頁巖儲層非均質(zhì)性地質(zhì)理論的研究現(xiàn)狀、進(jìn)展與方向評述

趙迪斐，郭英海，劉 靜，曹 磊，崇 璇，李冠霖，王玉杰，魏 源

(1.中國礦業(yè)大學(xué)資源與地球科學(xué)學(xué)院，江蘇徐州 221116；2.煤層氣資源與成藏過程教育部重點實驗室，江蘇徐州 221008；3.山東省沉積成礦作用與沉積礦產(chǎn)重點實驗室/山東科技大學(xué)，山東青島 266590；4.頁巖氣勘探開發(fā)國家地方聯(lián)合工程研究中心/重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院，重慶 401120；5.江蘇地質(zhì)礦產(chǎn)設(shè)計研究院，江蘇徐州 221006；6.中國煤炭地質(zhì)總局煤系礦產(chǎn)資源重點實驗室，江蘇徐州 221006)

頁巖儲層屬于“納米儲層”，即其主要的微觀儲集空間均分布于納米尺度，由于其巖石粒度細(xì)小、儲集空間分布復(fù)雜，因此，帶來了對“納米儲層”觀測表征的困難，也帶來了一系列具有科學(xué)與生產(chǎn)意義的新命題[1]。非均質(zhì)性是天然物質(zhì)的固有屬性，反映在物質(zhì)組分、結(jié)構(gòu)、物性等諸多方面，也在不同尺度、不同時間存在顯著差異，尤其是在認(rèn)識微納米尺度非均質(zhì)性的過程中，隨著尺度的減小，表征非均質(zhì)性所需要的數(shù)據(jù)量是幾何式上升的，可能存在多個某方面非均質(zhì)性特征顯著不同的區(qū)間，即存在多尺度非均質(zhì)性[2-6]。因此，如何系統(tǒng)認(rèn)識儲層的非均質(zhì)性，是加深非常規(guī)油氣優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育機理、加深非常規(guī)油氣成藏機理認(rèn)識的重要依據(jù)。

1 開展非均質(zhì)性研究的幾個問題與討論

因非均質(zhì)性是物質(zhì)的固有屬性，故認(rèn)識非均質(zhì)性需要首先明確非均質(zhì)性研究的角度。近年來，非常規(guī)儲層非均質(zhì)性的研究認(rèn)識主要集中在孔隙、物性、有機特征、力學(xué)性質(zhì)等角度，定性—定量程度各不相同，評價方式與角度差異也較大[2-8]。事實上，對儲層非均質(zhì)性的研究應(yīng)當(dāng)首先明確規(guī)模和尺度，如裘亦楠等按照非均質(zhì)性的規(guī)模與開發(fā)生產(chǎn)實用性，以層間非均質(zhì)性、平面非均質(zhì)性、層內(nèi)非均質(zhì)性與孔隙非均質(zhì)性進(jìn)行了碎屑巖的儲層非均質(zhì)性尺度劃分，相似的劃分還包括基于內(nèi)部封閉性單元尺度的劃分方案，等等[9]。在不同尺度，儲層的非均質(zhì)性表現(xiàn)存在顯著差異，尤其是非常規(guī)儲層的微觀非均質(zhì)性，隨著觀測尺度變小，儲層在微納米尺度所蘊含的信息量卻極為豐富，微觀孔隙、力學(xué)性質(zhì)、物性等均呈現(xiàn)尺度性差異，也由此衍生出非均質(zhì)性表征的第二個問題——應(yīng)用非均質(zhì)性表征結(jié)果需要展開宏—微觀的匹配，僅對不同尺度的非均質(zhì)性特征進(jìn)行觀察所獲得的結(jié)果難以服務(wù)于生產(chǎn)實踐。例如，宏觀尺度的物性表象是由微觀尺度的結(jié)構(gòu)、組分與空間分布特征決定的，在納米尺度觀察到的強烈非均質(zhì)性，并不一定導(dǎo)致宏觀物性的強烈非均質(zhì)性，明確一定的觀察范圍可以實現(xiàn)宏—微觀匹配，可以采用大視域拼接、微觀大數(shù)據(jù)分析等方式，使微觀觀測的平均結(jié)果不斷逼近宏觀觀測結(jié)果，在一定的誤差范圍內(nèi)即可以認(rèn)定二者相互匹配，進(jìn)而可以開展由微觀特征揭示宏觀現(xiàn)象機理的研究。

在明確儲層非均質(zhì)性的研究規(guī)模和尺度、多尺度相互匹配的基礎(chǔ)上，開展不同角度的非均質(zhì)性表征，還需要注意非均質(zhì)性特征影響因素的復(fù)雜性。由于所觀察的樣品不可能存在完全相同的特征，因此，找出影響研究目標(biāo)的關(guān)鍵非均質(zhì)性特征以及核心影響因素，就成為服務(wù)生產(chǎn)、揭示地質(zhì)規(guī)律與機理的核心任務(wù)。非常規(guī)儲層一般經(jīng)歷了沉積作用、儲層成巖作用以及后期構(gòu)造改造作用的綜合影響，細(xì)粒沉積物往往在沉積時就形成了變化復(fù)雜的小尺度結(jié)構(gòu)與物質(zhì)分異特征，在這樣的物質(zhì)基礎(chǔ)上，其所發(fā)生的成巖作用改造以及層段內(nèi)構(gòu)造改造強度也存在差異，進(jìn)而塑造了儲層內(nèi)部的非均質(zhì)性特征，直接影響預(yù)測評價、勘探開發(fā)以及層位優(yōu)選[10-11]。因此，對儲層非均質(zhì)性特征的研究，需要格外注意以下幾個問題：①開展非均質(zhì)性研究，需要明確尺度與研究目標(biāo)；②需要進(jìn)行多尺度非均質(zhì)性特征的匹配；③需要找出復(fù)雜影響機理中的關(guān)鍵因素。

2 發(fā)展方向與建議

盡管非常規(guī)油氣的評價常依據(jù)多項不同指標(biāo)，這些靜態(tài)指標(biāo)卻不能反映儲層的變化特征，而非均質(zhì)性特征則可以成為衡量儲層參數(shù)多尺度、不同層段乃至橫向延展變化特征的關(guān)鍵參數(shù)。在此背景下，如何將儲層非均質(zhì)性特征納入評價指標(biāo)，成為一個需要解決的關(guān)鍵難點。在明確表征尺度、表征目標(biāo)后，獲取的相關(guān)參數(shù)可以依據(jù)變異系數(shù)、離散度、相對偏差等數(shù)學(xué)參數(shù)展開[2]。在對海相頁巖儲層微觀孔隙非均質(zhì)性進(jìn)行量化表征時，可以首先從服務(wù)生產(chǎn)的角度，將非均質(zhì)性特征對儲層的影響歸結(jié)為“儲”與“運”兩個方面，再進(jìn)一步遴選關(guān)鍵參數(shù)，包括孔隙性、滲透性、力學(xué)脆性、物質(zhì)組分、微觀儲集空間特征(發(fā)育程度與賦孔特征、孔徑分布、內(nèi)表面積、連通性與空間延展性、空間分布差異等)等參數(shù)開展綜合評價表征，形成基于儲層微觀非均質(zhì)性的評價方案，作為靜態(tài)指標(biāo)的補充[2]。如何以對非均質(zhì)性的科學(xué)認(rèn)識服務(wù)生產(chǎn)實踐，也是非均質(zhì)性地質(zhì)理論進(jìn)一步發(fā)展的重要方向[12-13]。

結(jié)合目前非常規(guī)油氣地質(zhì)領(lǐng)域?qū)佣喑叨确蔷|(zhì)性認(rèn)識的不斷加深，建議在以下方向進(jìn)一步開展非均質(zhì)性研究工作：①加深對不同尺度非均質(zhì)f性特征本身及其影響儲層物性、含氣性、勘探開發(fā)機理的認(rèn)識；②將非均質(zhì)性特征納入儲層表征評價體系，實現(xiàn)對非靜態(tài)指標(biāo)的評價；③加深對非均質(zhì)性特征形成控制影響因素的認(rèn)識，明確不同天然非均質(zhì)性屬性的關(guān)鍵影響因素，為找尋優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育機理、開展優(yōu)質(zhì)層位與“甜點”預(yù)測提供科學(xué)依據(jù)；④在目前的前沿研究中，不斷以理論尋突破，找到非均質(zhì)性地質(zhì)理論新的應(yīng)用點，如深層條件油氣勘探中對結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性有助于保持有效儲集空間的認(rèn)識[6]，等等。

3 結(jié)束語

非均質(zhì)性特征是認(rèn)識非常規(guī)油氣復(fù)雜地質(zhì)特性的重要角度，也是彌補靜態(tài)評價預(yù)測參數(shù)、實現(xiàn)動態(tài)認(rèn)知與動態(tài)表征的重要媒介參數(shù)。在非常規(guī)油氣的地質(zhì)認(rèn)識中，多尺度非均質(zhì)性是近年來的研究新方向與新熱點，但如何進(jìn)一步開展非均質(zhì)性地質(zhì)理論的研究、如何建立量化評價體系、如何將非均質(zhì)性參數(shù)納入儲層預(yù)測評價、如何以非均質(zhì)性地質(zhì)理論服務(wù)生產(chǎn)實踐，成為非均質(zhì)性地質(zhì)理論研究的難點。這些問題的存在，極大地限制了非均質(zhì)性地質(zhì)理論的進(jìn)一步發(fā)展。針對這些問題，本文提出相關(guān)建議，為非常規(guī)油氣地質(zhì)工作者提供參考。