付永紅，蔣裕強(qiáng),3，董大忠，胡欽紅，雷治安，彭浩，谷一凡，馬韶光，王子萌，尹興平，王占磊

（1.西南石油大學(xué)地球與科學(xué)技術(shù)學(xué)院，成都 610500；2.中國石油非常規(guī)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室儲層評價實(shí)驗(yàn)室，成都 610500；3.頁巖氣資源與環(huán)境四川省協(xié)同創(chuàng)新中心，成都 610500；4.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；5.德州大學(xué)阿靈頓分校地球與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，美國德克薩斯 96019；6.重慶頁巖氣勘探開發(fā)有限公司，重慶 401120；7.中國石油西南油氣田公司開發(fā)事業(yè)部，成都 610051）

0 引言

四川盆地上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖氣勘探開發(fā)歷經(jīng)10余年，基本實(shí)現(xiàn)了3 500 m以淺的工業(yè)化生產(chǎn)，年產(chǎn)量近200×108m3[1-2]。盆地內(nèi)埋深介于3 500～4 500 m的五峰組—龍馬溪組頁巖有利區(qū)面積約為1.6×104km2，地質(zhì)資源量達(dá)9.6×1012m3，占中國南方頁巖氣資源的50%[3]。深層頁巖氣已成為“十四五”天然氣勘探開發(fā)的重點(diǎn)目標(biāo)。深層頁巖氣發(fā)展的難點(diǎn)聚焦在頁巖儲集性研究，近年來儲集空間研究主要集中在有機(jī)孔發(fā)育程度[4-6]和連通性[7-8]、礦物組分及有機(jī)-無機(jī)成巖演化、“生-儲”匹配和構(gòu)造作用等對儲集空間的影響[9-14]，對有機(jī)孔、微裂縫的研究則相對獨(dú)立，未注重兩者配置關(guān)系。有機(jī)質(zhì)和礦物組分在持續(xù)埋藏與成巖過程中，伴隨溫度、壓力增加及后期調(diào)整協(xié)同演化，有機(jī)孔、微裂縫占比也隨之變化，進(jìn)而影響頁巖氣賦存、富集和開采。達(dá)到過成熟階段后，頁巖氣富集過程中，通過微裂縫短距離運(yùn)移再富集[15-16]，有機(jī)孔由于內(nèi)部壓力變化而出現(xiàn)形態(tài)演化，無機(jī)孔由于礦物支撐而變化較小，因而本文研究的孔-縫配置主要針對有機(jī)孔與微裂縫的相互關(guān)系。選取渝西區(qū)塊五峰組—龍馬溪組一段1亞段（簡稱龍一1亞段）深層頁巖儲集層為研究對象，系統(tǒng)分析微觀孔、縫發(fā)育特征，開展微觀孔-縫配置品質(zhì)評價，探討不同孔-縫配置類型的含氣性特征，在此基礎(chǔ)上結(jié)合無機(jī)孔發(fā)育特征，構(gòu)建頁巖氣微觀賦存模式，以期豐富頁巖氣富集機(jī)理，為“甜點(diǎn)段”優(yōu)選提供理論依據(jù)。

1 地質(zhì)背景與樣品分析

1.1 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于四川盆地東南部，平面上構(gòu)造呈帶狀分布（見圖1a），整體表現(xiàn)為北東—南西向“塹壘相間”的構(gòu)造特征[17-18]。區(qū)內(nèi)五峰組—龍一1亞段黑色頁巖連片分布，厚度為38～72 m，埋深均超過3 500 m，以黑色、灰黑色薄層狀頁巖或粉砂質(zhì)頁巖為主，紋層發(fā)育[19]，其中龍一1亞段可細(xì)分為龍一11小層—龍一14小層（見圖1b）。

圖1 研究區(qū)地理位置（a）及地層柱狀圖（b）（GR—自然伽馬；TOC—總有機(jī)碳含量）

1.2 實(shí)驗(yàn)樣品與分析

實(shí)驗(yàn)樣品取自Z201、Z202、Z203、Z205、Z206、Z207、Z208等井五峰組—龍一1亞段高自然伽馬值的位置，有利于分析有機(jī)孔、微裂縫發(fā)育特征。每口井選取7～8個平行樣用于氬離子拋光掃描電鏡（SEM）和核磁共振實(shí)驗(yàn)，宏觀基本參數(shù)已提前測試，如有機(jī)質(zhì)含量、礦物組分、孔隙度、含氣量等。其中，含氣量為現(xiàn)場解吸測試結(jié)果。高有機(jī)質(zhì)含量、高孔隙度、高含氣性儲集層主要分布于五峰組頂部、龍一11小層和龍一13小層。整體上，自下而上石英含量逐漸減少，黏土含量逐漸增加（見圖1b）。

SEM實(shí)驗(yàn)樣品取自核磁共振實(shí)驗(yàn)柱塞樣末端。在進(jìn)行鏡下觀察與照片拍攝時，選取 4個矩形區(qū)域，每個區(qū)域拍攝9張圖片，即每個樣品至少連續(xù)采集36張，拼接為長10 μm、寬8 μm的矩形照片，能夠更客觀地反映出樣品的孔隙信息。通過Image J圖像處理軟件統(tǒng)計分析孔隙面孔率、孔隙大小、裂縫縫寬、裂縫面孔率等參數(shù)，為微觀孔-縫配置類型的建立提供數(shù)據(jù)支撐。由于頁巖儲集層孔隙系統(tǒng)復(fù)雜，潤濕性差異明顯，此次柱塞樣核磁T2（橫向弛豫時間）譜測試采用飽和不同潤濕性介質(zhì)的水（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20 000×10－6的氯化鉀溶液）和油（正十二烷），進(jìn)而分析頁巖有機(jī)孔、無機(jī)孔、微裂縫的相對占比。飽和壓力為25 MPa，回波間隔設(shè)定為0.06 ms，回波個數(shù)設(shè)定為12 000個，累加采樣次數(shù)設(shè)定為128次，等待時間設(shè)置為3 000 ms。

2 頁巖儲集層微觀孔-縫特征

2.1 儲集空間類型

多期熱演化和成巖作用形成了頁巖儲集層復(fù)雜的孔-縫系統(tǒng)，儲集大量天然氣[20]。由于成因多樣，頁巖儲集層孔隙分類方案并未統(tǒng)一。為便于分析孔隙和微裂縫特征，綜合國內(nèi)外頁巖儲集層孔隙系統(tǒng)分類方案[21-23]，結(jié)合SEM結(jié)果，將頁巖儲集空間類型劃分為有機(jī)孔、無機(jī)孔和微裂縫。

2.1.1 有機(jī)孔

依據(jù)發(fā)育位置和形態(tài)可將有機(jī)孔劃分為遷移有機(jī)質(zhì)中的有機(jī)孔、原始有機(jī)質(zhì)中的海綿狀有機(jī)孔和固體干酪根中的孤立有機(jī)孔[12]。遷移有機(jī)質(zhì)為干酪根降解生氣階段生成的液態(tài)烴產(chǎn)物運(yùn)移充注于殘余的粒間孔、粒內(nèi)孔而形成[13]。遷移有機(jī)質(zhì)中有機(jī)孔在研究區(qū)內(nèi)最常見，呈“大面積分布的圓孔狀”（見圖 2a）。熱演化過程中，遷移有機(jī)質(zhì)裂解產(chǎn)生天然氣形成的超壓導(dǎo)致礦物邊緣形成生烴增壓縫，有機(jī)質(zhì)中的天然氣會運(yùn)移至裂縫中保存，導(dǎo)致裂縫旁邊的有機(jī)質(zhì)局部不發(fā)育有機(jī)孔（見圖2b），也會因構(gòu)造或壓實(shí)影響造成有機(jī)孔變形（見圖2c）。原始有機(jī)質(zhì)為生烴演化過程中滯留在原地的原始干酪根，個體較大，多呈圓形、橢圓或長條狀（見圖2d）。前人認(rèn)為原始有機(jī)質(zhì)中有機(jī)孔數(shù)量多但孔徑小，難以形成泡狀孔隙[24]。然而研究區(qū)原始有機(jī)質(zhì)中也發(fā)育連通的大孔（見圖2d），造成該現(xiàn)象的原因可能為原始有機(jī)質(zhì)分布面積大，熱演化微觀排烴效率較低。

2.1.2 無機(jī)孔

研究區(qū)五峰組—龍一1亞段頁巖埋深較大，壓實(shí)作用較強(qiáng)，粒間孔多伴隨溶蝕作用。黏土、長石、白云石、方解石等礦物易在成巖過程中轉(zhuǎn)化或溶蝕形成溶蝕粒間孔（見圖2e）和粒內(nèi)溶孔（見圖2f）。此外，黃鐵礦內(nèi)部發(fā)育大量晶間孔（見圖2g），局部存在有機(jī)質(zhì)充填。片狀黏土顆粒聚集發(fā)生脫水，在黏土礦物集合體層間發(fā)育平行線狀、簇狀或“紙房狀”等不規(guī)則的孔隙特征（見圖2h）。局部位置受構(gòu)造或壓實(shí)作用影響，顆粒出現(xiàn)破碎后嵌入鄰近有機(jī)質(zhì)中，并形成大量粒間孔（見圖2h）?？傮w來看，粒間孔多為不規(guī)則狀，孔徑較大；粒內(nèi)孔呈圓孔孤立狀，孔徑較小。

2.1.3 微裂縫

微裂縫不僅提供儲集空間，還能有效提高滲透率。五峰組—龍一1亞段頁巖除發(fā)育生烴增壓縫外（見圖2b），還發(fā)育溶蝕縫、構(gòu)造縫、壓實(shí)縫、有機(jī)質(zhì)邊緣縫和成巖收縮縫等。溶蝕縫是地層流體對不穩(wěn)定礦物溶蝕后形成的次生微裂縫，常發(fā)育在不穩(wěn)定礦物邊緣，多為彎曲狀或不規(guī)則凹坑狀（見圖2i）。受構(gòu)造作用影響，局部礦物受到擠壓破碎，可錯斷有機(jī)質(zhì)，使其內(nèi)部天然氣得以釋放，導(dǎo)致有機(jī)孔“消亡”（見圖 2h）。該類微裂縫多為參差不齊的線狀，延伸較長，通常貫穿整個視域。壓實(shí)作用也是形成微裂縫的原因之一，主要由于脆性礦物難以承受上覆壓力而破碎。該類微裂縫發(fā)育范圍較局限，僅發(fā)育在某些礦物邊緣或內(nèi)部（見圖2j），可增大天然氣運(yùn)移幾率。同時有機(jī)質(zhì)與礦物接觸邊緣也可形成較長的微裂縫（見圖2h）。有學(xué)者認(rèn)為該類有機(jī)質(zhì)為原始有機(jī)質(zhì)或固體瀝青，在熱演化過程中生烴能力較差而不發(fā)育有機(jī)孔[25]。然而，在黏土礦物成巖收縮縫發(fā)育鄰近但不相連的遷移有機(jī)質(zhì)條帶中可見有機(jī)孔發(fā)育（見圖2k），與微裂縫相連的遷移有機(jī)質(zhì)中不發(fā)育有機(jī)孔（見圖2l）。原因可能是微裂縫與有機(jī)質(zhì)相連，熱演化過程中，天然氣可沿微裂縫運(yùn)移至其他的“低勢區(qū)”儲集。由此可見，有機(jī)質(zhì)與剛性礦物之間的大型微裂縫可能連通其他無機(jī)孔，使頁巖氣從有機(jī)孔運(yùn)移出去后無法形成有機(jī)孔內(nèi)“高壓”，導(dǎo)致有機(jī)孔變小、變形或“消亡”。作為遷移有機(jī)質(zhì)主要來源，原始有機(jī)質(zhì)在生油階段排烴順利，后期裂解生氣階段無法形成泡狀有機(jī)孔。在大面積分布的原始有機(jī)質(zhì)中排烴受限，裂解生氣過程中其內(nèi)部有機(jī)質(zhì)便會形成泡狀、相互連通的有機(jī)孔。因此，微裂縫對有機(jī)孔的形態(tài)、分布具有較大影響。

圖2 渝西區(qū)塊五峰組—龍一1亞段頁巖儲集層有機(jī)孔、無機(jī)孔、微裂縫發(fā)育特征

2.2 微觀孔-縫配置類型

2.2.1 微觀孔-縫配置類型劃分

孔、縫占比統(tǒng)計結(jié)果表明（見表1），Z201、Z203、Z206、Z208等井有機(jī)孔占比大于48%，微裂縫占比平均值小于 20%；而 Z202、Z205、Z207等井無機(jī)孔和微裂縫占比高。微裂縫發(fā)育程度較低的Z201、Z203、Z208等井有機(jī)孔發(fā)育程度高，多為圓孔狀。Z202、Z205、Z207等井微裂縫發(fā)育程度高，有機(jī)孔形態(tài)出現(xiàn)變形或不發(fā)育有機(jī)孔，表明微裂縫影響頁巖儲集層有機(jī)孔形態(tài)、大小及發(fā)育規(guī)模。

表1 典型井1小層SEM面孔率占比統(tǒng)計表

孔隙類型占比井間差異較大，構(gòu)造作用可能是造成這一差異的宏觀影響因素[16]，但微觀影響因素尚未取得深入認(rèn)識。通常情況下，壓力系數(shù)越高，孔隙內(nèi)壓力越大，越能夠抵消上覆壓力而有利于有機(jī)孔保存，有機(jī)孔多為圓孔狀、蜂窩狀；壓力系數(shù)越小，孔隙內(nèi)壓力越小，有機(jī)孔變小、變形甚至消亡[26]。因此有機(jī)孔形態(tài)是隨著地質(zhì)條件的變化而動態(tài)調(diào)整。在動態(tài)調(diào)整過程中，頁巖氣可能出現(xiàn)短距離再次運(yùn)移[15]，最終達(dá)到新的平衡狀態(tài)而富集。頁巖氣運(yùn)移出有機(jī)孔后，有機(jī)孔內(nèi)壓力變小，會影響孔隙形態(tài)和大小。將有機(jī)質(zhì)作為一個頁巖氣微觀富集且已達(dá)到平衡的獨(dú)立單元，不考慮微裂縫發(fā)育的情況下，上覆地層壓力（pf）、礦物承壓（pw）和孔隙內(nèi)壓（po）的關(guān)系控制著有機(jī)孔的形態(tài)與大小。當(dāng)pf等于pw與po之和時，有機(jī)孔形態(tài)表現(xiàn)為圓孔狀；當(dāng)pf小于pw與po之和時，有機(jī)孔形態(tài)表現(xiàn)為圓孔融合出現(xiàn)“孔中孔”；當(dāng)pf大于pw與po之和時，有機(jī)孔變形、變小。如果發(fā)育大量的微裂縫與有機(jī)孔相連，有機(jī)孔內(nèi)的頁巖氣將通過微裂縫運(yùn)移至其他空間儲集，使孔隙內(nèi)壓減小，導(dǎo)致原有平衡被破壞，也會使有機(jī)孔出現(xiàn)不同程度的變形。因此，通過有機(jī)孔與微裂縫相互關(guān)系，可在一定程度上反映孔隙結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性。

2.2.2 微觀孔-縫配置類型

頁巖儲集層致密、滲透性差，有機(jī)質(zhì)熱演化排烴后易形成異常高壓[27]，孔-縫配置關(guān)系直接影響頁巖氣在儲集層中的富集。若頁巖儲集層存在大量的微裂縫，天然氣會從有機(jī)孔發(fā)育的“高壓區(qū)”向微裂縫發(fā)育或微裂縫連通無機(jī)孔的“低壓區(qū)”運(yùn)移，導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)“微觀泄壓”，造成有機(jī)質(zhì)孔形態(tài)多樣、微裂縫開啟程度各異。從有機(jī)質(zhì)微觀生烴與排烴的角度出發(fā)，系統(tǒng)分析有機(jī)孔與微裂縫配置關(guān)系，有助于認(rèn)識頁巖儲集層中天然氣富集規(guī)律。

依據(jù)有機(jī)孔發(fā)育程度、微裂縫發(fā)育類型及相互接觸關(guān)系，將研究區(qū)頁巖儲集層孔-縫配置劃分為孔-生烴增壓縫接觸型、孔-無機(jī)成巖縫分離型、構(gòu)造微裂縫接觸型和有機(jī)質(zhì)邊緣縫接觸型等4種類型（見表2）。其中，依據(jù)無機(jī)成巖縫類型，孔-無機(jī)成巖縫分離型又可細(xì)分為孔-黏土片間縫分離型、孔-礦物溶蝕縫分離型和孔-壓實(shí)破裂縫分離型（見表2、圖3）。孔-生烴增壓縫接觸型有機(jī)孔發(fā)育，面孔率最高，孔徑為20～200 nm，微裂縫面孔率約 18%，發(fā)育較局限（見圖 3a）。孔-無機(jī)成巖縫分離型微裂縫與有機(jī)質(zhì)接觸不充分，使鄰近微裂縫的局部區(qū)域有機(jī)孔隙泄壓而變?。ㄒ妶D3b—圖3d）。構(gòu)造微裂縫接觸型和有機(jī)質(zhì)邊緣縫接觸型受構(gòu)造或成巖作用影響，顆粒內(nèi)部或有機(jī)質(zhì)邊緣出現(xiàn)大量微裂縫且延伸較長，增強(qiáng)頁巖儲集層的滲流能力，引起有機(jī)孔“泄壓”，使有機(jī)孔變形、變小或消亡（見圖3e、圖3f），導(dǎo)致有機(jī)孔面孔率較低，微裂縫面孔率較高。

圖3 渝西區(qū)塊頁巖儲集層不同孔-縫配置類型示意圖

表2 不同孔-縫配置類型的有機(jī)孔、微裂縫特征描述

2.3 不同孔-縫配置類型的定量評價

頁巖儲集層中發(fā)育多種孔-縫配置類型，由于SEM分析受實(shí)驗(yàn)人員和樣品選擇的影響較大[28]，定量評價不同孔-縫配置類型可能受到限制。本文根據(jù)飽和不同潤濕性介質(zhì)（油或水）核磁T2譜差異，確定有機(jī)孔、微裂縫的占比，定量評價不同孔-縫配置類型。

不同孔-縫配置類型的核磁T2譜形態(tài)特征存在明顯差異，尤其是飽和油T2譜（見圖4）。各類型飽和油與飽和水T2譜均不同，主要是受有機(jī)孔、無機(jī)孔、微裂縫發(fā)育程度差異的影響[29-30]。前人提出微裂縫弛豫時間較長[31]，通常大于100 ms的譜峰對應(yīng)微裂縫響應(yīng)，小于100 ms的譜峰對應(yīng)孔隙響應(yīng)，有機(jī)孔傾向于油潤濕，無機(jī)孔傾向于水潤濕[32-33]。頁巖儲集層中與有機(jī)質(zhì)相關(guān)的微裂縫和與礦物相的關(guān)微裂縫分別對應(yīng)不同核磁T2譜，可通過飽和不同潤濕性介質(zhì)核磁T2譜區(qū)分出有機(jī)孔、與有機(jī)質(zhì)相關(guān)的微裂縫、與無機(jī)礦物相關(guān)的微裂縫。

圖4 渝西區(qū)塊頁巖儲集層不同孔-縫配置類型飽和油、水核磁T2譜

孔-生烴增壓縫接觸型的泡狀有機(jī)孔發(fā)育，微裂縫發(fā)育有限，飽和油T2譜為雙峰型，孔隙響應(yīng)集中在0.01～10.00 ms，大于100 ms的微裂縫響應(yīng)較弱（見圖 4a）?？?無機(jī)成巖縫分離型的微裂縫較發(fā)育，有機(jī)孔局部受到影響，飽和油T2譜峰面積普遍小于飽和水，微裂縫響應(yīng)較強(qiáng)（見圖 4b—圖 4d）。構(gòu)造微裂縫接觸型受構(gòu)造微裂縫影響，有機(jī)孔變形、變小，增加大量粒間孔，使飽和油、飽和水響應(yīng)均呈單峰型，飽和油弛豫時間集中在0.01～1.00 ms；孔隙非均質(zhì)性弱，T2譜峰未間斷（見圖4e）。有機(jī)質(zhì)邊緣縫接觸型的微裂縫發(fā)育于有機(jī)質(zhì)邊緣，影響有機(jī)孔發(fā)育，T2譜呈單峰型，大于 100 ms的微裂縫表現(xiàn)為飽和油響應(yīng)特征（見圖4f）。由此可見，不同孔-縫配置類型的有機(jī)孔、微裂縫類型存在差異，使T2譜峰呈不同響應(yīng)特征。

有機(jī)孔越發(fā)育，頁巖儲集空間越大，儲集層品質(zhì)越好[34]。生烴增壓縫可增加儲集空間，有利于天然氣賦存，但發(fā)育程度較低。有機(jī)質(zhì)邊緣縫和構(gòu)造微裂縫均會造成有機(jī)孔變形或消亡，不利于有機(jī)孔發(fā)育。因此，油潤濕微裂縫所占孔隙度（φof）與油潤濕孔隙所占孔隙度（φop）之比可反映有機(jī)孔與微裂縫的配置關(guān)系，其值越大越不利于天然氣運(yùn)移。同理，水潤濕微裂縫所占孔隙度（φwf）與水潤濕孔隙所占孔隙度（φwp）之比可反映無機(jī)孔與微裂縫的配置關(guān)系，其值越大越有利于天然氣運(yùn)移。根據(jù)此分析提出孔-縫配置評價參數(shù)Q（見（1）式），其值越大，孔-縫配置越差。Q值小于40%，孔-縫配置較好；Q值為40%～60%，配置中等；Q值大于60%，配置較差。其中，φof與φop之比、φwf與φwp之比可通過飽和油、飽和水核磁T2譜進(jìn)行計算（見（2）、（3）式）。

孔-生烴增壓縫接觸型、孔-黏土片間縫分離型、孔-礦物溶蝕縫分離型的Q值均小于40%，表明孔-縫配置較好；孔-壓實(shí)破裂縫分離型的Q值為40%～60%，表明孔-縫配置中等；構(gòu)造微裂縫接觸型和有機(jī)質(zhì)邊緣縫接觸型的Q值均大于60%，表明孔-縫配置較差（見表3）。

表3 不同類型孔-縫配置評價參數(shù)表

2.4 孔-縫配置實(shí)例分析

研究區(qū)位于高陡構(gòu)造帶，地質(zhì)條件復(fù)雜，取樣井分布在彌陀場向斜和蒲呂場向斜，與斷層的距離存在差異，構(gòu)造作用對孔-縫配置的影響存在差異。選取離斷層較遠(yuǎn)的Z203井和離斷層較近的Z205井[35]對比分析頁巖儲集層孔-縫配置的縱向分布特征（見圖5）。

圖5 Z203井（a）與Z205井（b）五峰組—龍一1亞段頁巖儲集層孔-縫配置縱向分布特征

Z203井距離斷層較遠(yuǎn)，受構(gòu)造影響較小，孔隙和微裂縫的發(fā)育程度主要受礦物組成、成巖作用、熱演化程度及地層壓力系數(shù)的影響[12,14,26]。當(dāng)熱演化程度和成巖階段相同時，孔隙發(fā)育主要受總有機(jī)碳含量（TOC）和礦物組成的影響。五峰組頂部—龍一11小層有機(jī)質(zhì)和石英含量高，黏土礦物含量低，生烴能力強(qiáng)，上覆壓力可依靠石英和較高的孔隙內(nèi)壓抵消，使有機(jī)孔發(fā)育程度高，以孔-生烴增壓縫接觸型為主。龍一12小層TOC值相對較低，長石含量增加，孔隙內(nèi)壓相對減小，主要依靠礦物承壓抵抗上覆壓力，顆粒多破碎，以孔-溶蝕縫分離型和孔壓實(shí)破裂縫分離型為主。龍一13小層頂部和龍一14小層底部TOC值相對增高，生烴能力增加，局部出現(xiàn)孔-生烴增壓縫接觸型。龍一14小層上部由于TOC值快速降低，黏土礦物含量增加，易在有機(jī)質(zhì)與黏土礦物接觸位置形成大量的成巖收縮縫，為有機(jī)質(zhì)邊緣縫接觸型（見圖5a）。

Z205井距離斷層較近，受構(gòu)造作用影響較大，微裂縫發(fā)育程度高，使孔隙出現(xiàn)“泄壓”現(xiàn)象，孔徑變小。五峰組—龍一12小層以構(gòu)造微裂縫接觸型為主，龍一13—龍一14小層孔-縫配置類型與 Z203井相似（見圖5b）。

對比Z203井和Z205井微觀孔-縫配置類型的縱向分布特征發(fā)現(xiàn)，構(gòu)造作用影響小、品質(zhì)好的孔-縫配置主要分布于五峰組頂部和龍一11小層，其次為龍一13小層頂部和龍一14小層底部。構(gòu)造作用影響大、品質(zhì)較好的孔-縫配置主要分布于龍一13小層頂部和龍一14小層底部。因此，頁巖氣井的立體開發(fā)可聚焦在龍一13小層頂部和龍一14小層底部頁巖儲集層。

3 孔-縫配置的地質(zhì)意義

3.1 對頁巖儲集層物性與含氣性的影響

除了工程施工影響外，頁巖儲集層含氣量和頁巖氣賦存狀態(tài)直接影響生產(chǎn)效果，是頁巖氣井高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵[36]。含氣量和賦存狀態(tài)除了與TOC值、礦物組分、溫度與壓力條件相關(guān)外，還與孔隙結(jié)構(gòu)密切相關(guān)[37]。一般情況下，孔隙結(jié)構(gòu)優(yōu)越的頁巖儲集層孔隙度、含氣量和游離氣含量均較高[1]?？碧介_發(fā)實(shí)踐證明，研究區(qū)內(nèi)頁巖氣高效產(chǎn)層集中在龍一11小層，故本文重點(diǎn)分析該小層頁巖儲集層孔-縫配置對含氣性的影響。

不同孔-縫配置類型中孔隙占比差異較大（見圖6）。Z202、Z205、Z207等井的Q值較大，孔-縫配置較差，微裂縫發(fā)育，易造成有機(jī)孔的變小、變形或消亡，使頁巖氣出現(xiàn)短距離的運(yùn)移，導(dǎo)致儲集層孔隙度變小和滲透率增加（見圖 6a、圖 6b）。Z201、Z203、Z208等井的Q值較小，孔-縫配置好，有機(jī)孔較發(fā)育，但微裂縫延伸局限且縫寬相對較小，自身封堵性較高，易形成異常高壓而有利于孔隙保存，使儲集層孔隙度增加和滲透率減?。ㄒ妶D6a、圖6b）。

圖6 孔-縫配置品質(zhì)參數(shù)與物性、含氣性關(guān)系

現(xiàn)場解吸實(shí)驗(yàn)先在60 ℃條件下進(jìn)行解吸，獲取加熱前解吸氣量；隨后增加實(shí)驗(yàn)溫度至90 ℃，獲取加熱后解吸氣量。在進(jìn)行解吸實(shí)驗(yàn)前，頁巖氣會快速逃逸出巖心，這部分頁巖氣稱為損失氣（見圖6c）?，F(xiàn)場解吸完成后，將巖心帶回室內(nèi)粉碎，測試殘余氣含量。通過損失氣、解吸氣和殘余氣量計算總含氣量。頁巖儲集層的含氣性受孔隙度和孔隙結(jié)構(gòu)影響[37]，孔隙度主要影響含氣量，孔隙結(jié)構(gòu)主要影響解吸速率或賦存狀態(tài)。頁巖儲集層Q值增加，微裂縫發(fā)育程度增加，有機(jī)孔孔徑變小甚至消亡，導(dǎo)致無機(jī)孔相對發(fā)育，總孔隙度變小，總含氣量變?。ㄒ妶D6d）。由于有機(jī)孔的吸附能力較無機(jī)孔和微裂縫更強(qiáng)，微裂縫和無機(jī)孔越發(fā)育的儲集層頁巖氣越容易逸散?？讖捷^小的有機(jī)孔內(nèi)頁巖氣解吸需要進(jìn)一步加熱，最終使加熱前的解吸氣量與Q值呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，加熱后的解吸氣量與Q值呈正相關(guān)關(guān)系（見圖6e、圖6f）。

由此可見，品質(zhì)好的孔-縫配置，儲集層自身封堵性較好，易形成異常高壓，有利于有機(jī)孔保存，總孔隙度和總含氣量均較高。品質(zhì)差的孔-縫配置，儲集層微裂縫發(fā)育程度高，滲透率增大，頁巖氣出現(xiàn)短距離運(yùn)移，影響有機(jī)孔發(fā)育和頁巖氣保存，總孔隙度和總含氣量減小。

3.2 對頁巖氣微觀富集差異性的影響

孔-縫配置在微觀層面影響孔隙結(jié)構(gòu)，控制頁巖氣微觀賦存模式，進(jìn)而在宏觀層面影響頁巖氣富集。在漫長的頁巖氣富集過程中，孔隙結(jié)構(gòu)不斷演化或調(diào)整，頁巖氣賦存狀態(tài)也隨之轉(zhuǎn)化而達(dá)到新“平衡狀態(tài)”。深入認(rèn)識不同孔-縫配置關(guān)系頁巖儲集層微觀富集差異，有助于指導(dǎo)頁巖氣的勘探與開發(fā)。

隨著頁巖熱演化程度的增加，原始有機(jī)質(zhì)逐漸減小，遷移有機(jī)質(zhì)逐漸增加，部分粒間孔被填充，裂解有機(jī)孔增加，最終形成大量的頁巖氣儲集于微觀孔-縫系統(tǒng)[13]。研究區(qū)熱演化程度、埋深近似的頁巖儲集層孔-縫配置差異顯著，說明其“孔-縫-氣”的相對平衡狀態(tài)存在差異。在頁巖氣動態(tài)運(yùn)移過程中，有機(jī)質(zhì)演化會出現(xiàn)“液態(tài)烴占位”，持續(xù)熱演化后生成大量的頁巖氣和氣泡狀有機(jī)孔，必然存在頁巖氣向無機(jī)孔運(yùn)移的現(xiàn)象[38]。若有機(jī)質(zhì)周圍的礦物封閉性好，沒有運(yùn)移通道與之相連，則無機(jī)孔儲集頁巖氣的可能性較?。蝗舸嬖谖⒘芽p與有機(jī)質(zhì)相連，頁巖氣便會運(yùn)移至無機(jī)孔儲集。因此，在孔-縫配置基礎(chǔ)上分析頁巖氣微觀賦存機(jī)制需要考慮無機(jī)孔的發(fā)育特征。基于孔-縫配置類型，從有機(jī)質(zhì)生烴、微裂縫提供運(yùn)移通道和儲集空間的角度出發(fā)，總結(jié)出研究區(qū)內(nèi)發(fā)育有機(jī)孔-縫、有機(jī)無機(jī)孔-縫、無機(jī)孔-縫等3種頁巖氣微觀賦存模式。

有機(jī)孔-縫模式是指伴隨著熱演化過程，有機(jī)質(zhì)內(nèi)部出現(xiàn)大量氣孔，孔內(nèi)壓力增加，天然氣向孔外排出，在礦物邊緣形成生烴增壓縫。由于上覆壓力大，礦物封堵性較好，生烴增壓縫小，有機(jī)孔呈“圓孔狀、大孔徑”，頁巖氣就近儲集于孔徑較大的泡狀有機(jī)孔和生烴增壓縫中，整體處于相對“飽和”的平衡狀態(tài)（見圖7a），對應(yīng)孔-生烴增壓縫接觸型（見圖3a）。由于儲集層自身封堵性強(qiáng)，沒有大規(guī)模泄壓，孔隙內(nèi)壓較高，壓裂施工后頁巖氣能持續(xù)解吸，可維持地層能量穩(wěn)定。

老砍頭走了，秀容月明再也撐不住，叫了聲“越秀”，就倒了下去。 越秀顧不得虛弱，將丈夫抱入山洞，手忙腳亂地給他止血。

有機(jī)無機(jī)孔-縫模式因上覆壓力持續(xù)增大，剛性礦物破碎、黏土礦物轉(zhuǎn)化收縮、易溶礦物邊緣溶蝕而形成大量微裂縫，這些微裂縫與有機(jī)質(zhì)間接接觸（見圖3b、圖 3c）或局部直接接觸（見圖 3d），為頁巖氣運(yùn)移提供通道，使距離微裂縫較近的有機(jī)孔遭到“泄壓”，有機(jī)孔出現(xiàn)“變小、變形”，對應(yīng)孔-無機(jī)成巖縫分離型。頁巖氣儲集于有機(jī)孔、與裂縫相連的無機(jī)孔和微裂縫，整個系統(tǒng)處于相對“平衡”狀態(tài)（見圖7b）。有機(jī)孔遭受局部泄壓會導(dǎo)致變小、變形，有機(jī)孔內(nèi)頁巖氣開采難度增大。

圖7 頁巖氣微觀賦存模式

無機(jī)孔-縫模式頁巖儲集層的地質(zhì)條件較復(fù)雜，發(fā)育大量構(gòu)造微裂縫（見圖 3e）或有機(jī)質(zhì)收縮縫（見圖3f），微裂縫與有機(jī)孔相連，使有機(jī)孔釋壓而消亡，對應(yīng)構(gòu)造微裂縫接觸型或有機(jī)質(zhì)邊緣縫接觸型（見圖 3e、圖3f）。頁巖氣儲集于微裂縫和與之相連的無機(jī)孔中，系統(tǒng)處于“欠飽和”狀態(tài)（見圖7c）。由于微裂縫增大了儲集層滲透率，頁巖氣出現(xiàn)短距離運(yùn)移，可能出現(xiàn)“富氣區(qū)”轉(zhuǎn)移，壓裂施工后往往初期產(chǎn)量高但遞減迅速。

基于微觀孔-縫配置類型的頁巖氣微觀賦存模式，可直觀地反映出儲集頁巖氣的孔-縫類型與空間位置，對頁巖氣的開采具有指導(dǎo)意義。

3.3 對頁巖氣生產(chǎn)實(shí)踐的影響

為闡述頁巖氣不同微觀賦存模式對頁巖氣生產(chǎn)的影響，選取Q值較大的Z202井和Q值較小的Z203井進(jìn)行對比分析。兩口井經(jīng)過壓裂施工后的總壓裂體積相近，表明壓裂效果相當(dāng)，但由于微觀賦氣模式存在差異，導(dǎo)致生產(chǎn)曲線迥然不同。Z202井孔-縫配置品質(zhì)較差，為無機(jī)孔-縫模式，有機(jī)孔發(fā)育程度低，有機(jī)質(zhì)對頁巖氣吸附作用小，缺少有機(jī)孔內(nèi)儲集頁巖氣部分，生產(chǎn)曲線表現(xiàn)出初期產(chǎn)量高（19.46×104m3/d）、后期遞減快的特點(diǎn)（見圖8a）。Z203井孔-縫配置品質(zhì)較好，自身封堵性較好，為有機(jī)孔-縫模式，有機(jī)孔發(fā)育且孔徑大，有機(jī)孔內(nèi)頁巖氣可持續(xù)解吸，支撐地層能量穩(wěn)定，初期測試產(chǎn)量雖然較低（8.71×104m3/d），但穩(wěn)產(chǎn)時間較長（見圖8b）。因此，對于Q值較小的有機(jī)孔-縫模式頁巖儲集層應(yīng)加大平緩向斜的勘探開發(fā)力度，對于Q值較大的無機(jī)孔-縫模式頁巖儲集層應(yīng)加強(qiáng)“相對構(gòu)造高部位”的勘探實(shí)踐。

圖8 Z202井（a）和Z203井（b）生產(chǎn)曲線

4 結(jié)論

渝西區(qū)塊五峰組—龍一1亞段頁巖儲集層儲集空間分為有機(jī)孔、無機(jī)孔和微裂縫。其中有機(jī)孔以遷移有機(jī)質(zhì)中的蜂窩狀有機(jī)孔為主，無機(jī)孔以粒內(nèi)孔為主，微裂縫發(fā)育類型在井間差異明顯。

依據(jù)有機(jī)孔和微裂縫發(fā)育類型、程度及相互接觸關(guān)系，將孔-縫配置類型劃分為孔-生烴增壓縫接觸型、孔-無機(jī)成巖縫分離型、構(gòu)造微裂縫接觸型和有機(jī)質(zhì)邊緣縫接觸型等 4種類型。孔-生烴增壓縫接觸型、孔-無機(jī)成巖縫分離型以有機(jī)質(zhì)孔為主，微裂縫提供大量儲集空間；構(gòu)造微裂縫接觸型和有機(jī)邊緣縫接觸型以無機(jī)孔為主，有機(jī)孔變小、變形甚至消亡。

根據(jù)飽和不同潤濕性介質(zhì)核磁T2譜差異定義定量評價頁巖儲集層孔-縫配置品質(zhì)參數(shù)（Q）?？?生烴增壓縫接觸型、孔-黏土片間縫分離型、孔-礦物溶蝕縫分離型的Q值小于40%，品質(zhì)較好；孔-壓實(shí)破裂縫分離型的Q值為40%～60%，品質(zhì)中等；構(gòu)造微裂縫接觸型和有機(jī)質(zhì)邊緣縫接觸型的Q值大于60%，品質(zhì)較差?；诳?縫配置類型，建立有機(jī)孔-縫、有機(jī)無機(jī)孔-縫、無機(jī)孔-縫等3種頁巖氣微觀賦存模式，對應(yīng)孔-縫配置品質(zhì)的優(yōu)、中、差。

符號注釋：

pf——上覆地層壓力，MPa；po——孔隙內(nèi)壓，MPa；pw——礦物承壓，MPa；Q——孔-縫配置關(guān)系品質(zhì)參數(shù)，%；T2max——核磁響應(yīng)的最大弛豫時間，ms；T2min——核磁響應(yīng)的最小弛豫時間，ms；T2o——飽和油核磁響應(yīng)弛豫時間，ms；T2w——飽和水核磁響應(yīng)弛豫時間，ms；φof——油潤濕微裂縫所占孔隙度，%；φop——油潤濕孔隙所占孔隙度，%；φwf——水潤濕微裂縫所占孔隙度，%；φwp——水潤濕孔隙所占孔隙度，%。