王濡岳，胡宗全，董 立，高 波，孫川翔，楊 滔，王冠平，尹 帥

[1.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；2.中國石化 河南油田分公司 勘探開發(fā)研究院，河南 鄭州 450046；3.中國地質(zhì)大學(北京)能源學院，北京 100083；4.西安石油大學 地球科學與工程學院，陜西 西安 710065]

隨著油氣勘探理論與技術的不斷進步，非常規(guī)油氣的勘探開發(fā)不斷取得新的突破?！绊搸r革命”使美國實現(xiàn)了能源獨立，并一躍成為油氣出口國，改變了全球能源、經(jīng)濟乃至地緣政治格局。涪陵頁巖氣田的發(fā)現(xiàn)標志著中國頁巖氣商業(yè)開發(fā)取得重大突破。目前，中國已在四川盆地建成涪陵、長寧-威遠和昭通3個海相頁巖氣示范區(qū)。2019年全國頁巖氣產(chǎn)量達154×108m3，揭示了南方海相頁巖巨大的頁巖氣資源潛力。

頁巖氣源、儲一體的成藏特征使儲層表征與評價成為選區(qū)評價、甜點預測、開發(fā)方案部署與實施的重要參考依據(jù)。近年來，眾多學者對頁巖儲層開展了大量研究，對中國頁巖氣關鍵地質(zhì)問題的研究進一步深入并取得了豐富的成果[1-9]。然而，隨著中國頁巖氣勘探開發(fā)的不斷推進，現(xiàn)有儲層表征評價內(nèi)容、方法與技術手段的針對性、準確性和適用性已無法滿足工業(yè)生產(chǎn)需求。因此，本文在充分調(diào)研國內(nèi)外頁巖氣儲層表征評價技術基礎上，重點介紹了巖相劃分與預測、礦物組分、孔隙結構、可壓裂性及多尺度/手段聯(lián)合方法等頁巖氣儲層表征評價技術與進展，總結梳理各技術方法的優(yōu)缺點。同時，針對中國頁巖氣地質(zhì)條件與勘探開發(fā)現(xiàn)狀，對頁巖氣儲層表征評價技術及相關研究未來的發(fā)展方向提出若干思考與建議。

1 頁巖氣儲層表征評價技術進展

頁巖儲層具有富有機質(zhì)、富粘土、細粒、強非均質(zhì)性、特低孔滲、納米級孔喉、高比表面積、成巖改造與油氣賦存狀態(tài)復雜等特征，使頁巖儲層評價內(nèi)容、方法與手段有別于常規(guī)儲層。頁巖儲層評價主要包括巖相類型與分布、礦物組成、有機質(zhì)(類型、豐度和成熟度)、孔隙結構、儲層物性和可壓裂性等方面。本文立足中國頁巖氣勘探開發(fā)實踐，著重介紹頁巖巖相、礦物組分、孔隙結構、可壓裂性和多技術融合評價等方面最新技術與研究進展。

1.1 巖相劃分與預測

1.1.1 巖相劃分

巖相劃分是頁巖儲層研究的基礎，目前國內(nèi)外相關學者主要通過礦物組成、沉積構造、生物化石、有機質(zhì)含量、測井響應特征和地震屬性等資料進行巖相劃分。鄭和榮等[10]對中上揚子地區(qū)五峰組-龍馬溪組頁巖巖相進行了劃分，認為巖相的發(fā)育受海平面升降、古陸、海底地形、物源供給等因素影響。王志峰等[11]依據(jù)水動力條件、巖石組分、粒度、結構與構造、生物遺跡和化石組合等指標，分析了不同巖相與有機質(zhì)富集的對應關系。彭勇民等[12]根據(jù)巖性組合、炭質(zhì)含量和硅質(zhì)含量3類關鍵標志，將四川盆地五峰組-龍馬溪組頁巖巖相進行了標定與精細劃分，在生產(chǎn)中取得了良好應用效果。趙建華等[13]和吳藍宇等[14]根據(jù)礦物組成、沉積構造和生物組成等特征，對五峰組-龍馬溪組頁巖及其優(yōu)勢巖相進行了劃分。Hu等[15]對四川盆地五峰組-龍馬溪組巖相開展了系統(tǒng)研究，并依據(jù)巖相分布規(guī)律預測了頁巖巖相甜點的分布?？傮w而言，隨著頁巖巖相研究的不斷深入，巖相劃分標準也逐步明確，巖相分類指標由簡至繁再至簡，最終應落腳到對頁巖氣勘探開發(fā)的指導作用及實際可操作性上。

1.1.2 巖相預測

隨著計算機技術的發(fā)展，灰色關聯(lián)、神經(jīng)網(wǎng)絡等方法被廣泛用于石油工業(yè)巖相識別中。Chang[16]等采用自適應共振神經(jīng)網(wǎng)絡方法進行了頁巖的巖相識別，Wang和Carr[17]運用多類別神經(jīng)網(wǎng)絡法對Marcellus頁巖巖相進行了劃分。蔣裕強等[18]利用TOC+礦物組成，對威遠地區(qū)龍馬溪組頁巖巖相進行了劃分并利用概率神經(jīng)網(wǎng)絡法進行了巖相預測。Wang等[19]利用直井、水平井資料與概率趨勢體約束對焦石壩地區(qū)頁巖巖相進行了三維地質(zhì)建模，具有一定應用前景(圖1)。與地質(zhì)學巖相劃分相比，巖相預測尺度較大、精度較粗，反應頁巖巖相的各類地球物理參數(shù)的響應特征及其選取與判別標準仍有待進一步深化。加強地質(zhì)學巖相劃分與地球物理巖相預測的融合度是未來研究的重點與難點。

圖1 四川盆地焦石壩地區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪組三維巖相預測模型[19]

1.2 礦物組分分析

頁巖礦物組分是影響頁巖儲層品質(zhì)的重要因素。目前，針對頁巖礦物組分的分析手段主要包括顯微鏡下鑒定、紅外光譜、電子探針、拉曼光譜、X射線衍射分析(XRD)、X射線熒光光譜分析(XRF)和能量色散X射線光譜(EDX)等方法。微觀尺度上，礦物定量分析電鏡(如FEI公司QEMSCAN和BRUKER公司QUANTAX EDS等儀器)將掃描電鏡(SEM)與X射線能譜儀(EDS)相結合，利用數(shù)據(jù)和圖像處理軟件，實現(xiàn)對礦物組成、粒度、形態(tài)及其連生關系等方面的定量分析(圖2)。將礦物定量分析電鏡與二維大尺寸背散射圖像拼接技術(MAPS)相結合，可實現(xiàn)巖心至微觀不同尺度孔隙與礦物分布表征[20]。

圖2 川東下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖QEMSCAN分析結果

元素俘獲能譜測井技術可以定量分析儲層的硅、鐵、硫、鉀、鈦、釓、鋁、鎂等元素占比，定量計算礦物百分含量(粘土礦物、石英、碳酸鹽、黃鐵礦、有機質(zhì)等)。20世紀末，斯倫貝謝推出了ECS(Elemental Capture Spectroscopy)測井儀。2009年，哈里伯頓和貝克休斯相繼推出了GEM(Geochemical logging)和FLS(Formation Lithology Spectrometer)測井儀。2012年，斯倫貝謝改進增強了ECS測井儀，研制了高分辨率巖性掃描成像測井儀Litho Scanner。2012年，中國石油推出了中國首套地層元素測井儀FEM。21世紀初，元素俘獲能譜測井技術引入到中國，在油田中得到廣泛應用。隨著煤層氣、頁巖氣等非常規(guī)油氣的興起，元素俘獲能譜測井在非常規(guī)油氣儲層評價中發(fā)揮了重要作用。

礦物組分分析與評價技術總體已較為成熟，但對于頁巖儲層，不同類型頁巖礦物排列組合、接觸與膠結關系等方面存在差異，進而影響頁巖層理、紋層發(fā)育情況與力學性質(zhì)，對頁巖的生排烴、油氣富集模式與可壓裂性均具有重要影響，而目前此方面研究程度較低，未來應逐步深入研究并加強與地質(zhì)和地球物理等不同尺度方法技術的結合來更好地服務工業(yè)生產(chǎn)。

1.3 孔隙結構

目前，針對頁巖氣儲層孔隙結構，國內(nèi)外學者主要借鑒多孔介質(zhì)材料研究的相關技術手段，開展頁巖孔隙的定性和定量研究。

1.3.1 孔隙結構定性表征

高分辨率圖像分析技術是頁巖孔隙定性表征的主要手段，目前常見的有微米-納米CT、高分辨率場發(fā)射掃描電鏡(FE-SEM)、聚焦離子束掃描電鏡(FIB-SEM)、寬離子束掃描電鏡(BIB-SEM)、原子力顯微鏡(AFM)、透射電鏡(TEM)和氦離子電鏡(HIM)等[6]。利用CT和FIB刻蝕技術獲得大量高分辨率圖片可實現(xiàn)頁巖儲層微-納米孔隙形態(tài)、大小和分布等可視化表征與定量計算(圖3)。

圖3 頁巖孔隙結構可視化表征技術

Klaver等[22]和Curtis等[23]分別利用BIB-SEM和FIB-SEM技術對頁巖的孔隙形態(tài)、分布和連通性進行了表征，認為5 nm以下孔隙大量發(fā)育。劉偉新等[6]利用納米CT、FIB-SEM、TEM等技術對川東南龍馬溪組頁巖孔隙結構及其連通性進行了研究，提出了“納米孔儲集、粒緣縫連通、頁理縫滲濾”的頁巖氣流動模型。

頁巖儲層孔隙結構具有多尺度特征(從納米級孔隙到微米級的微裂縫)，不同類型孔隙連通性和潤濕性差異明顯，使得納米孔隙中烴類流動規(guī)律復雜，表現(xiàn)出不同于常規(guī)油氣的運移規(guī)律。目前，國內(nèi)外對于致密儲層孔隙連通性的研究多基于數(shù)字巖心技術(微-納米CT、FIB-SEM等)、核磁共振(NMR)技術和小角中子散射技術。目前，通過流體注入(氙氣、二碘甲烷、熔融合金等)結合圖像識別的孔隙連通性分析技術逐漸應用于非常規(guī)油氣儲層[24-27]表征(圖4a—c)，具有一定的應用前景。

微-納米級孔隙體系連通性和潤濕性間的復雜關系影響了油氣在基質(zhì)孔隙及裂縫網(wǎng)絡體系中的運移，導致了頁巖油氣初期產(chǎn)量的快速下降和較低的采收率。通過改變儲集巖潤濕性可以改變控制基質(zhì)中流體流動的阻力，從而提高油氣產(chǎn)量。自發(fā)滲吸法、接觸角測定法和核磁共振等測試方法相對簡單快捷，應用較為廣泛。具有親油性的微米級有機質(zhì)顆粒，常被包圍在親水性的礦物中，會形成頁巖獨特的“斑點狗”型潤濕性特征[28]。劉向君等[29]對川南龍馬溪組頁巖潤濕性的研究表明，頁巖表面整體具有混合潤濕性，特別是巖石孔隙表現(xiàn)出不均勻的潤濕性，認為該現(xiàn)象主要與頁巖巖石組分的非均質(zhì)性和復雜的孔隙結構有關。楊銳[26]通過不同極性流體的潤濕角實驗和自吸實驗分析了鄂西渝東地區(qū)五峰組-龍馬溪組頁巖潤濕性，并應用不同流體的自吸和示蹤劑飽和擴散實驗分析了頁巖孔隙的連通性(圖4d)，認為親油孔隙具有更好連通性。

圖4 流體注入法頁巖孔隙連通性表征方法

1.3.2 孔隙結構定量表征

孔隙結構定量表征可以大體分為流體注入法和非流體注入法兩大類。

1)流體注入法

流體注入法通過記錄不同壓力下頁巖內(nèi)流體的注入量，結合各類理論模型，通過計算獲得頁巖孔隙結構參數(shù)。常用流體注入法包括高壓壓汞、氣體(CO2,N2和水蒸氣)吸附和He孔隙度測定法等[30-32]。高壓壓汞適用于表征中孔和宏孔，氣體吸附法對微孔和中孔的測量精度更高。因此，結合壓汞和氣體吸附的多尺度孔隙結構測量方法能更加全面準確地表征頁巖孔隙結構特征[32-33](圖5)。中國石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院無錫石油地質(zhì)研究所以6 nm為銜接點，將壓汞法與氣體吸附法結合并進行歸一化銜接，對頁巖全孔徑孔隙分布特征進行有效表征，并起草制定了《頁巖全孔徑分布的測定:壓汞-吸附聯(lián)合法》(NB/T 14008—2015)國家行業(yè)標準，使流體注入孔隙結構表征方法得到進一步規(guī)范與完善。

圖5 頁巖全孔徑定量表征方法示意圖

2)非流體注入法

非流體注入法目前常用技術主要包括核磁共振、小角和超小角中子/X射線散射技術等。

核磁共振技術主要依靠核磁共振信號強度分布特征分析孔隙結構與流體特征，具有快速、無損、多參數(shù)測量等優(yōu)勢。利用流體弛豫時間T2與孔徑分布的相關關系可以總結出計算孔徑分布的經(jīng)驗公式[34-35]。國內(nèi)外學者通過核磁共振實驗，對頁巖滲透性、潤濕性和孔隙結構進行了研究[34-38]。舒志國等[34]利用核磁共振測井資料對焦石壩地區(qū)五峰組-龍馬溪組頁巖物性與孔隙結構進行了研究，具有一定應用效果(圖6)。隨著技術的進步和實驗精度的提高，核磁共振技術將會在頁巖儲層評價中得到更大的應用。

圖6 四川盆地焦石壩地區(qū)頁巖氣儲層核磁共振測井孔隙結構分布[34]

小角度和超小角度中子/X射線散射技術(SANS/SAXS和USANS/USAXS)是表征多孔材料孔隙結構的有效手段。由于其具有測定范圍廣(0.5 nm～20 μm)、反映孔隙連通性、檢測快速無損等特征，近年來，該技術被引入表征煤和頁巖等致密儲層的孔隙結構，具有一定的應用前景。Clarkson等[39]利用高壓壓汞、N2/CO2氣體吸附和SANS/USANS對北美多套頁巖孔隙結構分析表明，SANS/USANS與N2/CO2氣體吸法對頁巖孔隙的測量結果具有較好一致性。此外，部分學者利用SANS/USANS和其他孔隙表征技術對頁巖孔隙結構、(親水)連通性和非均質(zhì)性等進行了表征[39-43]，具有一定應用前景。

需要指出的是，頁巖油氣儲層敏感性較強，目前對頁巖孔隙結構的表征方法，除測井方法較為接近地層原始條件外，其他室內(nèi)表征方法均面臨非原地狀態(tài)下溫壓和流體性質(zhì)的變化所引起的應力釋放、礦物脫水等因素的干擾，無法準確反映其原地條件下儲層特征。同時，樣品處理過程，如切割、脫水、拋光和流體注入等，均可導致頁巖樣品物理化學性質(zhì)的變化。如FIB鎵離子束顯微定點刻蝕樣品時，會向樣品內(nèi)注入一定量的鎵離子而導致樣品表面不同程度的非晶化[44]；而離子拋光過程離子束的轟擊產(chǎn)生的熱能會顯著增加有機質(zhì)的隨機反射率，并使輕質(zhì)有機揮發(fā)分迅速揮發(fā)而導致有機質(zhì)面孔率偏大[45]。因此，采用直接或間接方法開展原地/原位條件下頁巖儲層評價具有重要的現(xiàn)實意義。

1.4 可壓裂性

可壓裂性是頁巖儲層能夠被有效壓裂改造從而提高產(chǎn)出能力的性質(zhì)。頁巖儲層可壓裂性受脆性影響顯著，頁巖脆性越高，可壓性越好。目前頁巖氣勘探開發(fā)中脆性評價通常使用巖石彈性力學參數(shù)與脆性礦物含量2種評價指標[46]。脆性參數(shù)的獲取主要通過地球物理與力學實驗方法。除礦物組分與彈性參數(shù)脆性評價方法外，其他學者也嘗試通過室內(nèi)壓痕實驗、破裂面特征、巖石硬度、全應力-應變曲線等特征進行巖石脆性指數(shù)的計算[47]。

礦物法和彈性參數(shù)法目前仍存在一定的缺陷。相比北美頁巖，中國頁巖儲層存在巖相復雜、沉積環(huán)境多變和埋深變化大等特點，現(xiàn)有脆性評價方法雖然適用于北美海相頁巖，但其在中國的適用性仍有待進一步研究。張晨晨等[47]利用三軸巖石力學實驗分析了圍壓對五峰組-龍馬溪組不同巖相頁巖脆性的影響，認為礦物法對深層頁巖脆性適用性有所降低，不同巖相頁巖的力學脆性增強和減弱的臨界圍壓存在差異：硅質(zhì)頁巖大約在50 MPa，鈣質(zhì)硅質(zhì)頁巖大約在20 MPa(圖7)。楊恒林等[48]和時賢等[49]利用納米壓痕技術對五峰組-龍馬溪組頁巖微觀脆性特征的研究結果表明，石英、白云石和黃鐵礦脆性最高，方解石和長石次之，頁巖內(nèi)微孔/縫等缺陷、礦物膠結類型和礦物分布的非均質(zhì)性導致了不同尺度下巖石力學性質(zhì)的不同(圖8)。

圖7 四川盆地下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖力學脆性與圍壓關系[47]

圖8 四川盆地昭通地區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖納米壓痕礦物彈性模量特征[48]

埋深對頁巖脆性具有重要影響，深層頁巖儲層在高溫壓條件下出現(xiàn)脆-延轉(zhuǎn)化現(xiàn)象，頁巖脆性明顯低于淺層，加之較高的儲層應力(及其差異系數(shù))，對井筒穩(wěn)定性與壓裂工藝要求更高。袁玉松等[50]對川東五峰組-龍馬溪組頁巖脆-延轉(zhuǎn)化特征進行了研究，將頁巖巖石力學性質(zhì)縱向劃分為脆性帶、脆-延轉(zhuǎn)化帶和延性帶并提出了對應的評價流程(圖9)，認為處于脆-延轉(zhuǎn)化深度帶的頁巖既具有較好的保存條件又兼具較好的可壓性，利于頁巖氣的高效開發(fā)。因此，結合不同地區(qū)、巖性頁巖的可壓裂性與脆延轉(zhuǎn)化帶分布，能夠?qū)陧搸r氣富集與開發(fā)的“甜窗”進行有效劃分與評價[51]。

圖9 泥頁巖脆-延轉(zhuǎn)化帶確定方法流程[50]

目前，頁巖脆性研究主要集中在宏觀巖心尺度，而巖石內(nèi)部微裂隙、孔隙和紋層等微觀結構對宏觀破裂影響顯著。Josh等[52]使用CT掃描對富有機質(zhì)頁巖中的交錯層理、紋層等沉積構造進行了系統(tǒng)表征，探索了微觀結構特征與頁巖力學性質(zhì)的關系。鐘建華等[53]和趙志紅等[54]借助宏觀破裂模式研究了頁巖發(fā)生宏觀破裂的微觀機理，在微觀尺度上對頁巖力學性質(zhì)進行了研究。分析微觀結構特征對宏觀破裂的影響，對頁巖脆性表征與評價具有重要意義。針對中國頁巖氣巖相復雜、沉積環(huán)境多變和埋深變化大等特點，除礦物組分和力學性質(zhì)外，還應考慮儲層微觀孔縫結構、巖石各組分膠結特征(膠結類型與強度)及其對脆性的影響、造縫能力及裂縫開啟/保持能力等因素。同時，海相深層頁巖與陸相富粘土質(zhì)頁巖的可壓裂性也有待進一步研究。

1.5 多技術融合

頁巖儲層的復雜性使現(xiàn)有儲層表征評價內(nèi)容、方法與技術手段的準確性、針對性和適用性已無法滿足工業(yè)生產(chǎn)需求。隨著科學技術的不斷發(fā)展進步，學科與技術的交叉越發(fā)普遍，材料、醫(yī)學等學科相關技術的引進與改良為油氣儲層研究提供了有效幫助。多尺度、多類型儲層評價技術的融合成為頁巖儲層表征評價技術的一個重要發(fā)展方向。

對于傳統(tǒng)砂巖儲層，孔級成像和建模是穩(wěn)健且實用的技術。Gerke等[55]將X-CT掃描和2D SEM成像技術融合對碳酸鹽儲層進行建模，模型計算結果與實測物性具有一定對應性。Sinn等[56]利用BIB-SEM、能量色散X射線光譜分析(EDX)和毛細管建模(CTM)技術，對美國新澤西Newark盆地湖相富有機質(zhì)頁巖滲透率進行了預測，預測結果與實驗分析結果吻合度較高，表明2D BIB-SEM技術不僅能夠定性表征頁巖儲層孔隙結構特征，同時可以結合建模技術來計算非均質(zhì)頁巖儲層的流體運移性能。Wu等[57]利用微米-CT、FIB-SEM和HIM等技術表征頁巖多尺度孔隙結構并提出了頁巖氣體運移模擬方法，認為模擬流程主要包括①微觀孔隙結構與滲透率模型、②有機、無機等各類孔隙的空間分布模型以及③包含孔縫系統(tǒng)的巖心尺度模型3個層次(圖10)，認為多尺度成像方法和多級模擬可作為復雜多孔介質(zhì)中孔隙結構和不同尺度下流體運移模擬的有力手段。

圖10 頁巖儲層氣體運移模擬流程[57]

頁巖油氣的開發(fā)通常依靠水平井分段壓裂技術增產(chǎn)，現(xiàn)有的儲層改造監(jiān)測手段目前尚無法直觀反映人工裂縫的動態(tài)形成過程。因此，儲層裂縫生長理論與動態(tài)評價對提高非常規(guī)油氣儲層改造效果具有重要作用。Zhu等[58]結合X-CT、超聲波層析成像技術(UTT)和數(shù)值模擬，對頁巖水力壓裂裂縫進行了表征，認為與傳統(tǒng)X射線CT技術相比，該方法更為準確、高效、穩(wěn)定和低廉。朱如凱等[59]和Renard等[60]將三軸壓縮變形實驗與X-CT相結合，來表征巖石原位破裂的動態(tài)過程，對研究巖石受力破裂過程中的微觀-宏觀變化及其銜接過程具有重要意義(圖11)，對頁巖儲層演化和壓裂改造評價等方面具有參考借鑒意義。

隨著頁巖油氣勘探開發(fā)的不斷深入與深層油氣資源的不斷動用，查明原地條件下儲層發(fā)育特征是油氣勘探開發(fā)的關鍵。生物醫(yī)學領域的微流控芯片技術現(xiàn)已引入到油藏模擬中，提供了一種獲取儲層物性參數(shù)和研究化學物質(zhì)與烴類相互作用的新方法，其成本僅為傳統(tǒng)復雜巖心驅(qū)替試驗的一半，具有廣闊運用前景[61]。

目前多技術融合儲層評價方法處于探索階段，仍有較大改進空間，但學科與技術的交叉融合往往催生新的理論創(chuàng)新與技術突破。相信經(jīng)過不斷的改進與完善，多類型、多尺度儲層評價技術的深度融合將會在頁巖油氣儲層表征與評價中發(fā)揮更大作用。

2 發(fā)展趨勢

2.1 技術精度、針對性進一步提高

隨著儲層表征與評價技術的發(fā)展，頁巖儲層納米-微米尺度孔隙的進一步精確化與定量化表征是未來重要發(fā)展趨勢。納米科學中其他領域技術手段與評價方法具有重要引進意義，以氦離子電鏡、透射電鏡和納米壓痕為代表的新興技術具有進一步應用空間。與此同時，還應注意到仍需不斷加強各類技術與儲層研究需求的吻合性，提高技術應用的針對性，有效排除其他干擾因素[44-45,62]。

2.2 多方法、多尺度評價技術深度融合

隨著非常規(guī)油氣的發(fā)展，油氣勘探尺度跨度已達納米-千米級，不同技術方法適用尺度具有局限性，尺度過大無法突出差異性與非均質(zhì)性，尺度過小則難以兼顧整體性與代表性。隨著科學的發(fā)展與技術的進步，多方法、多尺度的評價技術的融合是頁巖油氣儲層表征與評價技術的重要發(fā)展方向。不同尺度孔隙成像、建模、機器學習[63]和3D打印[64]等技術的進一步融合在頁巖儲層評價中具有廣泛應用空間。

2.3 (近)原地/原位條件儲層評價技術

頁巖油氣儲層敏感性較強，地表條件下受應力釋放、風化等因素影響，室內(nèi)試驗評價結果往往無法準確反映其原地條件下儲層特征，頁巖氣富集與保存機制仍有待進一步深入研究與探討[6-9]。隨著頁巖油氣勘探開發(fā)的不斷深入與深層油氣資源的不斷動用，明確原地條件下儲層發(fā)育特征是頁巖油氣高效勘探開發(fā)的關鍵。因此，直接或間接方法的儲層原地/原位評價技術是表征強敏感性與非均質(zhì)性頁巖儲層在地下真實狀態(tài)的重要方法，也是未來儲層評價技術的重要發(fā)展趨勢之一。

2.4 2D-3D-4D結合，儲層動態(tài)監(jiān)測評價技術

隨著儲層評價技術的發(fā)展，頁巖儲層評價已由二維平面向三維可視化發(fā)展。頁巖儲層納米-微米級孔隙體系、復雜的礦物組成和油氣賦存狀態(tài)及較強的非均質(zhì)性與敏感性使我們對頁巖儲層評價的思路逐漸由靜態(tài)轉(zhuǎn)為動態(tài)。作為需要壓裂改造增產(chǎn)的“人造氣藏”，頁巖氣儲層壓裂改造前后與勘探開發(fā)不同時期/階段儲層特征及其變化規(guī)律對油氣田開發(fā)方案的編制具有重要意義。如何將2D-3D-4D有機結合，對非常規(guī)(頁巖)儲層進行動態(tài)監(jiān)測評價是未來重要發(fā)展方向。

2.5 大數(shù)據(jù)油氣儲層評價技術

隨著科學技術的不斷進步，5G、人工智能、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字貨幣和區(qū)塊鏈等技術與油氣行業(yè)間結合越發(fā)緊密，油田數(shù)字化程度不斷提高。數(shù)字化是一場由低油價推動的管理變革和更加先進的計算機技術的大融合。咨詢公司伍德麥肯錫2018年11月的一份報告稱，信息與數(shù)字化技術每年可幫助全球油氣上游行業(yè)節(jié)省750億美元[65]。挪威國家石油公司(Equinor)在油田數(shù)字化技術方面處于全球領先地位，其海上油田利用油氣數(shù)字技術在提高安全性、降低成本、提高產(chǎn)量和減少排放等方面取得了顯著成效[65-66]。方法與技術的進步帶來信息的指數(shù)增長，大數(shù)據(jù)時代如何處理與運用好海量的信息是油田數(shù)字化與信息化需面對的關鍵問題。隨著油田數(shù)字化程度不斷提高，油氣勘探開發(fā)各領域間聯(lián)系將更加緊密。隨著工業(yè)大數(shù)據(jù)的不斷發(fā)展，儲層評價技術將與勘探開發(fā)各領域緊密結合，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效聯(lián)通與技術方法的不斷優(yōu)化與修正。

3 思考和建議

與北美地區(qū)相比，中國頁巖油氣具有其特殊性，具有發(fā)育層系多、形成時代跨度大、熱演化程度差異大、構造期次多、構造變形復雜、地應力狀態(tài)與地表條件復雜和保存條件差異大等特點。針對中國頁巖氣地質(zhì)條件與勘探開發(fā)現(xiàn)狀，提出以下幾點關于頁巖氣儲層表征技術與評價研究方面的發(fā)展建議。需要明確的是，技術只是方法手段，而方法只有服務于正確的指導思想，才能最大程度發(fā)揮作用。

3.1 沉積特征研究進一步深入

細粒沉積學已成為頁巖氣勘探開發(fā)的重要工具。沉積微相控制著頁巖油氣的物質(zhì)基礎，深化細粒沉積特征研究，對分析頁巖儲層沉積與演化過程、解釋頁巖油氣的差異富集機理和探明頁巖油氣的富集區(qū)域與層段具有重要意義[67]。目前的相關研究依然較為薄弱，主要集中于層序、沉積相(巖相)及地球化學等方面，尚不足以滿足中國頁巖油氣勘探開發(fā)需求。因此，在研究內(nèi)容上，需更豐富；在研究方法上，需更多樣；在研究尺度上，需更精細。深入開展頁巖形成地球化學背景研究，全面了解頁巖的物質(zhì)組成，探索古環(huán)境與古地貌影響下頁巖沉積過程，更加精細地進行沉積微相識別，分析不同沉積旋回對有機質(zhì)富集、油氣賦存和后期保存的影響，對南方海相與新區(qū)新領域頁巖油氣的勘探開發(fā)具有重要指導意義。

3.2 從動態(tài)、時空演化角度開展儲層評價

目前，頁巖儲層研究已取得長足發(fā)展，并建立了包含有機地化、礦物組分、物性、含氣性、可壓裂性和保存條件等多類參數(shù)評價方法。頁巖中不同類型孔隙主體形成于不同成巖作用階段且成因類型多樣。對于頁巖成巖與演化研究，目前仍處于探索階段，儲層演化及其縱橫向變化規(guī)律尚需在多精度與多尺度方面不斷深化?？紫堆莼?guī)律研究不僅要關注某一特定孔隙類型或某一成巖階段，而需將所有孔隙在地史時期的形成、改造、破壞當做一個整體，研究其在持續(xù)變化的地質(zhì)條件下的形成、演化與改造過程[68]。頁巖儲層評價不僅需要注重靜態(tài)與動態(tài)的結合，同時需要加強勘探與開發(fā)實踐的結合和地質(zhì)工程一體化研究，加強儲層改造效果監(jiān)測與評價研究，分析勘探開發(fā)不同時期儲層特征及其變化規(guī)律，加強儲量動用評價。加強不同地區(qū)儲層特征對比和規(guī)律總結，優(yōu)選關鍵評價指標，進而有效指導頁巖油氣的勘探開發(fā)。

3.3 可壓裂性評價研究進一步攻關

目前國內(nèi)的頁巖氣脆性或可壓性評價方法多參考國外思路，并未針對中國頁巖氣特點，較少考慮儲層微觀結構對頁巖脆性/塑性的影響?，F(xiàn)有的可壓裂性評價方法普遍存在一定的理論缺陷和應用局限性，頁巖儲層可壓裂性評價標準有待完善，尤其對于深層儲層與非海相頁巖儲層，礦物組成和巖石力學參數(shù)難以準確地反映頁巖的可壓裂性。深層地應力場、斷層、天然裂縫、溫度、壓力等因素對頁巖可壓裂性的影響仍不夠明確。與此同時，除礦物組分和力學性質(zhì)外，巖石各組分的膠結特征(膠結類型與強度)及其對脆性、造縫能力及裂縫開啟/保持能力的影響等因素在可壓裂性評價中都應予以考慮。結合國內(nèi)外頁巖脆性與可壓性評價進展與發(fā)展趨勢，頁巖多尺度脆性表征、宏觀-微觀破裂/閉合機理及深層和陸相頁巖可壓裂性是下一步研究的重點方向。

3.4 加強技術融合、引進與創(chuàng)新

目前國外海相頁巖儲層研究已較為系統(tǒng)，積累了大量經(jīng)驗，國內(nèi)頁巖儲層評價也取得了長足進展。由于中國頁巖油氣地質(zhì)條件的特殊性，國外現(xiàn)有經(jīng)驗與技術手段仍無法滿足中國頁巖油氣高效勘探開發(fā)的需要。對于頁巖儲層納米-千米級的研究尺度，不同研究尺度的技術方法間關聯(lián)度有待加強，加強地球物理、實驗分析與儲層建模等技術不同尺度下的融合與銜接是未來重要發(fā)展方向。儲層評價技術的發(fā)展與勘探開發(fā)的實際需求使頁巖儲層評價的思路逐漸由地表轉(zhuǎn)向地下、靜態(tài)轉(zhuǎn)為動態(tài)。原地儲層評價和儲層動態(tài)監(jiān)測等技術對原地儲層動態(tài)表征、儲量動用評估和油氣資源評價意義重大，納米(材料、示蹤劑、芯片和機器人等)科技、3D打印和數(shù)字油田等新興技術同樣具有引進意義與廣闊運用空間。與此同時，在加強技術融合、引進與消化吸收基礎上，提高自主創(chuàng)新能力，掌握關鍵核心技術，方可實現(xiàn)由追趕者向引領者的角色轉(zhuǎn)變。