页岩储层非均质性地质理论的研究现状、进展与方向评述

赵迪斐，郭英海，刘 静，曹 磊，崇 璇，李冠霖，王玉杰，魏 源

(1.中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏徐州 221116；2.煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室，江苏徐州 221008；3.山东省沉积成矿作用与沉积矿产重点实验室/山东科技大学，山东青岛 266590；4.页岩气勘探开发国家地方联合工程研究中心/重庆地质矿产研究院，重庆 401120；5.江苏地质矿产设计研究院，江苏徐州 221006；6.中国煤炭地质总局煤系矿产资源重点实验室，江苏徐州 221006)

页岩储层属于“纳米储层”，即其主要的微观储集空间均分布于纳米尺度，由于其岩石粒度细小、储集空间分布复杂，因此，带来了对“纳米储层”观测表征的困难，也带来了一系列具有科学与生产意义的新命题[1]。非均质性是天然物质的固有属性，反映在物质组分、结构、物性等诸多方面，也在不同尺度、不同时间存在显著差异，尤其是在认识微纳米尺度非均质性的过程中，随着尺度的减小，表征非均质性所需要的数据量是几何式上升的，可能存在多个某方面非均质性特征显著不同的区间，即存在多尺度非均质性[2-6]。因此，如何系统认识储层的非均质性，是加深非常规油气优质储层发育机理、加深非常规油气成藏机理认识的重要依据。

1 开展非均质性研究的几个问题与讨论

因非均质性是物质的固有属性，故认识非均质性需要首先明确非均质性研究的角度。近年来，非常规储层非均质性的研究认识主要集中在孔隙、物性、有机特征、力学性质等角度，定性—定量程度各不相同，评价方式与角度差异也较大[2-8]。事实上，对储层非均质性的研究应当首先明确规模和尺度，如裘亦楠等按照非均质性的规模与开发生产实用性，以层间非均质性、平面非均质性、层内非均质性与孔隙非均质性进行了碎屑岩的储层非均质性尺度划分，相似的划分还包括基于内部封闭性单元尺度的划分方案，等等[9]。在不同尺度，储层的非均质性表现存在显著差异，尤其是非常规储层的微观非均质性，随着观测尺度变小，储层在微纳米尺度所蕴含的信息量却极为丰富，微观孔隙、力学性质、物性等均呈现尺度性差异，也由此衍生出非均质性表征的第二个问题——应用非均质性表征结果需要展开宏—微观的匹配，仅对不同尺度的非均质性特征进行观察所获得的结果难以服务于生产实践。例如，宏观尺度的物性表象是由微观尺度的结构、组分与空间分布特征决定的，在纳米尺度观察到的强烈非均质性，并不一定导致宏观物性的强烈非均质性，明确一定的观察范围可以实现宏—微观匹配，可以采用大视域拼接、微观大数据分析等方式，使微观观测的平均结果不断逼近宏观观测结果，在一定的误差范围内即可以认定二者相互匹配，进而可以开展由微观特征揭示宏观现象机理的研究。

在明确储层非均质性的研究规模和尺度、多尺度相互匹配的基础上，开展不同角度的非均质性表征，还需要注意非均质性特征影响因素的复杂性。由于所观察的样品不可能存在完全相同的特征，因此，找出影响研究目标的关键非均质性特征以及核心影响因素，就成为服务生产、揭示地质规律与机理的核心任务。非常规储层一般经历了沉积作用、储层成岩作用以及后期构造改造作用的综合影响，细粒沉积物往往在沉积时就形成了变化复杂的小尺度结构与物质分异特征，在这样的物质基础上，其所发生的成岩作用改造以及层段内构造改造强度也存在差异，进而塑造了储层内部的非均质性特征，直接影响预测评价、勘探开发以及层位优选[10-11]。因此，对储层非均质性特征的研究，需要格外注意以下几个问题：①开展非均质性研究，需要明确尺度与研究目标；②需要进行多尺度非均质性特征的匹配；③需要找出复杂影响机理中的关键因素。

2 发展方向与建议

尽管非常规油气的评价常依据多项不同指标，这些静态指标却不能反映储层的变化特征，而非均质性特征则可以成为衡量储层参数多尺度、不同层段乃至横向延展变化特征的关键参数。在此背景下，如何将储层非均质性特征纳入评价指标，成为一个需要解决的关键难点。在明确表征尺度、表征目标后，获取的相关参数可以依据变异系数、离散度、相对偏差等数学参数展开[2]。在对海相页岩储层微观孔隙非均质性进行量化表征时，可以首先从服务生产的角度，将非均质性特征对储层的影响归结为“储”与“运”两个方面，再进一步遴选关键参数，包括孔隙性、渗透性、力学脆性、物质组分、微观储集空间特征(发育程度与赋孔特征、孔径分布、内表面积、连通性与空间延展性、空间分布差异等)等参数开展综合评价表征，形成基于储层微观非均质性的评价方案，作为静态指标的补充[2]。如何以对非均质性的科学认识服务生产实践，也是非均质性地质理论进一步发展的重要方向[12-13]。

结合目前非常规油气地质领域对储层多尺度非均质性认识的不断加深，建议在以下方向进一步开展非均质性研究工作：①加深对不同尺度非均质f性特征本身及其影响储层物性、含气性、勘探开发机理的认识；②将非均质性特征纳入储层表征评价体系，实现对非静态指标的评价；③加深对非均质性特征形成控制影响因素的认识，明确不同天然非均质性属性的关键影响因素，为找寻优质储层发育机理、开展优质层位与“甜点”预测提供科学依据；④在目前的前沿研究中，不断以理论寻突破，找到非均质性地质理论新的应用点，如深层条件油气勘探中对结构非均质性有助于保持有效储集空间的认识[6]，等等。

3 结束语

非均质性特征是认识非常规油气复杂地质特性的重要角度，也是弥补静态评价预测参数、实现动态认知与动态表征的重要媒介参数。在非常规油气的地质认识中，多尺度非均质性是近年来的研究新方向与新热点，但如何进一步开展非均质性地质理论的研究、如何建立量化评价体系、如何将非均质性参数纳入储层预测评价、如何以非均质性地质理论服务生产实践，成为非均质性地质理论研究的难点。这些问题的存在，极大地限制了非均质性地质理论的进一步发展。针对这些问题，本文提出相关建议，为非常规油气地质工作者提供参考。