沈騁，任嵐，趙金洲，譚秀成，吳雷澤

（1. 油氣藏地質及開發(fā)工程國家重點實驗室 西南石油大學，成都 610500；2. 中國石化江漢油田分公司石油工程技術研究院，武漢 430035）

頁巖儲集層綜合評價因子及其應用
——以四川盆地東南緣焦石壩地區(qū)奧陶系五峰組—志留系龍馬溪組為例

沈騁1，任嵐1，趙金洲1，譚秀成1，吳雷澤2

（1. 油氣藏地質及開發(fā)工程國家重點實驗室 西南石油大學，成都 610500；2. 中國石化江漢油田分公司石油工程技術研究院，武漢 430035）

針對目前頁巖儲集層評價方法的缺點，提出采用綜合評價因子預測優(yōu)質頁巖儲集層的分布規(guī)律和壓裂施工的優(yōu)勢壓裂段。綜合評價因子由物性評價因子和壓裂評價因子采用等效計算方法求得，物性評價因子結合測井得到的巖電參數利用礦物體積模型獲取，表征儲集層儲集性；壓裂評價因子利用考慮礦物組分的等效介質模型獲取，表征儲集層可壓裂性。根據綜合評價因子，結合巖心宏觀、微觀特征分析和測井資料，將四川盆地東南緣焦石壩奧陶系五峰組—志留系龍馬溪組一段頁巖儲集層劃分為 4類儲集巖，其中高自生硅頁巖和高陸源硅頁巖具有較優(yōu)質的儲集性和可壓裂性，中陸源硅頁巖次之，低陸源硅頁巖較差。利用綜合評價因子可對生產井水平段測井資料進行解釋，分析不同儲集巖類型占比，識別具有優(yōu)質儲集性和可壓裂性的儲集層，預測結果與現(xiàn)場壓裂后生產效果對應較好。圖13表2參37

綜合評價因子；物性評價因子；壓裂評價因子；頁巖儲集層；含氣性；可壓裂性；硅頁巖；焦石壩頁巖氣；四川盆地

0 引言

頁巖儲集層的高效評價已成為頁巖氣開發(fā)相關研究中的重要環(huán)節(jié)[1-2]。優(yōu)質的儲集性能和理想的儲集層改造體積（SRV）是獲得經濟產能的前提。由于地質特征和資料收集程度存在差異，不同工區(qū)頁巖儲集層的評價方法區(qū)別較大，如采用屬性等值線[3]、地震反演[4-6]、巖相標定法[7-9]、旋回對比法[10]進行儲集性評價，或采用礦物組分法[11-12]、彈性參數法[13-14]及二者綜合分析法[15-17]、結合微地震監(jiān)測SRV的數值解法[18-19]進行脆性及可壓性評價，以達到選取具備優(yōu)質物性的“地質甜點區(qū)”或預測改造程度較好的“人造高滲區(qū)”的目的[20]。然而，目前的評價方法尚未同時考慮儲集層的地質和工程因素[21]，導致水平井分段分簇壓裂方案的設計具有不確定性，難以實現(xiàn)高產或穩(wěn)產；也未綜合考慮頁巖儲集層物性與可壓性之間的聯(lián)系（即具有較大SRV的水平井（段）是否同時具備優(yōu)質儲集性或較高含氣量），使得生產井布井、優(yōu)勢壓裂段選取等技術問題的指向性尚不明確。

得益于郭旭升[22]、郭彤樓等[23]提出的“二元富集”理論和高產富集模式，四川盆地東南緣焦石壩地區(qū)奧陶系五峰組—志留系龍馬溪組頁巖取得實質性的開發(fā)成效，儲集層評價工作已取得階段性成果[24-25]。本文針對目前頁巖儲集層評價方法存在的問題，選擇該區(qū)塊作為研究對象，考慮儲集層含氣特征和體積壓裂效果的影響，建立涵蓋物性評價和可壓裂性評價的頁巖儲集層綜合評價因子，劃分儲集巖類型，結合測井解釋資料獲取具有優(yōu)質儲集性和可壓裂性的儲集層的分布。研究對后續(xù)重復壓裂段產能評價也具有指示作用。

1 頁巖儲集層綜合評價因子建立

頁巖氣開發(fā)過程需要同時考慮儲集層地質特征和壓裂施工條件。已有學者通過巖樣和數值分析發(fā)現(xiàn)頁巖儲集層脆性礦物組分含量與孔隙度存在負相關性[15,26]，四川盆地焦石壩地區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖巖樣分析同樣發(fā)現(xiàn)該規(guī)律（見圖 1）。由此可知，儲集性較好的區(qū)帶可能并非壓裂施工的甜點區(qū)，而能夠形成較大SRV的區(qū)帶可能不具備優(yōu)質儲集性。因此，有必要將地質與工程特征結合起來對頁巖儲集層進行評價，建立考慮物性和可壓裂性的頁巖儲集層綜合評價因子。

圖1 四川盆地焦石壩地區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖儲集層巖樣脆性礦物含量與孔隙度關系圖

1.1 物性評價因子

物性特征直接影響含油氣特性。物性評價通常采用實驗方法，即通過毛管壓力曲線獲取儲集層儲集空間特征來評價頁巖儲集性，但由于頁巖的致密程度相當而無法明確區(qū)分（見表1）；或借鑒常規(guī)儲集層儲能系數的應用，采用總有機碳含量（TOC）與富有機質（TOC值大于2%）儲集層（視）厚度的乘積進行評價。但不同地區(qū)頁巖氣開發(fā)效果表明，頁巖儲集層中游離態(tài)頁巖氣的貢獻權重至關重要且不可忽略（見圖 2），儲集層TOC和孔隙度分別是預測吸附氣和游離氣含量的關鍵參數[27]（見圖 3、圖 4），而上述方法未能考慮孔隙度等衡量儲集空間和游離氣含量的因素。因此，本文從考慮含氣特性的角度出發(fā)，同時選取TOC和孔隙度建立物性評價因子，并采用熵權法得到參數的權重，以此評價頁巖儲集層物性。

表1 四川盆地焦石壩地區(qū)JY-1井龍馬溪組頁巖壓汞實驗數據

引入物性權重系數a1、b1，分別表征孔隙度（游離氣）和TOC（吸附氣）對產能的貢獻能力，建立頁巖儲集層物性評價因子：

圖2 北美不同頁巖儲集層吸附氣與游離氣含量對比圖

圖3 巖心實測總有機碳含量與吸附氣量關系圖

圖4 巖心實測孔隙度與游離氣量關系圖

由于經濟原因，TOC和孔隙度難以通過實驗獲取。故本文利用測井解釋資料，采用文獻[28]的方法，利用測井密度進行TOC的回歸計算：

同理，將頁巖分為基質（硅質、碳酸鹽和黏土礦物、有機質）、地層流體與儲集空間（束縛水、天然氣和孔縫）兩部分[15]。根據礦物體積模型法建立孔隙度計算式：

運用熵權法計算孔隙度和TOC的權重系數。首先對孔隙度與TOC進行歸一化處理：

然后建立熵模型：

最后通過如下權模型獲取物性權重系數：

研究區(qū)頁巖儲集層孔隙度大于等于4.5%時對應高游離氣量（見圖 4），巖心孔隙度測試結果也表明區(qū)內儲集層孔隙度大于等于4.5%時游離氣量在總含氣量中的比例較大（見圖5）。因此，分別計算孔隙度大于等于4.5%和小于4.5%條件下的a1、b1，表征不同條件下游離氣與吸附氣對產能的貢獻。計算結果為：孔隙度大于等于 4.5%時，a1、b1分別為 0.65、0.35；孔隙度小于4.5%時，a1、b1分別為0.55、0.45。

圖5 JY-1井巖心游離氣量與吸附氣量關系圖

1.2 壓裂評價因子

頁巖儲集層可壓裂性同樣影響頁巖氣產能，通常用礦物脆性或巖石力學脆性等簡單的綜合表征參數[13-17,29]反映。文獻[13]將不同礦物組分等價處理進行估算，不能準確評價脆性；文獻[15]未考慮泊松比與彈性模量等的權重，而不同工區(qū)不同彈性參數的變化幅度不同，對壓裂施工的影響也會不同；文獻[29]雖然考慮了斷裂韌性、裂縫延伸判別準則等諸多因素，但較為繁瑣，且需預設天然裂縫產狀，人為可調性過強。

通常地，泊松比越小，彈性模量越大，頁巖儲集層改造體積越大（見圖 6），對應較大產氣區(qū)域?；诖?，借鑒新型脆性因子[15]，建立壓裂評價因子：

圖6 Y井各壓裂段微地震監(jiān)測SRV與彈性參數關系圖

利用測井解釋成果可獲取縱波、橫波時差來計算各數據點對應的彈性模量和泊松比：

并非所有生產井都進行陣列聲波測井，研究過程中通常缺失橫波數據。為實現(xiàn)利用測井數據快速計算壓裂評價因子，建立礦物組分與彈性參數的相關關系并簡化計算流程，本文利用Voigt-Reuss-Hill模型[30-32]、Biot-Gassmann模型[33]獲取縱橫波數據。

首先，建立不同礦物組分的Voigt-Reuss-Hill模型以計算巖石基質等效彈性參數（體積模量和切變模量）：

然后，根據Mavko等[34]基于Biot理論推導的兩相介質中應力與應變的等價關系，將孔隙與流體同時加入頁巖基質中：

本文將束縛水與天然氣同時考慮為流體，可以通過含水飽和度與含氣飽和度數據等效換算：

再根據 Biot-Gassmann模型建立彈性參數之間的關系式：

最后，根據（10）式—（14）式求得縱波時差、橫波時差，再通過（8）式、（9）式求出各測井點的彈性模量和泊松比，然后代入（7）式求出壓裂評價因子。

1.3 綜合評價因子

假設儲集層物性與可壓裂性對優(yōu)質儲集層以及壓后產能貢獻均等，則通過等效計算方法建立綜合評價因子：

2 基于綜合評價因子的儲集巖類型劃分

四川盆地焦石壩地區(qū)五峰組—龍馬溪組一段頁巖儲集層巖石類型變化較小，但由于沉積期由深水滯留厭氧環(huán)境向深水陸棚環(huán)境轉變，沉積水體的局限性被打破，受高能水體環(huán)境的影響逐漸增大，礦物組分比例及其成因有明顯區(qū)別，尤其表現(xiàn)為硅質礦物由五峰組生物成因的自生硅為主向龍馬溪組陸源碎屑成因的陸源硅為主的快速轉化[35]。在前人對四川盆地焦石壩頁巖儲集層研究[36]和三軸巖石力學實驗的基礎上，利用綜合評價因子，從物性和巖石力學角度，將五峰組—龍馬溪組一段含氣頁巖（除去五峰組頂部觀音橋段凝灰?guī)r）劃分為低陸源硅頁巖（S1）、中陸源硅頁巖（S2）、高陸源硅頁巖（S3）和高自生硅頁巖（S4）4類儲集巖（見圖7）。

2.1 低陸源硅頁巖

圖7 四川盆地焦石壩地區(qū)五峰組—龍馬溪組一段頁巖儲集層的物性評價因子與壓裂評價因子圖版

該類巖石巖心多呈深灰—灰黑色，致密，水平紋層發(fā)育（見圖8a、8b），夾有順層發(fā)育的粉砂質條帶，條帶寬約0.3～1.0 mm，另有少量未充填水平裂縫（長約100 mm，寬約1～2 mm）、方解石脈（見圖8a）和大量粉砂質團塊（6 mm×6 mm）～（10 mm×35 mm）（見圖8b）發(fā)育。鏡下觀察該類巖石黏土礦物含量大于 50%，最高達76%，硅質礦物含量小于35%，碳酸鹽礦物含量小于8%；石英顆粒具有一定的順層性及定向性（見圖8c）。

該類巖石物性評價因子集中在0.2～0.4，壓裂評價因子主要分布在0.4～0.6，表現(xiàn)出較差的儲集性和較好的可壓裂性。巖石內層理縫、納米級有機質孔等宏微觀儲集空間發(fā)育較少，是影響儲集性的主要因素。雖然巖石基質中硅質、碳酸鹽礦物等脆性礦物總量較低，但粉砂質條帶和大量的粉砂質團塊彌補了脆性礦物的不足，有助于增強巖石的可壓裂性。該類巖石綜合評價因子分布在0.1～0.4，儲集空間的匱乏使得天然氣資源量較少，較低的天然裂縫發(fā)育程度也使得體積改造難以產生較大SRV。綜合認為該類巖石的開發(fā)效果較差。

圖8 四川盆地焦石壩地區(qū)五峰組—龍馬溪組一段頁巖儲集層低陸源硅頁巖宏、微觀特征

2.2 中陸源硅頁巖

該類巖石巖心多呈深灰—灰黑色，致密且性脆，水平層理發(fā)育，見灰黑色泥質條帶和淺灰色粉砂質條帶頻繁疊置（見圖9a）；方解石半充填水平裂縫（長約70～120 mm，寬約1～2 mm）較為發(fā)育。鏡下觀察該類巖石黏土礦物含量小于 35%，硅質礦物含量在35%～50%，碳酸鹽礦物含量在 8%～10%，并發(fā)現(xiàn)白云石聚集呈帶狀分布（見圖9b），與黏土具有不清晰的界線；石英較均勻分布在黏土中，或呈紋層狀（見圖9c）；相比低陸源硅頁巖，筆石化石碎片較多，含量達5%～10%。

該類巖石物性評價因子主要分布在0.3～0.5，壓裂評價因子主要分布在0.4～0.6。較差的孔隙發(fā)育程度和天然裂縫被半充填制約著儲集空間的發(fā)育，影響儲集性。而較高的脆性礦物含量則保證了儲集層具有較好的可壓裂性。該類巖石綜合評價因子分布在 0.40～0.45，雖然儲集性較差，但宏觀上天然裂縫較好的發(fā)育程度、泥質條帶和粉砂質條帶的疊置，微觀上石英粉砂、白云石和黏土等不同礦物的相互接觸等特征，使得巖石具有較多的應力弱面，壓裂施工過程中巖體更易發(fā)生破壞。若上覆和下伏巖層儲集性較好，則可選擇該類巖石發(fā)育層進行水力壓裂，溝通上下巖層獲得高產。

圖9 四川盆地焦石壩地區(qū)五峰組—龍馬溪組一段頁巖儲集層中陸源硅頁巖宏、微觀特征

2.3 高陸源硅頁巖

該類巖石巖心多呈灰黑色，水平層理發(fā)育，粉砂質條帶較少，呈斷續(xù)狀（見圖 10a），毫米級寬度；天然裂縫發(fā)育，主要為水平縫，自上而下裂縫發(fā)育密度增大，并由方解石半充填、未充填向全充填轉變，偶見垂直縫（見圖 10b）；筆石化石碎片與低、中陸源硅頁巖相比更多（見圖 10c）。鏡下觀察該類巖石黏土礦物含量小于 20%，硅質礦物含量大于 50%，碳酸鹽礦物含量大于 10%；富石英、白云石礦物區(qū)與富黏土礦物區(qū)具有不清晰界線，寬度約0.200～0.275 mm（見圖10d）。不同于中陸源硅頁巖，該類巖石白云石也可呈星點狀較均勻分布（件圖 10e）；放射蟲、硅質骨針發(fā)育（見圖10f），可見方解石交代現(xiàn)象。

該類巖石物性評價因子主要分布在0.40～0.75，壓裂評價因子主要分布在0.35～0.60。相對較高的有機質含量對應納米級有機質孔發(fā)育，有機質的高度轉化進一步增大了儲集空間，對吸附氣和游離氣的儲集具有積極作用。高脆性礦物含量同樣保證了水力壓裂的可行性。該類巖石綜合評價因子分布在0.45～0.50，儲集性和可壓裂性均較好，且方解石半充填、全充填的天然裂縫大量發(fā)育使得宏觀應力弱面增多，碳酸鹽礦物的增多使得不同礦物間的微觀應力弱面增多[16,37]，有利于裂縫擴展并溝通更多含氣區(qū)域。綜合認為該類巖石可作為優(yōu)先開采對象。

圖10 四川盆地焦石壩地區(qū)五峰組—龍馬溪組一段頁巖儲集層高陸源硅頁巖宏、微觀特征

2.4 高自生硅頁巖

該類巖石巖心多呈灰黑—黑色，主要發(fā)育在五峰組，頁理發(fā)育；裂縫十分發(fā)育，主要被方解石充填，呈近水平（見圖 11a、11b）或近垂直狀，并交錯為 U型或“井”字型（見圖11c、11d）。鏡下觀察該類巖石黏土礦物含量低于 20%，硅質礦物含量大于 60%，最高達75%，碳酸鹽含量為8%～10%；大量石英粉砂和白云石混合的淺色紋層與深色黏土層互層（見圖11e），或石英粉砂呈帶狀聚集分布（見圖 11f）；筆石化石碎片富集，多被硅質交代，無定向分布。

該類巖石物性評價因子主要分布在0.5～0.9，表現(xiàn)出較好的儲集性；壓裂評價因子主要分布在 0.40～0.55，表現(xiàn)出較好的儲集層可壓裂性。高有機碳含量成為資源富集的保障[36]，而在裂縫系統(tǒng)近乎完全充填條件下有機質孔的大量發(fā)育成為形成優(yōu)質儲集層的保障。高含量自生石英脆性礦物的發(fā)育加上U型和“井”字型充填縫的大量交互發(fā)育，形成的不同應力弱面共同使得巖石具有較好的可壓裂性。該類巖石綜合評價因子大于0.5，儲集性和可壓裂性均較好，目前生產過程中被視為主要的水力壓裂開采巖石類型。

四川盆地焦石壩地區(qū)五峰組—龍馬溪組一段 4類頁巖具有不同的物性與可壓裂性。綜合探討認為高自生硅頁巖和高陸源硅頁巖具有較好的儲集性和可壓裂性，中陸源硅頁巖次之，低陸源硅頁巖較差。

3 優(yōu)質儲集層識別與壓裂后產能評價

3.1 優(yōu)質頁巖儲集層識別

圖11 焦石壩地區(qū)五峰組—龍馬溪組一段頁巖儲集層高自生硅頁巖宏、微觀特征

區(qū)別于常規(guī)儲集層直井生產模式，頁巖氣開采需通過水平井壓裂施工實現(xiàn)產能，傳統(tǒng)的儲能系數或將不再適用于水平井段的橫向評價。通過測井解釋，運用儲集層綜合評價因子劃分水平段 4類巖石類型所占比例。對焦石壩全區(qū)已有92口生產井進行水平段巖石類型劃分發(fā)現(xiàn)（見表2），鉆遇高自生硅頁巖、高陸源硅頁巖比例較高的水平井具有較好的測試產量。也就是說，綜合評價因子高于0.45的頁巖儲集層同時具備較好的儲集性與可壓裂性，證實了綜合評價因子的適用性，也說明頁巖儲集層評價不能僅單獨考慮儲集性或可壓裂性。

表2 四川盆地焦石壩地區(qū)水平井鉆遇頁巖儲集層物性、可壓裂性、測試產量統(tǒng)計表

3.2 壓裂后產能評價

頁巖儲集層分段壓裂施工，各壓裂段的生產能力對單井產量貢獻不一。北美頁巖儲集層現(xiàn)場生產結果表明對單井產量有明顯貢獻的壓裂段不到50%。為此，以進行過微地震實時監(jiān)測SRV的Y井（見圖6）17個壓裂段為例（見圖 12a），根據物性評價因子、壓裂評價因子和綜合評價因子進行水平段評價（見圖13）。

總體上看，Y井第13—17段綜合評價因子主要分布在 0.45～0.50，同時表現(xiàn)出較好的儲集性與可壓裂性，產量貢獻最佳，多在（1.0～2.0）×104m3/d；第1、4、9、11、12段綜合評價因子主要分布在0.5及以上，表現(xiàn)出較好的儲集性，可壓裂性相對較差，產量貢獻適中，多在（0.5～1.0）×104m3/d；第2、3、5—8、10段綜合評價因子多在0.45以下，在0.45～0.50的較少，物性與壓裂評價因子波動幅度大，產量貢獻較差甚至沒有產量，基本在0.5×104m3/d以下。由此可以看出，物性與壓裂效果同時對產量產生影響：①對于本文研究區(qū)，當綜合評價因子大于0.50時，儲集性具有先天優(yōu)勢，以往壓裂選層方案中多選取該層進行施工，但壓裂改造過程中由于天然裂縫的大量發(fā)育，壓裂液濾失量大，且下伏澗草溝組瘤狀灰?guī)r并未具備含氣性，改造過程中壓裂液及其能量向灰?guī)r的轉移對產量貢獻無效（見圖 12b），微地震監(jiān)測獲取的 SRV主要分布在（1.5～3.0）×106m3，近井儲集層可被充分改造，所以產量相對適中；②當綜合評價因子為0.45～0.50時，頁巖儲集層同時具備較好的儲集性和可壓裂性，從穿行層位來看，水平段并未穿行含氣性最優(yōu)的五峰組，但卻因為從最具壓裂性的層位起裂，將上覆和下伏含氣性較好的儲集層動用起來（見圖12c），SRV比穿行綜合評價因子大于0.5的層段更大，多高于3.0×106m3，最具開發(fā)優(yōu)勢；③當綜合評價因子小于0.45時，盡管可壓裂性較好，但多對應儲集性較差的層位，且天然裂縫發(fā)育程度較低，難以調動相鄰的優(yōu)勢儲集層，無法形成較大SRV（多小于1.5×106m3），所以開發(fā)效果相對較差。

圖12 焦石壩地區(qū)Y井水平段穿行層位及壓裂模式

圖13 焦石壩地區(qū)Y井水平段物性、可壓裂性及綜合評價測井解釋成果

4 結論

基于巖石物理實驗獲取儲集層地質特征，綜合前人研究成果，建立了反映頁巖儲集層儲集性與可壓裂性的綜合評價因子。根據綜合評價因子，將四川盆地東南緣焦石壩地區(qū)奧陶系五峰組—志留系龍馬溪組一段頁巖儲集層劃分為低陸源硅頁巖、中陸源硅頁巖、高陸源硅頁巖和高自生硅頁巖 4類儲集巖，其中高陸源硅頁巖和高自生硅頁巖的儲集性和可壓裂性最好，是頁巖開發(fā)的優(yōu)質巖類。

根據測井解釋獲取儲集層地質特征，將綜合評價因子應用到實際生產中后發(fā)現(xiàn)，綜合評價因子充分考慮地質與工程因素，與壓后生產效果對應較好。利用綜合評價因子進行水平段評價時，適中且穩(wěn)定的綜合評價因子表示同時具有較好的儲集性和可壓裂性，對應較高產量，證實儲集性與可壓裂性是同時影響產量的因素。

符號注釋：

a1，b1——物性權重系數；e1，e2——原始物性評價因子、壓裂評價因子；e1max，e1min——單井最大、最小物性評價因子；e2max，e2min——單井最大、最小壓裂評價因子；E0——綜合評價因子；Ei——第i個測井解釋數據點對應的彈性模量，GPa；Ej——孔隙度熵值或總有機碳熵值；Emax，Emin——單井測井解釋點中最大、最小彈性模量，GPa；fn——第n類礦物組分含量，%；k——測井數據點個數；K，μ——飽和流體狀態(tài)的頁巖體積模量和切變模量，GPa；Kf——流體體積模量，GPa；Km，μm——基質體積模量和切變模量，GPa；Kn，μn——第 n類礦物組分的體積模量和切變模量，GPa；KR，μR——Reuss平均體積模量和切變模量，GPa；KV，μV——Voigt平均體積模量和切變模量，GPa；Kw，Kg——液相、氣相體積模量，GPa；max xj，min xj——研究區(qū)最大、最小孔隙度或總有機碳含量，%；p——隨體積應變和流量增大的壓力，MPa；R——相關系數；Sw——巖體含水飽和度，%；TOC——總有機碳含量，%；TOClab——實驗室測得平均總有機碳含量，%；TOCmax，TOCmin——單井最大、最小總有機碳含量，%；Wj——孔隙度或總有機碳的權值；xij——第i個測井解釋數據點對應的孔隙度或總有機碳含量，%；Yij——第i個測井解釋數據點對應的歸一化孔隙度或總有機碳含量；α——Biot系數；Δtp，Δts——縱波時差、橫波時差，ms/m；ρ——測井（巖心）密度，g/cm3；ρf——流體密度，g/cm3；ρk——有機質（干酪根）密度，g/cm3；ρm——基質密度，g/cm3；υi——第i個測井解釋數據點對應的泊松比；υmax，υmin——單井地球物理解釋點中最大、最小泊松比；φe——有效孔隙度，%；φmax，φmin——單井最大、最小孔隙度，%。

[1] 陳新軍, 包書景, 侯讀杰, 等. 頁巖氣資源評價方法與關鍵參數探討[J]. 石油勘探與開發(fā), 2012, 39(5)： 566-571.CHEN Xinjun, BAO Shujing, HOU Dujie, et al. Methods and key parameters of shale gas resources evaluation[J]. Petroleum Exploration and Development, 2012, 39(5)： 566-571.

[2] 陳更生, 董大忠, 王世謙, 等. 頁巖氣藏形成機理與富集規(guī)律初探[J]. 天然氣工業(yè), 2009, 29(5)： 17-21.CHEN Gengsheng, DONG Dazhong, WANG Shiqian, et al. A preliminary study on accumulation mechanism and enrichment pattern of shale gas[J]. Natural Gas Industry, 2009, 29(5)： 17-21.

[3] 李玉喜, 喬德武, 姜文利, 等. 頁巖氣含氣量和頁巖氣地質評價綜述[J]. 地質通報, 2011, 30(2)： 308-317.LI Yuxi, QIAO Dewu, JIANG Wenli, et al. Gas content of gas-bearing shale and its geological evaluation summary[J].Geological Bulletin of China, 2011, 30(2)： 308-317.

[4] ALZATE J H, DEEPAK D. Integration of surface seismic, microseismic,and production logs for shale gas characterization： Methodology and field application[J]. Interpretation, 2013, 1(2)： 37-49.

[5] HU R, VERNIK L, NAYVELT L, et al. Seismic inversion for organic richness and fracture gradient in unconventional reservoirs： Eagle Ford Shale, Texas[J]. Leading Edge, 2015, 34(1)： 80-84.

[6] 郭旭升, 尹正武, 李金磊. 海相頁巖含氣量地震定量預測技術及其應用： 以四川盆地焦石壩地區(qū)為例[J]. 石油地球物理勘探,2015, 50(1)： 144-149.GUO Xusheng, YIN Zhengwu, LI Jinlei. Quantitative seismic prediction of marine shale gas content, a case study in Jiaoshiba area,Sichuan Basin[J]. Oil Geophysical Prospecting, 2015, 50(1)： 144-149.

[7] ABOUELRESH M O, SLATT R M. Lithofacies and sequence stratigraphy of the Barnett Shale in east-central Fort Worth Basin,Texas[J]. AAPG Bulletin, 2012, 96(1)： 34-43.

[8] HAN C, JIANG Z, HAN M, et al. The lithofacies and reservoir characteristics of the Upper Ordovician and Lower Silurian black shale in the Southern Sichuan Basin and its periphery, China[J].Marine & Petroleum Geology, 2016, 75： 181-191.

[9] OU C, RUI R, LI C, et al. Multi-index and two-level evaluation of shale gas reserve quality[J]. Journal of Natural Gas Science &Engineering, 2016, 35： 1139-1145.

[10] 石強, 陳鵬, 王秀芹, 等. 頁巖氣水平井高產層段判識方法及其應用： 以四川盆地威遠頁巖示范區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪組為例[J]. 天然氣工業(yè), 2017, 37(1)： 60-65.SHI Qiang, CHEN Peng, WANG Xiuqin, et al. A method for identifying high-productivity intervals in a horizontal shale gas well and its application： A case study of the Lower Silurian Longmaxi Fm in Weiyuan Shale gas demonstration area, Sichuan basin[J]. Natural Gas Industry, 2017, 37(1)： 60-65.

[11] GUO Z, CHAPMAN M, LI X. A shale rock physics model and its application in the prediction of brittleness index, mineralogy, and porosity of the Barnett Shale[C]//2012 SEG Annual Meeting. Las Vegas, Nevada： SEG, 2012.

[12] SHI X, LIU G, JIANG S, et al. Brittleness index prediction from conventional well logs in unconventional reservoirs using artificial intelligence[R]. IPTC 18776-MS, 2016.

[13] PAPANASTASIOU P, ATKINSON C. The brittleness index in hydraulic fracturing[R]. ARMA 15-489, 2015.

[14] GENG Z, CHEN M, JIN T, et al. Brittleness determination of rock using rock physics techniques calibrated with macro damage[R].ARMA 15-268, 2015.

[15] 劉致水, 孫贊東. 新型脆性因子及其在泥頁巖儲集層預測中的應用[J]. 石油勘探與開發(fā), 2015, 42(1)： 117-124.LIU Zhishui, SUN Zandong. New brittleness indexes and theirapplication in shale/clay gas reservoir prediction[J]. Petroleum Exploration and Development, 2015, 42(1)： 117-124.

[16] MATHIA E, RATCLIFFE K. Brittleness index： A parameter to embrace or avoid?[R]. URTeC 2448745, 2016.

[17] ROJAS L F, PE?A Y Q, CARRILLO Z H C. Brittleness analysis： A methodology to identify sweet spots in shale gas reservoirs[R]. SPE 180955-MS, 2016.

[18] MITTAL R, ORUGANTI Y, MCBURNEY C. Re-fracturing simulations： Pressure-dependent SRV and shear dilation of natural fractures[R]. SPE 178631-MS, 2015.

[19] ANDERSON D M, THOMPSON J M, CADWALLADER S D, et al.Maximizing productive stimulated reservoir volume in the Eagle Ford： An infill case study[R]. URTeC 2430961, 2016.

[20] 鄒才能, 丁云宏, 盧擁軍, 等. “人工油氣藏”理論、技術及實踐[J].石油勘探與開發(fā), 2017, 44(1)： 144-154.ZOU Caineng, DING Yunhong, LU Yongjun, et al. Concept,technology and practice of “man-made reservoir” development[J].Petroleum Exploration and Development, 2017, 44(1)： 144-154.

[21] OTTMANN J, BOHACS K. Conventional reservoirs hold keys to the‘Un’s[J]. AAPG Explorer, 2014, 35(2)： 26.

[22] 郭旭升. 南方海相頁巖氣“二元富集”規(guī)律： 四川盆地及周緣龍馬溪組頁巖氣勘探實踐認識[J]. 地質學報, 2014, 88(7)： 1209-1218.GUO Xusheng. Rules of Two-Factor enrichment for marine shale gas in southern China： Understanding from the Longmaxi Formation shale gas in Sichuan Basin and its surrounding areas[J]. Acta Geologica Sinica, 2014, 88(7)： 1209-1218.

[23] 郭彤樓, 張漢榮. 四川盆地焦石壩頁巖氣田形成與富集高產模式[J]. 石油勘探與開發(fā), 2014, 41(1)： 28-36.GUO Tonglou, ZHANG Hanrong. Formation and enrichment mode of Jiaoshiba shale gas field, Sichuan Basin[J]. Petroleum Exploration and Development, 2014, 41(1)： 28-36.

[24] 郭旭升, 胡東風, 文治東, 等. 四川盆地及周緣下古生界海相頁巖氣富集高產主控因素： 以焦石壩地區(qū)五峰組—龍馬溪組為例[J].中國地質, 2014, 41(3)： 893-901.GUO Xusheng, HU Dongfeng, WEN Zhidong, et al. Major factors controlling the accumulation and high productivity in marine shale gas in the Lower Paleozoic of Sichuan Basin and its periphery： A case study of the Wufeng-Longmaxi Formation of Jiaoshiba area[J].Geology of China, 2014, 41(3)： 893-901.

[25] 彭勇民, 龍勝祥, 胡宗全, 等. 四川盆地涪陵地區(qū)頁巖巖石相標定方法與應用[J]. 石油與天然氣地質, 2016, 37(6)： 964-970.PENG Yongmin, LONG Shengxiang, HU Zongquan, et al. Calibration method of shale petrological facies and its application in Fuling area,the Sichuan Basin[J]. Oil and Gas Geology, 2016, 37(6)： 964-970.

[26] 張騰, 張烈輝, 唐洪明, 等. 頁巖孔隙整合化表征方法： 以四川盆地下志留統(tǒng)龍馬溪組為例[J]. 天然氣工業(yè), 2015, 35(12)： 19-26.ZHANG Teng, ZHANG Liehui, TANG Hongming, et al. An integrated shale pore characteristics method： A case study of the Lower Silurian Longmaxi Formation in the Sichuan Basin[J]. Natural Gas Industry,2015, 35(12)： 19-26.

[27] 黃仁春, 王燕, 程思潔, 等. 利用測井資料確定頁巖儲層有機碳含量的方法優(yōu)選： 以焦石壩頁巖氣田為例[J]. 天然氣工業(yè), 2014,34(12)： 25-32.HUANG Renchun, WANG Yan, CHENG Sijie, et al. Optimal selection of logging-based TOC calculation methods of shale reservoirs： A case study of the Jiaoshiba shale gas field, Sichuan Basin[J]. Natural Gas Industry, 2014, 34(12)： 25-32.

[28] 趙金洲, 沈騁, 任嵐, 等. 頁巖儲層不同賦存狀態(tài)氣體含氣量定量預測： 以四川盆地焦石壩頁巖氣田為例[J]. 天然氣工業(yè), 2017,37(4)： 27-33.ZHAO Jinzhou, SHEN Cheng, REN Lan, et al. Quantitative prediction of gas contents in different occurrence states of shale reservoirs： A case study of Jiaoshiba shale gasfield in the Sichuan Basin[J]. Natural Gas Industry, 2017, 37(4)： 27-33.

[29] 趙金洲, 許文俊, 李勇明, 等. 頁巖氣儲層可壓性評價新方法[J].天然氣地球科學, 2015, 26(6)： 1165-1172.ZHAO Jinzhou, XU Wenjun, LI Yongming, et al. A new method for fracability evaluation of shale-gas reservoirs[J]. Natural Gas Geoscience, 2015, 26(6)： 1165-1172.

[30] VOIGT W. Crystal physics[M]. Leipzig： Teubner, 1928： 1-20.

[31] REUSS A. Stresses constant in composite, rule of mixtures for compliance components[J]. Journal of Applied Mathematics and Mechanics, 1929, 9(1)： 49-58.

[32] HILL R. The elastic behavior of crystalline aggregate[J]. Journal of Process Physical Society, 1952, 65(5)： 349-354.

[33] BIOT M. Theory of propagation of elastic waves in a fluid saturated porous solid[J]. The Journal of the Acoustical Society of America,1956, 28(2)： 168-191.

[34] MAVKO G, MUKERJI T, DVORKIN J. The rock physics handbook：Tools for seismic analysis of porous media[M]. Cambridge：Cambridge University Press, 2003.

[35] 王淑芳, 鄒才能, 董大忠, 等. 四川盆地富有機質頁巖硅質生物成因及對頁巖氣開發(fā)的意義[J]. 北京大學學報(自然科學版), 2014,50(3)： 476-486.WANG Shufang, ZOU Caineng, DONG Dazhong, et al. Biogenic silica of organic-rich shale in Sichuan Basin and its significance for shale gas[J]. Acta Scientiarum Naturalium Univesitatis Pekinensis,2014, 50(3)： 476-486.

[36] 吳藍宇, 胡東風, 陸永潮, 等. 四川盆地涪陵氣田五峰組—龍馬溪組頁巖優(yōu)勢巖相[J]. 石油勘探與開發(fā), 2016, 43(2)： 1-9.WU Lanyu, HU Dongfeng, LU Yongchao, et al. Advantageous shale lithofacies of Wufeng Formation-Longmaxi Formation in Fuling gas field of Sichuan Basin, SW China[J]. Petroleum Exploration and Development, 2016, 43(2)： 1-9.

[37] 付小東, 秦建中, 縢格爾, 等. 烴源巖礦物組成特征及油氣地質意義： 以中上揚子古生界海相優(yōu)質烴源巖為例[J]. 石油勘探與開發(fā), 2011, 38(6)： 671-684.FU Xiaodong, QIN Jianzhong, TENGER, et al. Mineral components of source rocks and their petroleum significance： A case from Paleozoic marine source rocks in the Middle-Upper Yangtze region[J].Petroleum Exploration and Development, 2011, 38(6)： 671-684.

（編輯 胡葦瑋）

A comprehensive evaluation index for shale reservoirs and its application:A case study of the Ordovician Wufeng Formation to Silurian Longmaxi Formation in southeastern margin of Sichuan Basin, SW China

SHEN Cheng1, REN Lan1, ZHAO Jinzhou1, TAN Xiucheng1, WU Leize2
(1. State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploration, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500,China; 2. Research Institute of Petroleum Engineering of Jianghan Oilfield Branch of Sinopec Corp., Wuhan 430035, China)

Aiming at the disadvantages of existing shale reservoir evaluation methods, a new comprehensive index was proposed to accurately predict the distribution of high quality shale reservoirs and favorable fracturing intervals. The comprehensive index can be calculated using the physical properties index and fracturing index by the equivalent method. Computed by logging rock-electric parameters and mineral bulk physical model, the physical properties index characterizes reservoir property and gas-bearing property; the fracturing index characterizes reservoir fracability and is acquired by equivalent porous medium model considering mineral components.According to the comprehensive index, combined with the macro-micro characteristics of cores and logging data, the shale reservoirs in the Ordovician Wufeng Formation to Silurian Longmaxi Formation of Jiaoshiba area in the southeastern margin of Sichuan Basin are subdivided into four types, the high terrigenous siliceous and high authigenic siliceous types are the best in reservoir property and fracability, followed by the middle siliceous and then low siliceous. The comprehensive index can be used to interpret the logging data of horizontal well to figure out the proportion of reservoirs of different types, identify the spatial distribution of reservoirs with good physical properties and good fracability. The predicted results match well with actual production after fracturing.

comprehensive evaluation index; physical properties index; fracturing index; shale reservoir; gas-bearing property; fracability;siliceous shale; Jiaoshiba shale gas; Sichuan Basin

“十三五”國家科技攻關重大專項（2016ZX05060）；國家自然科學基金（51404204）

P618.12

A

1000-0747(2017)04-0649-10

10.11698/PED.2017.04.19

沈騁, 任嵐, 趙金洲, 等. 頁巖儲集層綜合評價因子及其應用： 以四川盆地東南緣焦石壩地區(qū)奧陶系五峰組—志留系龍馬溪組為例[J]. 石油勘探與開發(fā), 2017, 44(4)： 649-658.

SHEN Cheng, REN Lan, ZHAO Jinzhou, et al. A comprehensive evaluation index for shale reservoirs and its application： A case study of the Ordovician Wufeng Formation to Silurian Longmaxi Formation in southeastern margin of Sichuan Basin, SW China[J]. Petroleum Exploration and Development, 2017, 44(4)： 649-658.

沈騁（1990-），男，四川成都人，西南石油大學在讀博士研究生，主要從事儲集層地質與增產改造技術方面的研究工作。地址：四川省成都市新都區(qū)新都大道 8號，西南石油大學油氣藏地質及開發(fā)工程國家重點實驗室，郵政編碼：610500。E-mail：ShenC_Victor@163.com

聯(lián)系作者簡介：趙金洲（1962-），男，湖北仙桃人，碩士，西南石油大學教授，主要從事油氣藏壓裂酸化理論與應用方面的教學和科研工作。地址：四川省成都市新都區(qū)新都大道8號，西南石油大學，郵政編碼：610500。E-mail：zhaojz@swpu.edu.cn

2016-12-11

2017-05-12