页岩气储层表征评价技术进展分析

周歌

摘要：随着油气勘探理论与技术的发展，其精细的微纳孔体系和独特的流体分布方式成为页岩与常规油气藏的显著特征，同时也对评价内容、方法、技术手段的相关性、准确性和适用性提出了更高的要求。页岩气源、储一体的成藏特点，使得油气储集层的描述和评价成为该区评价、甜点预测、开发方案部署和实施的重要参考。但是，由于页岩气勘探与开发工作的逐步深入，目前的评价内容、方法和技术手段的针对性、准确性和适用性已经不能适应我国的实际需要。通过对国内外页岩气储集层的表征和评价技术进行了深入的研究，着重对其矿物成分、孔隙结构、压裂性和多尺度综合评价技术进行了综述。

关键词：页岩气；储层；表征评价技术

引言

页岩储集层有机质丰富，粘土质丰富，颗粒细，非均质性强，孔隙和渗透率低，孔隙空间大，比表面积大，成岩转换和油气沉积的复杂性，使其评价内容、方法与常规储集层不同。页岩储层的矿物组成、有机质类型、丰度、成熟度、孔隙结构、储层物理属性、裂隙特征等是评价页岩储层的主要因素，因此本文对目矿物组成、孔隙结构、裂缝性质及综合评价等方面的研究进展进行综述。

一、矿物组分分析

页岩中的矿物成分对油藏的质量有很大的影响。目前，用于页岩矿物成分的分析方法有：显微鉴别、红外光谱、电子探针、拉曼光谱、X射线衍射、X射线荧光光谱等分析方法。在显微结构上，矿物定量电子显微镜是通过扫描电子显微镜和X-射线光谱技术，通过数据和图象处理软件对矿物成分、粒度、形态及其连生性进行定量研究。利用矿物的定量电子显微镜和大尺寸的二维后散射影像拼接技术，可以从岩芯到微观的各种孔隙和矿物的分布特征。

目前，板岩储层主要是由板岩矿物排列组合、接触胶结等多种因素所决定，进而影响到板岩层理、纹层发育及力学特征，并对油气的排放率、富集方式及岩层破裂程度有一定的影响。但目前这一领域的研究水平还很低，有待进一步的深入和加强与不同规模的地质、地球物理等技术的综合应用，以更好的服务于工业生产。

二、孔隙结构

（一）孔隙结构定性表征

高分辨率成像技术是目前页岩孔隙质量评价的重要方法，常用的方法有：纳米 CT、高分辨率 SEM、聚焦离子束扫描、宽离子束扫描、 AFM、 TEM、 HEM等。通过 CT和 FIB刻蚀技术获取的高分辨率图像，可以直观地描述和计算页岩储层微-纳米孔隙的形态、大小和分布。

目前，关于致密油藏孔隙连通性的研究主要是建立在数字化岩心技术、核磁共振技术以及小角度中子散射技术上。目前，利用液体注入技术（氙气、二碘甲烷、熔融合金）和图像识别技术已逐步用于非常规油气藏的研究。

微-纳米级孔隙系统连通度与湿润度之间存在着复杂的相互关系，从而影响到油气在基质孔隙和裂缝网络系统中的迁移，从而使早期产油量急剧降低，原油采收率降低。通过改变储层的润湿性，可以改变介质中的流体流动，进而增加石油和天然气的产量。自然渗透法、接触角测量法、核磁共振法是一种比较简便、快速、适用范围更广的检测手段。亲油的微米级有机质粒子经常被亲水矿物包裹，从而使其具有“斑点狗”的湿润特性。

（二）孔隙结构定量表征

随着技术水平的不断提高和试验的准确性，将进一步推广到页岩油藏的评价。中子/X射线散射技术是研究多孔介质孔隙结构的一种有效方法。由于测量范围大（0.5nm-20um）、反映孔隙连通性、快速无损检测等特点，已被用于描述煤、页岩等致密油藏的孔隙结构。

页岩油藏具有高度的敏感性，现有的岩样孔隙结构表征方法，除了与地层初始条件相近的测井技术外，其它的研究都受到了非原地温度和流体特性的影响，如应力释放、矿物脱水等因素的影响，不能精确地反映出该地区的储层特性。此外，在试样加工中，如切割、脱水、抛光、注射流体等，都会引起岩样的物理和化学特性发生改变。例如， FIB镓离子束在显微镜下对试样进行微量的砷离子注入，使试样表面发生不同程度的无定形；而在离子研磨工艺中，离子束轰击所产生的热能会明显地提高有机质的随机反射，从而加速了有机物质的挥发性，从而提高了有机质的通透性。在原位和原位条件下，利用直接或间接的方法进行页岩油藏的评价是非常有实际意义的。

三、可压裂性

压裂性是一种可以通过有效的压裂工艺来改善油藏产量的特性。页岩可压裂性能受脆性的影响较大，且页岩的脆性较高，其可压性较好。目前，在页岩气勘探和开发过程中，脆性评估主要采用两个指标，即：岩体的弹性和脆性成分。脆性参数的获得是以地球物理和机械试验为主的。除了对岩石成分和弹性参数的脆性进行评估之外，其它学者也试图从岩石破裂面特征、岩石硬度、全应力-应变曲线等方面来计算岩石的脆性指标。

目前，矿物方法和弹性参数方法还不完善。中国页岩与北美页岩不同，岩相复杂，沉积环境多变，埋藏深度多变，目前的脆性评估技术对北美页岩具有一定的适用性，但对中国页岩的适用性还需进行深入的探讨。地层深度对页岩脆性的影响很大，在高温压作用下，页岩脆性比浅层要低，且油藏应力大，对压裂技术和稳定性的要求也更高。

目前，岩体的脆性研究多以宏观岩芯为中心，而微裂隙、孔隙和纹理层等微观构造对其产生明显的作用。通过对岩石微结构特性的研究，可以有效地描述和评估页岩的脆性。页岩气岩相复杂，沉积环境多变，埋藏深度变化大，除了岩石的成分和力学性能，还需要综合考虑储集层的微观孔隙结构、岩石的胶结特性以及它们对脆性的影响、造缝能力和开裂的维持能力。而海相页岩和陆相富粘性粘土页岩的可压裂性能也是一个值得深入探讨的问题。

四、多技术融合

由于页岩油藏的复杂性，使得目前的评价内容、方法和技术手段都不能很好地适应于工业生产。随着科技的发展和进步，学科和技术的交叉越来越普遍，材料和医学等学科的引入和改进，对油气藏的研究起到了很好的促进作用。多尺度多类型储层综合评价技术是目前页岩储集层描述和评价的主要技术。

在常规砂岩储集层中，孔级成像与模型化是一种可靠、切实可行的方法。目前，页岩气开采主要依赖于水平井分段压裂，而现有的油藏改造监控方法还不能很好地反映出其动态变化。因此，储集层的裂缝发育和动态评估是改善非常规油气藏改造效果的关键。

随着我国页岩气勘探和开采深度的提高，对油气资源的利用程度越来越高，确定原地条件下的储层发育特点对油气勘探、开发具有重要意义。目前，在生物医药领域应用的微流体晶片技术已经应用于油气储集层模拟，为获得储层物性参数、研究化学物与烃之间的交互作用提供了一种新的手段，其费用只是常规复合岩石心的二分之一，应用前景十分广阔。

当前，多技术集成评价技术还在摸索中，有待进一步完善。通过对多类型多尺度储层评价技术的不断完善和完善，将使其在储层的表征和评价中得到进一步的应用。

结语

页岩气油气藏的综合表征技术是目前页岩气勘探和开发的关键技术，它不仅是油气勘探与开发的基础，而且也是确定工程技术方案的关键。通过对页岩气与常规气藏进行差异化分析，着重从沉积环境、生烃潜力、储集性、可压性、气性等多个角度，为同类油气藏的勘探、开发提供了技术指导和示范。

参考文献：

[1]杨琦,毛峥,邵明仁.页岩气储层纳米孔隙结构的研究方法及展望[J].能源化工,2021,42(02):7-13.

[2]周丽艳,罗少成,林伟川等.基于孔隙结构综合评价指数的致密砂岩储层分类方法[J].测井技术,2022,46(06):707-713.