地球化學(xué)特征等因素是影響吸附氣量的重要因素，而儲(chǔ)層物性、儲(chǔ)集空間等因素則會(huì)影響游離氣量。此外，儲(chǔ)層含氣性也是頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的重要特征之一。

因此，在頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的勘探和評(píng)價(jià)過(guò)程中，需要對(duì)吸附氣量、游離氣量和儲(chǔ)層含氣性等因素進(jìn)行綜合分析和評(píng)價(jià)。

3 頁(yè)巖氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)參數(shù)

綜合前人的研究成果，本文分析和總結(jié)了頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的地質(zhì)特征及其影響因素。在此基礎(chǔ)上，選取了總有機(jī)碳含量、有機(jī)質(zhì)成熟度、含氣性、頁(yè)巖有效厚度、儲(chǔ)層物性、礦物組分和脆性這七個(gè)因素作為評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的綜合指標(biāo)。

3.1 總有機(jī)碳含量評(píng)價(jià)

干酪根富集程度是影響頁(yè)巖氣聚集的關(guān)鍵因素。總有機(jī)碳含量（TOC）是評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的重要參數(shù)之一[9]。它被視為頁(yè)巖中最關(guān)鍵的“地質(zhì)甜點(diǎn)”，可反映出該儲(chǔ)層的生烴能力和含氣量多少。較高的TOC 值表明有效源巖具有更強(qiáng)的生烴潛力，這也意味著頁(yè)巖氣儲(chǔ)層裂縫中可能會(huì)存在更多的游離氣和吸附氣（圖1）。北美地區(qū)的研究表明，具有商業(yè)價(jià)值的頁(yè)巖氣藏的TOC 通常在2%～10%[10]。

圖1 頁(yè)巖總有機(jī)碳含量與含氣量關(guān)系[11]

在實(shí)際應(yīng)用中，常用的分析方法包括熱重分析（TGA）、元素分析、紫外線吸收法等。其中，熱重分析是一種常用、高精度的分析方法，可以用于測(cè)定樣品中有機(jī)質(zhì)含量和有機(jī)質(zhì)類型，該方法基于樣品在恒定溫度下加熱，測(cè)量樣品失重率，從而確定樣品中有機(jī)質(zhì)含量?？锪⒋旱萚12]提出了中國(guó)陸相頁(yè)巖的TOC 分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，考慮到其在不同地區(qū)的含量差別，并根據(jù)形成的湖盆環(huán)境將其分為兩種類型（表1）。

表1 TOC 分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

3.2 有機(jī)質(zhì)成熟度評(píng)價(jià)

成熟度是反映有機(jī)質(zhì)是否已經(jīng)進(jìn)入熱成熟生氣階段（生氣窗）的重要指標(biāo)[13]。其中，鏡質(zhì)體反射率（Ro）被廣泛應(yīng)用于表征生油巖成熟度。通常情況下，可以根據(jù)Ro 的變化將有機(jī)質(zhì)的演化分為三個(gè)階段。當(dāng)Ro≤0.5%時(shí)，有機(jī)質(zhì)處于未成熟階段；當(dāng)0.5%＜Ro＜1.6%時(shí)，樣品處于成熟階段，非常有利于油氣的形成。特別地，Ro 為0.5%～0.8%時(shí)，進(jìn)入成熟階段初期；Ro 為0.8%～1.2%時(shí)，處于成熟階段中期；Ro 為1.2%～1.6%時(shí)，處于成熟階段末期。但當(dāng)Ro≥1.6%時(shí)，屬于過(guò)成熟階段，不再有油氣的生成。因此，烴源巖的有機(jī)質(zhì)成熟度與其是否能夠生成油氣直接相關(guān)，從而成為評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的關(guān)鍵因素之一[14]。也要根據(jù)頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)類型和生烴演化過(guò)程來(lái)考慮，關(guān)鍵是可判斷出大量生氣階段。

3.3 含氣性評(píng)價(jià)

目前，計(jì)算吸附氣含量的方法為等溫吸附實(shí)驗(yàn)和測(cè)井解釋相結(jié)合，并采用經(jīng)典的Langmuir 模型進(jìn)行計(jì)算（圖2）。Langmuir 模型常常需要對(duì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的溫度、壓力和總有機(jī)碳含量等參數(shù)進(jìn)行校正[15]。

圖2 頁(yè)巖吸附氣實(shí)測(cè)值與Langmuir 模型擬合值對(duì)比

梁彬等[16]基于Langmuir 模型，建立了同時(shí)考慮溫度、壓力和鏡質(zhì)體反射率的多因素吸附能力計(jì)算模型，可以提供一定的頁(yè)巖氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)指導(dǎo)。也有學(xué)者提出了結(jié)合多因素吸附氣計(jì)算方法，比如：D-R 法、BET 法和分子模擬計(jì)算方法，但是由于頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的復(fù)雜性，不同方法計(jì)算出來(lái)的吸附量可能會(huì)有較大差異。因此，需要進(jìn)行多種方法綜合比較，才能更準(zhǔn)確地確定頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的吸附量。

頁(yè)巖氣儲(chǔ)層游離氣含量的計(jì)算采用體積法，而計(jì)算精度關(guān)鍵在于頁(yè)巖氣儲(chǔ)層含水飽和度的計(jì)算精度。通常使用阿爾奇公式及其修正公式計(jì)算含水飽和度，利用游離氣含量與影響因素之間的相關(guān)性通過(guò)多元參數(shù)擬合求解。

3.4 頁(yè)巖有效厚度評(píng)價(jià)

與常規(guī)油氣藏一樣，頁(yè)巖氣藏的形成和富集也需要在一定范圍內(nèi)具備有機(jī)質(zhì)充足和儲(chǔ)集空間充裕的條件。對(duì)于商業(yè)性頁(yè)巖氣來(lái)說(shuō)，其有效厚度必須達(dá)到一定數(shù)值，以保證儲(chǔ)存空間和有機(jī)質(zhì)含量足夠，并且確保后續(xù)的壓裂施工能夠進(jìn)行。

有效厚度是指單井壓裂后在縱向上被壓裂裂縫控制，且對(duì)產(chǎn)出油氣有一定貢獻(xiàn)的產(chǎn)層厚度。為了保證儲(chǔ)滲空間和有機(jī)質(zhì)充足，通常要求直井厚度大于30 m[13]。但由于水平鉆井和分段壓裂等技術(shù)的應(yīng)用，頁(yè)巖有效厚度可能低于這個(gè)下限值。因此，“有效頁(yè)巖”的定義是高伽馬（GR≥100 API）、含有機(jī)質(zhì)（TOC＞2%）、處于熱成熟生氣窗內(nèi)（Ro≥1.1%）、高脆性礦物含量（脆性礦物含量＞40%；黏土礦物含量＜30%）、充氣孔隙度＞2%和滲透率＞1×10-7μm2的富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖[17]。

北美頁(yè)巖氣探采實(shí)踐表明，頁(yè)巖有效厚度一般要在15～50 m。需要強(qiáng)調(diào)的是，當(dāng)有效頁(yè)巖連續(xù)發(fā)育時(shí)，其有效厚度只需≥15 m 即可，但如果有效頁(yè)巖為斷續(xù)發(fā)育或TOC 含量低于2%，則需要累計(jì)厚度≥30 m 才能滿足商業(yè)勘探開(kāi)發(fā)要求。若存在夾層，夾層厚度≤1 m，若夾層厚度＞1 m 且所占比例＜30%，也可以被接受。

頁(yè)巖有效厚度愈大，尤其是連續(xù)有效厚度愈大，有機(jī)質(zhì)總量也愈大，生成氣量也會(huì)更多，從而可能導(dǎo)致頁(yè)巖氣的富集程度更高。

3.5 儲(chǔ)層物性評(píng)價(jià)

通過(guò)對(duì)頁(yè)巖的孔隙度、滲透率及含氣飽和度等物性的分析，評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的儲(chǔ)氣能力大小[13]。

3.5.1 頁(yè)巖孔隙度 孔隙度是評(píng)價(jià)油氣儲(chǔ)層的重要參數(shù)之一，對(duì)于確定巖石儲(chǔ)集空間、流體飽和度以及油氣地質(zhì)儲(chǔ)量等均具有重要意義[18]。實(shí)驗(yàn)室測(cè)定頁(yè)巖氣儲(chǔ)層孔隙度的測(cè)量和分析方法主要有兩種：GRI 方法和GB/T 29172—2012 巖心分析方法[19]。付永紅等[20]對(duì)樣品烘干溫度、粉碎粒徑、樣品洗油、飽和壓力和平衡時(shí)間等因素對(duì)頁(yè)巖孔隙度測(cè)定結(jié)果的影響進(jìn)行了探討，并給出了相應(yīng)的最優(yōu)測(cè)試條件。

評(píng)價(jià)頁(yè)巖孔隙度的常用測(cè)井方法包括吸水率法、自然伽馬輻射測(cè)井（NGR）法、核磁共振測(cè)井（NMR）法、孔隙度測(cè)井法（圖3）；其中，吸水率法是最簡(jiǎn)單、最常用的方法之一，它通過(guò)在地層孔隙中加入水分并測(cè)量?jī)?chǔ)層飽和度的變化來(lái)評(píng)價(jià)孔隙度。自然伽馬輻射測(cè)井法和核磁共振測(cè)井法則以孔隙度與地層中巖石元素含量、核磁共振參數(shù)等特征之間的關(guān)系為基礎(chǔ)，通過(guò)測(cè)量地層中的伽馬射線和核磁共振信號(hào)來(lái)評(píng)價(jià)孔隙度。而孔隙度測(cè)井法則是利用聲波速度、密度等物理參數(shù)來(lái)計(jì)算孔隙度值。這些方法都可以直接在井內(nèi)進(jìn)行測(cè)量，提供現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)于油氣勘探開(kāi)發(fā)具有重要的意義。此外，由于頁(yè)巖地層主要存在納米孔隙，其T2弛豫時(shí)間非常短（圖4）。因此，無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量，導(dǎo)致核磁共振測(cè)量孔隙度比實(shí)際地層總孔隙度要小[18]。

圖3 含氣頁(yè)巖層段測(cè)井響應(yīng)特征[15]

圖4 不同回波間隔時(shí)間條件下的頁(yè)巖核磁共振T2 譜[18]

匡立春等[12]通過(guò)對(duì)中國(guó)不同盆地陸相頁(yè)巖總孔隙度的統(tǒng)計(jì)提出了以總孔隙度為基準(zhǔn)的頁(yè)巖氣儲(chǔ)層分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（表2）。

表2 頁(yè)巖氣儲(chǔ)層總孔隙度分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[12]

頁(yè)巖氣儲(chǔ)層具有較強(qiáng)的敏感性，因此，目前針對(duì)頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)的表征方法除了測(cè)井方法比較接近地層原始條件外，其他室內(nèi)表征方法都會(huì)受到非原地狀態(tài)下溫壓和流體性質(zhì)變化引起的應(yīng)力釋放、礦物脫水等干擾因素的影響，難以準(zhǔn)確地反映其原地條件下的儲(chǔ)層特征[21]。

3.5.2 頁(yè)巖滲透率 目前，實(shí)驗(yàn)室測(cè)定頁(yè)巖滲透率的方法主要包括穩(wěn)態(tài)法和非穩(wěn)態(tài)法。穩(wěn)態(tài)法是利用達(dá)西定律，通過(guò)測(cè)量被測(cè)試流體流動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的壓差和流量來(lái)計(jì)算滲透率。優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量結(jié)果穩(wěn)定性高，數(shù)據(jù)精度較高，使用N2或者CO2作為測(cè)量介質(zhì)，不會(huì)造成環(huán)境污染；缺點(diǎn)是測(cè)量時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，通常需要6～24 h[22]。

非穩(wěn)態(tài)法包括壓汞法、氣體解吸法、液壓爆破法和瞬態(tài)法等。其中，壓汞法是一種常用的測(cè)定非常規(guī)油氣藏儲(chǔ)層孔隙度和滲透率的方法。該方法利用壓汞儀通過(guò)對(duì)儲(chǔ)層樣品施加不同的壓力來(lái)測(cè)定其孔隙度和滲透率。當(dāng)施加的壓力越大時(shí)，孔隙中含有的汞柱就會(huì)越小，從而計(jì)算出儲(chǔ)層孔隙度、滲透率等物性參數(shù)。氣體解吸法可以通過(guò)對(duì)儲(chǔ)層樣品進(jìn)行原位解吸來(lái)確定儲(chǔ)層的吸附容量和滲透率。通過(guò)測(cè)量?jī)?chǔ)層樣品在不同壓力下放出的天然氣量和壓力之間的關(guān)系，可以得到儲(chǔ)層的吸附容量和滲透率。液壓爆破法是利用水壓將儲(chǔ)層樣品加壓至破裂點(diǎn)，從而測(cè)定滲透率的方法。該方法需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)取樣，并且需要較高的技術(shù)要求。瞬態(tài)法是一種基于瞬變灌流理論測(cè)定滲透率的方法。該方法通過(guò)測(cè)量?jī)?chǔ)層樣品在瞬態(tài)灌流條件下的壓力衰減曲線，計(jì)算得到儲(chǔ)層的滲透率。這些非穩(wěn)態(tài)法各有優(yōu)缺點(diǎn)，在具體應(yīng)用時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。

3.5.3 含氣飽和度 傳統(tǒng)的飽和度評(píng)價(jià)方法采用電法測(cè)井，主要依賴于Archie 模型。柳文欣等[23]研究發(fā)現(xiàn)，頁(yè)巖溶解氣量主要受壓力、溫度、礦化度和頁(yè)巖中殘留油數(shù)量等因素的影響。盡管溶解態(tài)頁(yè)巖氣含量很少，但在模擬研究過(guò)程中應(yīng)該考慮到這些因素的影響。石文睿等[24]討論了涪陵地區(qū)焦石壩區(qū)塊低阻頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的特點(diǎn)，提出了利用橫縱波時(shí)差比和DEN 擬合含氣飽和度以及基于TOC 計(jì)算含氣飽和度的方法，此方法可以更好地計(jì)算低阻頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的含氣飽和度，而且不受地區(qū)儲(chǔ)層差異性的限制。

3.6 儲(chǔ)層礦物組分評(píng)價(jià)

頁(yè)巖氣儲(chǔ)層礦物組分的分析手段包括：

X 射線衍射（XRD）：通過(guò)研究樣品中的X 射線衍射譜，可以得知樣品中的晶體結(jié)構(gòu)及其含量信息。XRD技術(shù)可用于測(cè)定頁(yè)巖礦物成分及其含量，并能夠與儲(chǔ)層物性參數(shù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

掃描電鏡（SEM）：可用于觀察頁(yè)巖樣品中的微觀結(jié)構(gòu)和孔隙特征。SEM 技術(shù)能夠提供有關(guān)礦物纖維、孔隙形態(tài)和大小分布等信息，為頁(yè)巖氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)提供了有益的幫助。

穩(wěn)定同位素分析：通過(guò)測(cè)量頁(yè)巖樣品中的碳、氫等同位素分布情況，可以獲得有關(guān)地質(zhì)歷史、生物來(lái)源、生烴和流體運(yùn)移等方面的信息。穩(wěn)定同位素分析技術(shù)可用于識(shí)別和定量化不同類型有機(jī)質(zhì)中的同位素組成。

熱重-差熱分析（TG-DTA）：通過(guò)觀察樣品在溫度升高時(shí)的失重和熱力學(xué)性質(zhì)變化，可以確定頁(yè)巖樣品中有機(jī)質(zhì)、無(wú)機(jī)物等物質(zhì)的組成和含量。TG-DTA 技術(shù)在評(píng)估頁(yè)巖氣儲(chǔ)層有機(jī)質(zhì)成熟度和類型方面具有一定的應(yīng)用價(jià)值。這些方法在頁(yè)巖氣儲(chǔ)層礦物組分研究中經(jīng)常使用，可以對(duì)儲(chǔ)層的礦物組分、有機(jī)質(zhì)含量和類型等方面提供關(guān)鍵信息。

除了硅質(zhì)和鈣質(zhì)礦物之外，頁(yè)巖氣儲(chǔ)層還包括黏土礦物（圖5）。熊荃等[25]研究發(fā)現(xiàn)，頁(yè)巖中黏土礦物含量與吸附氣含量呈正相關(guān)關(guān)系，而脆性礦物含量與吸附氣含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。這表明黏土礦物對(duì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層晶體結(jié)構(gòu)和層間孔隙的連通性具有重要影響。另外，武瑾等[26]研究表明，川南深層龍馬溪組頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的礦物組分以石英等脆性礦物為主，這使得儲(chǔ)層更容易被改造。

圖5 川東下志留統(tǒng)龍馬溪組頁(yè)巖組分分析結(jié)果

表3 頁(yè)巖氣儲(chǔ)層分類評(píng)價(jià)指標(biāo)

因此，通過(guò)以上研究可以得知，對(duì)于頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的評(píng)價(jià)和開(kāi)發(fā)，需要考慮其礦物組分、孔隙結(jié)構(gòu)及吸附特性等因素。

3.7 儲(chǔ)層脆性評(píng)價(jià)

脆性指數(shù)是頁(yè)巖氣儲(chǔ)層重要的工程參數(shù)，用來(lái)表示地層在受外部應(yīng)力作用時(shí)破碎的難易程度。在大多數(shù)頁(yè)巖氣田中，通常脆性礦物含量較高，脆性指數(shù)也越高，表示該地層對(duì)外部應(yīng)力的敏感度更高，更容易形成天然裂縫，這也使得水力壓裂時(shí)更容易產(chǎn)生裂縫。因此，預(yù)測(cè)脆性指數(shù)對(duì)于獲得高產(chǎn)非常重要。

常用的頁(yè)巖氣儲(chǔ)層脆性評(píng)價(jià)方法包括聲波法和礦物組分法，這兩種方法都能夠比較準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的脆性。聲波法主要通過(guò)巖石的聲速、共振頻率等特征來(lái)反映其脆性。礦物組分法通過(guò)計(jì)算脆性礦物的含量（一般為石英或石英與方解石占總礦物含量的百分比）來(lái)評(píng)估頁(yè)巖脆性。然而，礦物組分法只適用于這兩種礦物脆性相近的情況，實(shí)際上這兩種礦物的巖石力學(xué)性質(zhì)存在明顯的差異[15]。

4 結(jié)論和認(rèn)識(shí)

（1）本文分析了頁(yè)巖氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的主要參數(shù)并進(jìn)行了優(yōu)選，確定了頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的分類評(píng)價(jià)指標(biāo)，包括總有機(jī)碳含量（TOC）、頁(yè)巖有效厚度、有機(jī)質(zhì)成熟度和孔隙度多個(gè)因素。

（2）相對(duì)于常規(guī)的油氣儲(chǔ)層，頁(yè)巖氣儲(chǔ)層富含有機(jī)質(zhì)，同時(shí)黏土礦物也十分豐富，礦物成分復(fù)雜。其孔隙度和滲透率極低，納米級(jí)孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)育。此外，天然氣吸附賦存比例也非常高。這些因素對(duì)于確定頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的品質(zhì)產(chǎn)生了巨大的影響。因此，要深入研究?jī)?chǔ)層的特征及主控因素，這對(duì)于優(yōu)選頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的關(guān)鍵參數(shù)評(píng)價(jià)具備非常重要的意義。

（3）目前對(duì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的評(píng)價(jià)不僅要考慮地質(zhì)和工程甜點(diǎn)，還需更加詳細(xì)和精準(zhǔn)，并向著頁(yè)巖壓裂后動(dòng)態(tài)參數(shù)評(píng)價(jià)方向進(jìn)行擴(kuò)展。