致密砂礫巖氣藏儲層評價

馮動軍 李王鵬

（中國石油化工股份有限公司 石油勘探開發研究院，北京 100083）

自1971年，我國發現川西中壩氣田之后，也開始進行致密砂礫巖含氣領域的研究[1]，并先后發現了蘇里格、新場、大牛地等一批致密砂礫巖氣田。近年來，針對致密砂礫巖儲層的研究呈現出持續快速發展的態勢，發表了許多這方面的研究成果。目前，國內的致密砂巖氣藏研究主要集中在鄂爾多斯盆地上古生界及四川盆地川西坳陷三疊系須家河組兩大致密含氣區[2-3]。

目前，致密砂礫巖氣藏天然氣產量已成為天然氣供應的一支重要力量，并將繼續成為儲量和產量增長的亮點。就探明儲量而言，致密砂礫巖氣藏是中國最具現實勘探開發意義的非常規天然氣領域[4]。在能源需求日益緊張的今天，致密砂礫巖氣藏在我國的能源結構中正發揮著越來越重要的角色，已成為一種重要的天然氣來源[5]。認識低滲致密儲層的特點及控制因素，查明相關致密砂礫巖油氣藏的成因，并對其進行有效評價和預測，已成為我國油氣勘探開發二次創業的重要任務。本文主要從巖石學角度總結國內外致密氣藏儲層評價的研究成果，并就其發展趨勢進行分析，以期對國內致密砂礫巖氣藏儲層的評價研究起到參考借鑒作用。

1 致密砂礫巖氣藏定義及特征

國內外針對致密砂礫巖氣藏的研究較少，因此，其定義可借助致密砂巖氣藏的定義。致密砂巖氣藏最初的定義可追溯到1978年美國天然氣政策法案，其中，規定只有砂巖儲層對天然氣的滲透率等于或小于0.1×10-3μm2時的氣藏才可被定義為致密砂巖氣藏。美國聯邦能源管理委員會在20世紀80年代曾對低滲透儲集層，特別是低滲透含氣砂巖和致密性進行過定量規范，按FERC標準，氣藏氣層段平均滲透率等于或小于0.1×10-3μm2的，屬于低滲透儲集層，也可稱為致密含氣砂巖[6]。英國將儲層滲透率小于1×10-3μm2的氣藏定義為致密氣藏，德國將儲層滲透率小于0.6×10-3μm2的氣藏定義為致密氣藏。此外，部分學者（如Stephen A.Holditch）認為致密砂巖氣藏是指需經大型水力壓裂改造措施，或者是采用水平井、多分支井，才能產出工業氣流的砂巖儲層。國內一般將基質滲透率低于0.1×10-3μm2的儲層稱為低滲致密儲層或稱致密儲層。致密砂巖與深盆氣藏、盆地中心氣藏及持續聚集型氣藏有著密切的關系[7]。

砂礫巖體主要發育于斷陷陡坡帶，其形成的沉積過程和構造背景決定了砂礫巖體油氣藏的特殊性。砂礫巖具有近源、快速堆積、埋藏深、低孔低滲、孔隙結構復雜、非均質性強、氣水倒置及地層壓力異常等特點，導致儲層有效性難以劃分，給儲層綜合評價帶來困難。同時由于其巖性組成復雜，對其油氣水層的識別和孔隙度、滲透率的準確測井解釋也存在較大困難。

總之，致密氣藏具有滲透率低，自然產能低[8-11]，經過大型水力壓裂，或者采用水平井、多分支井，才能產出工業氣流等特點。故致密氣藏是覆壓基質滲透率小于或等于0.1×10-3μm2的砂巖氣層，單井一般無自然產能或自然產能低于工業氣流下限，但在一定經濟條件和技術措施下（包括壓裂、水平井、多分支井等）可以獲得工業天然氣產量的氣藏。

2 致密砂礫巖儲層評價研究現狀

目前，國內儲層評價方法主要體現在：

1）基于儲層宏觀常規參數的評價；

2）基于儲層微觀參數與動態數據相結合的評價；

3）基于數學方法的綜合定量評價[12]。

從上述儲層評價方法中可以看出，前2種方法為多參數綜合定性與半定量評價，依據的是評價參數的分級標準，即各類儲層評價參數的界限值。由于不同研究者對各類儲層分級標準有著不同認識，因此，分析評價結果就會隨著研究者的不同而有一定差異。另外，評價參數的不同也會造成儲層評價結果在一定程度上的不一致。第三種方法基本上為定量評價，存在的主要問題是評價過程中的權重或分類標準主要是人為劃定，主觀因素的影響比較大。

2.1 基于儲層宏觀常規參數的評價

宏觀常規評價參數主要有沉積相、孔隙度、滲透率、儲集空間類型、有效儲層厚度，砂地比等。國內外大量碎屑巖氣藏的正常砂巖儲層研究表明，孔滲之間有明顯的正相關性，即滲透率隨孔隙度增大而增大；并且這類砂巖的孔喉較粗，毛細管壓力很小。對于高孔滲的正常砂巖儲層而言，國內外常采用以孔隙度為主參數、滲透率為輔參數進行分類，如我國學者羅蟄潭、裘亦楠等人提出的砂巖儲層分類方法，一直是我國高孔滲油氣儲層評價的重要手段。

但大量事實表明，針對致密砂礫巖儲層僅采用孔滲等常規參數難以有效確定致密砂巖的儲滲能力。常規儲層評價方法有兩個方面的不足：一是常規儲層評價方法，常以孔隙度、滲透率物性參數作為主要評價指標，但對致密砂巖而言，要成為有效儲層首先取決于砂巖的孔喉結構，因致密砂巖的孔喉結構普遍具有很高毛細管壓力；二是常規儲層評價注重砂巖儲層自身物性，是一種靜態的方法，而缺少對砂巖儲層環境條件的考慮，未重視砂巖與環境之間的動態制約關系。

2.2 基于儲層微觀參數與動態數據相結合的評價

主要采用的微觀評價參數有恒速和常規壓汞所取得的孔喉半徑均值、中值半徑、主流喉道半徑、排驅壓力、總孔隙和總喉道進汞飽和度，以及核磁共振所取得的可動流體百分數和束縛水飽和度。動態評價參數有啟動壓力梯度、臨界壓力梯度、有效驅動因子及閥壓梯度等。

楊正明等[13]利用恒速壓汞、核磁共振和低滲透物理模擬實驗研究手段，研究了低滲透含水氣藏特點，將喉道半徑、束縛水飽和度和臨界壓力梯度這三個重要參數作為低滲透率含水氣藏儲層評價的指標參數。研究結果表明，對于不同滲透率的低滲透氣藏巖心，其孔道半徑基本相同，而喉道半徑不同。滲透率與束縛水飽和度有很好的相關關系，在不同的氣驅水過程中，其束縛水飽和度是可變的。在含水飽和度很小時，氣體滲流符合達西規律，當含水飽和度達到一定值時，氣體滲流表現為非線性滲流特性，存在臨界擬壓力梯度或臨界壓力梯度。這三個參數不僅對計算低滲透率含水氣藏的天然氣可采儲量有重要作用，而且也對低滲透率氣藏滲流規律的研究和氣田開發方案設計有重要意義。

張仲宏等[14]分析了可動流體百分數與滲透率和驅油效率的關系，研究了特低滲透巖心在不同圍壓下可動流體百分數的變化規律，并對不同特低滲透開發區塊進行可動流體百分數測試。研究結果表明，可動流體百分數是評價儲層滲流能力及開發潛力的一個重要物性參數，可用可動流體百分數預測特低滲透油藏開發效果。對于特低滲油藏，可動流體百分數是一個比孔隙度和滲透率更能表征儲層滲透率的參數。不同的圍壓，其可動流體百分數和束縛水飽和度是不同的。對不同特低滲透開發區塊進行了可動流體百分數測試，測試結果表明，用可動流體百分數預測特低滲透儲層開發效果與油田現場實際開發效果一致，也驗證了可動流體百分數概念的可行性。以可動流體百分數、主流喉道半徑、擬啟動壓力梯度、原油黏度和黏土礦物含量五個表征參數構建了低滲透油氣藏五元綜合分類系數，計算了大慶、吉林和長慶低滲透油田的30個區塊的儲層綜合分類系數，并將其與所對應的采油強度進行對比，儲層綜合分類系數與采油強度有很好的相關性。根據儲層綜合分類系數大小，可以將儲層進行分類，結合各油區滲透率與綜合分類系數的對應關系，確定了各油區的儲層分類結果，明確了三大油區低滲透油藏開發攻關的目標方向。

2.3 基于數學方法的綜合定量評價

儲層綜合定量評價就是在儲層評價參數選取的基礎上，對儲層的多個影響因素進行綜合評價，最終得到一個綜合評價指標，并依據它來對儲層進行分類，解決了儲層單因素評價過程中常常出現的評價結果相互交叉、不唯一的問題。

一般選用的綜合評價指標計算公式為：

式中REI為儲層綜合評價指標，Xi為儲層評價參數，ai為儲層評價參數的權系數，n為儲層評價參數的個數。顯然，只要求出權系數ai，則綜合評價指標REI就可以計算出來。權系數是某一評價因素在決定總體特征時所占有的重要性程度[15]，確定權系數的方法主要有灰色系統理論法、主成分分析法、層次分析法及模糊數學法。

2.3.1 灰色系統理論法

灰色系統理論法是通過灰色關聯分析來尋求系統中各因素的主要關系，找出影響各項評價指標的重要因素，從而掌握事物的主要特征。晁會霞等[16]在白豹油田中首先利用特征選擇算法對評價參數進行篩選，然后根據灰色關聯分析確定各影響因素的權重，進而運用最大值標準化法確定各項參數的評價分數，最后計算各項參數綜合得分，在此基礎上，運用聚類分析進行儲層分類評價，對儲層評價結果進行統計分析，所劃分的各類儲層特征明顯，與研究區儲層實際特征具有很好的一致性。最大限度地應用計算機手段對油氣儲層進行精細評價和綜合解釋具有定量化、地質意義明確等優點，有一定應用價值。馬楊洋等[17]采用由未知到已知的灰色理論處理方法，根據因素之間發展態勢的相似或相異程度，衡量因素之間差異、歸屬和定量關系。從而提取信息，確定和提供系統的特征性參數，采用特征性參數去白化灰色系統，實現了文中油田文15斷塊油氣儲層綜合評價研究。

2.3.2 主成分分析法

主成分分析法是一種多變量的分析方法，為達到分析簡化的目的，將數目較多的變量作線性組合，合并成幾個主要的新變量-主成分，這樣以較少數目的主成分代表地質變量變化的主要信息，既極大地精簡壓縮了數據，又再現了原始數據件的相關關系及其內在的成因聯系。該方法應用的實例較少，彭仕宓等[18]在對遼河油田冷東-雷家地區沙河街組礫質扇三角洲儲層評價中，首先在儲層宏觀非均質性和微觀孔隙結構研究基礎上，求取了反映儲層特征的13項參數，然后應用主成分分析方法，對儲層進行了分類評價。評價結果表明，各類儲層的分布規律性強，為下一步編制開發方案，合理劃分開發層系奠定了可靠的地質基礎，進一步證明主成分分析方法在砂礫巖儲層評價中的實用價值及可行性。

2.3.3 層次分析法

層次分析法是根據具體的研究問題將一個復雜的系統分解為若干層次或子系統，建立層次結構，構造判斷矩陣，進而確定系統中各因素的相對重要性。張持坤[19]利用聚類分析選取了滲透率、孔隙度、儲量豐度、啟動壓力、平均孔隙半徑、流度6個參數，結合低滲透儲層特征，應用層次分析方法對朝陽溝油田扶楊油層進行儲層評價，采用累積概率曲線對評價指標進行分類，進而確定了分類界限，評價結果符合朝陽溝油田低滲透儲層特征。

2.3.4 模糊數學法

20世紀60年代，模糊數學[20]在綜合評價中得到了較為成功的應用，產生了特別適用于對主觀或定性指標進行綜合評價的模糊綜合評價方法。魏漪等[21]以長慶G油田L井區的典型低滲透油層為研究對象，針對其儲層的影響因素多，關系復雜等特點，應用模糊數學的方法，在已取得的儲層的17項參數的基礎上，對其進行了多因素綜合評價。研究篩選出13項影響儲層評價的主要因素，采用模糊數學的方法，利用SPSS分析軟件，對G油田H儲層進行了綜合評價。最終篩選出了5個貢獻最大的因子，并將儲層分為3大類。該方法對儲層分類具有很高的可靠性，其分析評價結果與單井試油結果的符合率達90%以上。基于綜合評價的結果，對G油田H油藏進行開發，實施效果較好。

國外已發表文獻中關于儲層評價的方法與國內儲層評價方法有較大差別。宏觀的儲層評價方法主要通過地球物理和非地球物理方法來識別“甜點”（即有利儲層發育區）；微觀方法主要包括儲層物性參數和成巖作用模型等兩種方法，儲層物性參數方法主要是利用試驗取得的能更準確反映儲層性質的新參數進行儲層性質分析，成巖作用模型方法主要是通過成巖作用定量模型分析成巖作用對儲層性質影響。

3 致密砂礫巖儲層評價發展趨勢

3.1 由單一宏觀參數向宏觀與微觀相結合方向發展

為了準確地評估和開發致密氣藏，需要從巖心、測井和鉆（錄）井以及試井分析中獲取數據進行定性和半定量評價。相對常規氣藏而言，評價致密砂巖氣藏需要的數據更多。地質學家和工程師需要研究和建立測井與巖心相關曲線，以便使用最簡單的測井方法評價致密氣藏。例如可以建立孔喉半徑、可動流體百分數等參數與測井曲線的關系，以便能夠全井段評價儲層。同時還需要建立孔喉半徑、可動流體百分數等參數與地震資料的相關關系，以便研究儲層微觀特征在平面上的展布。

3.2 由定性向定量方向發展

大量的生產實踐表明，單純用宏觀與微觀參數對儲層進行定性分類評價是片面的，評價方法的選擇必須符合研究地區的地質特征，為勘探開發決策提供依據，另外還要具備綜合性及定量化。對碎屑巖儲層的定義、分類等應該從目前的開發開采工藝實際出發，采用富有成效的技術手段，拓寬儲層范圍，將儲層分類歸結到成因分類上來，實現對儲層分類方案從定性描述到定量評價的轉變，從宏觀到微觀的定量描述，同時又要兼顧到宏觀及微觀兩個方面，在不同的油氣藏描述階段，針對當前的研究目的及意義，分階段做好儲層評價工作。

3.3 由靜態向動靜結合方向發展

越來越多的生產實踐證明，單純用靜態參數進行致密儲層評價存在很多不足。致密砂巖儲層的有效性主要取決于孔喉結構，而致密砂巖的孔喉結構普遍具有很高的毛細管壓力。因此，致密儲層的有效性與地層流體壓力之間具有相互制約的動態關系，即地層流體壓力越大，成為有效砂巖儲層所需喉道半徑越?。环粗?，砂巖喉道半徑越大，成為有效儲層所需地層壓力越小。同時，低滲透儲層由于孔道微細，流體在滲流過程中受到固液作用的影響很大，呈現非線性滲流現象，其中擬啟動壓力梯度是其主要特征，擬啟動壓力梯度是巖心中平均毛管半徑所對應的壓力梯度，它是儲層滲流能力評價的一個重要參數。因此，在以后的致密儲層評價中要充分利用動態數據（如擬啟動壓力梯度、有效驅動因子、地層流體壓力行等）進行致密儲層評價。

4 致密砂礫巖儲層評價存在問題

4.1 評價參數如何與測井相結合，研究儲層縱向發育特征

低滲透儲層僅利用常規儲層參數不能對儲層進行有效評價，需要借助微觀特征。微觀特征往往來源對巖心樣品的分析測試，對一口井的目的層進行儲層評價的巖心樣品是極其有限的，因此，很難對全井段進行儲層評價。

4.2 評價參數如何與地震相結合，研究儲層平面展布特征

針對單井進行儲層評價只是一個點，如何把儲層評價的結果在平面上展開需要地震與儲層評價參數進行有效的結合。目前尚未找到微觀儲層評價參數與地震屬性參數的相關關系，這給儲層評價在平面上的展布帶來了很大的困難。