页岩气藏开发可行性的模糊层次分析法研究

王 磊，曹 莹，曹立虎，姜宝益，王希刚，程清艳

（1.中国石化石油工程技术研究院，北京 100101；2.中国石油天然气管道工程有限公司，河北 廊坊 065001；3.中国石油大学 （北京），北京 100029；4.中国华电集团科学技术研究总院，北京 100035；5.中石化胜利油田测井公司，山东 东营 257096；6.河南省地质矿产勘查开发局第一地质矿产调查院，河南 洛阳 471023）

页岩气作为非常规天然气，是指富含有机质、成熟的暗色泥页岩或高碳泥页岩中由于有机质吸附作用或岩石中存在着裂缝和基质孔隙，使之储集和保存了一定具商业价值的生物成因和/或热解成因天然气。近些年来，随着美国页岩气开采的成功，以及世界对环保的重视，对清洁能源的需求加大，使得非常规天然气，尤其是页岩气成为全球油气开发的新亮点［1－10］。

目前，国内外尚未深入开展页岩气开发可行性评价理论研究，急需形成一套页岩气藏开发可行性快速评价的理论和方法，为优选页岩气藏的优质资源提供依据，达到科学快速开发页岩气藏的目的。为此，本文从页岩气地质特征及开发特点出发，对比国内外页岩气藏，并筛选出影响页岩气开发的关键地质因素和开发因素，利用模糊层次分析法建立页岩气藏快速评价的理论和方法，为待开发页岩气藏区块的开发可行性评价提供高效快速的定量评价提供科学决策依据。

1 页岩气藏开发评价因素筛选及分析

1.1 页岩气藏开发评价因素筛选

与煤层气类似，富含有机质的页岩本身可以作为页岩气的气源岩，又可以作为储集层，页岩气的地质特征和开发特点与常规天然气有很大不同［11－16］。

1）页岩气藏资源丰度。资源储量丰度是衡量页岩气平面上含气量密度大小的重要参数。在开发效果评价中，页岩气藏资源丰度可以在气藏探明储量报告，以及附表中查得气藏的探明地质储量和含气面积，两者之比即为储量丰度。资源丰度越高，页岩气藏的开发可行性越高。

2）吸附量。吸附量是指吸附在页岩孔隙表面的气体量。页岩气以游离态和吸附态存在于页岩储层中，吸附量的大小直接影响到页岩气的产气量。美国开发的页岩气藏中，吸附气量变化范围较大，Haynes Ville吸附量仅有10%，而Lewis高达60%～80%，普遍高于20%。

3）页岩气藏厚度。页岩气藏的厚度是页岩气富集的基本条件之一。页岩气作为自生自储的非常规油气藏，气藏厚度越大，资源的丰度值越高。据统计，美国的页岩气藏厚度变化范围较大，但净厚度值在10m左右，最高100m左右。

4）总有机碳含量。总有机碳含量（TOC）是国外普遍采用的有机质丰度指标，指烃源岩中的油气逸出后，岩石中残留下来的有机质中的碳含量，又称为剩余有机碳含量。TOC值常可表征含气量大小，特别是当两者呈现正相关的情况下。美国的多处研究实例显示，页岩气含量与TOC含量之间存在正相关关系，有机质中的纳米级微孔隙是页岩气吸附的重要载体。

5）页岩气成熟度。页岩中丰富的有机质是生成油气的基础，但只有达到一定的热演化程度才能开始大量生烃。美国的页岩气产量主要为热成因，占其总产量的百分之八十五左右，美国最大的Barnett页岩成熟度大于1.1%，我国的页岩气藏热成熟度变化大，海相偏高（Ro＞2%）

6）储层物性。页岩储层孔隙和渗透特征都比较复杂。页岩中的孔隙由有机质中的微孔隙和无机矿物孔隙两部分组成。有机质微孔比矿物孔隙多5倍以上。页岩中需要考虑基质渗透率和总渗透率。基质渗透率非常低，一般为10－4～10－8mD，仅存在扩散作用，而最终能够影响页岩气产量升降和采收率的是系统总孔隙度。

7）埋藏深度。埋深是指页岩气藏的埋藏深度。美国的页岩气藏埋藏深度一般都小于3000m，广泛分布在183～2591m，分布范围大；加拿大开发的页岩气藏深度同美国一样，范围较大，一般在122～5000m，我国页岩气埋藏深度普遍较深，认为深于3000m也可以作为资源潜力区。

8）矿物成分含量。由于页岩的超低孔低渗，裂缝是页岩气渗流的主要通道，因此需要对页岩气进行压裂改造等措施进行投产。因此页岩是否易于形成微裂缝，对页岩气层的识别和商业化开采十分重要。根据统计，国外的页岩气核心开发地区，储层脆性矿物含量较高，以美国的Barnett页岩为例，其矿物含量高达40%。

1.2 页岩气藏评价参数有利范围分析

根据上述分析，参考国外页岩参数数据，结合我国自身情况，分析各个因素的重要程度，建立有利范围表（表1）。

表1 页岩气开发参数有利范围

2 多因素评价模型的构建

模糊一致矩阵表示针对上一层某元素，本层次与之有关元素之间相对重要程度的比较，假定影响上一层某元素C的因素有a1，a2，…，an等，则针对此元素，可以得到该层次各元素两两比较重要程度的模糊判断矩阵为R。具体步骤是，根据重要性标度定义模糊，进而得到模糊一致矩阵，在处理模糊一致矩阵时，可以按照一致性原则结合两两参数的重要性抉择生成模糊一致性矩阵，如果模糊一致矩阵不能反映两两参数重要性差异那就可以采取最小二乘法进行计算。其具体步骤见［17］。

3 页岩气藏潜力区筛选模拟验证

为了验证模糊层次分析法的可行性，收集了我国川南、黔北、鄂西等上扬子地区页岩气主要远景区的气藏指标数据，如表2所示，利用构建的模型对3个区块进行评价。

表2 区块气藏参数

根据页岩气藏评价好坏参数值，经过归一化处理，利用最大隶属度原则，则关于3个区块的每一个评价参数的A即可得到

其中，矩阵的行表示同一区块不同评价参数的隶属度，其数值越大，说明此参数越接近于有利于页岩气藏开发，即开发适宜度越大。为了进行综合评价，根据几个参数敏感程度，建立评价页岩气藏各个因素的模糊判断矩阵。

通过计算可以得到同一区块各评价参数之间开发适宜性的加权矩阵Wj

通过Wj与WjT进行相乘运算得到Mij，通过计算可得最后3个页岩气藏的开发可行性总体评价

可以看出，区块3开发可行性最高，而区块2最差。

4 结论

1）调研国内外文献，筛选出页岩气藏开发的评价因素，包括有机碳含量、资源丰度、吸附量、热成熟度、有效厚度、脆性矿物含量和埋藏深度，并结合国内页岩气藏情况给出了页岩气藏开发的有利范围。

2）被广泛使用于各个方面的模糊层次分析方法也可以用来评价页岩气开发可行性，该方法在评价有利和不利开发区块时效果明显，可为页岩气藏开发有利区块筛选提供指导。

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