中國致密儲層孔隙結構表征需注意的問題及未來發展方向

伴隨石油工業的發展與勘探進程的不斷推進，非常規油氣正成為重要的勘探開發領域，目前中國已成功在鄂爾多斯盆地、四川盆地等實現致密油、致密氣、頁巖氣的商業開發，形成了新安邊、蘇里格、富順—永川、焦石壩等一系列非常規油氣區。與常規油氣勘探尋找有效圈閉不同，非常規油氣具有大面積連續分布的特征，油氣富集豐度具有差異，因此尋找規模有效儲集體成為非常規油氣勘探的核心。

作為有效儲層研究的重要內容之一，孔隙結構精細評價成為致密儲層研究的熱點。與常規砂巖儲層相比，非常規致密儲層具有孔喉尺寸小、非均質性強、孔隙結構復雜的特征，因此常規的儲層孔隙結構表征方法，如光學顯微鏡、鎢燈絲掃描電鏡、常規壓汞技術等，受分辨率限制，難以對致密儲層孔隙結構進行全面評價。因此，大量具有更高分辨率與表征精度的技術被用來研究致密儲層孔隙結構，包括場發射掃描電鏡、聚焦離子束場發射掃描電鏡、透射電鏡、CT掃描、高壓壓汞、氣體吸附、小角X射線散射、同步輻射等。這些新技術的應用極大地推動了非常規致密儲層的研究，以泥頁巖為例，學者首次對有機質孔進行了描述與成像，系統表征了三維納米級孔喉系統，研究尺度從百納米級別進一步提高到納米級別，甚至埃米級別。

然而，在新技術應用過程中也出現了新問題：①部分技術是從納米材料領域引入的，與化學組成均一、孔隙結構相對單一的納米材料相比，致密儲層礦物組成多樣，孔隙結構復雜，因此原有技術的分析流程與解釋模型的適用性均受到挑戰；②部分技術是對已有技術的改進，如高壓壓汞，通過進一步增大注汞壓力提高孔隙表征范圍，但技術的適用性需進一步厘定；③提高分辨率并不是孔隙結構研究的最終目的，如何提高表征精度才是關鍵，目前壓汞、氣體吸附等定量評價結果與掃描電鏡等直接觀察結果具有較大差異性，不同尺度數據的融合仍具有較大挑戰。伴隨著非常規油氣的成功，致密儲層孔隙結構的研究熱潮可追溯至2009年，經過6年多的發展，筆者認為有必要對目前致密儲層孔隙結構表征中出現的技術問題進行總結，明確已有技術存在的不足，探討下一步發展方向，為后續研究工作提供參考。

1 技術概況

已有多位學者詳細介紹了目前致密儲層孔隙結構表征技術，并成功應用于致密儲層研究?？偟膩碚f，致密儲層孔隙結構表征技術可分為兩類：①定性表征技術系列，包括二維的光學顯微鏡和場發射掃描電鏡，以及三維的CT掃描、聚焦離子束電鏡（FIB-SEM）及同步輻射掃描。②定量評價技術系列，包括氣體吸附、高壓壓汞及氦氣孔隙度（圖1）。

不同技術的原理具有差別，反映的儲層參數也具有差異性：定性表征技術以直接觀察為手段，分辨率是技術區別的關鍵，主要對孔隙的大小、形態及分布進行研究；定量評價技術以間接測試為手段，研究尺度是技術區別的關鍵，主要對儲集空間的大小進行分析，但表征對象的物理意義具有一定的差異。例如，氣體吸附主要對100nm以下的孔隙與喉道進行分析，壓汞則可以對直徑介于5nm~1mm的喉道及其連通的孔隙空間進行分析，氦氣孔隙度反映了整體儲集空間的大小，但無法反映孔喉直徑。

2 關鍵技術問題

2.1 強調提高分辨率的同時，需加強樣品代表性尺度研究

致密儲層孔隙結構復雜，孔喉尺寸小，提高分辨率成為定性表征技術研發的重點，從光學顯微鏡到場發射掃描電鏡，從工業CT到微/納米CT，表征精度與分辨率均有明顯提升。然而，研究實踐表明，表征技術的分辨率并非越高越好。分辨率與表征尺度是一對矛盾體，分辨率越高，研究尺度越小，反之亦然。致密儲層與常規儲層孔隙結構相比具有兩個突出特征

：孔喉尺寸更小、非均質性更強，因此研究致密儲層孔隙結構時，必須要求兼顧分辨率與表征尺度的代表性。泥頁巖等致密儲層主體粒徑小于0.03mm，利用光學顯微鏡難以刻畫孔隙結構，需采用掃描電鏡對孔隙結構進行研究。由于掃描電鏡分辨率高，研究視域小，研究者往往一下子扎入某些特定的、感興趣的區域，而忽略了整體全貌的研究。

筆者建議在非常規儲層評價時，應從整體研究入手，分類刻畫結構特征。以準噶爾盆地吉木薩爾凹陷二疊系盧草溝組富有機質頁巖為例，樣品與地層方向垂直，層理發育不明顯（圖2），首先對樣品整體進行多視場掃描電鏡圖像拼接，獲取全貌信息，整體視場為2.5cm×1.5cm，盡管分辨率低，無法對孔隙大小、形態與分布進行研究，但可對整體無機礦物與有機質分布進行分析。根據顆粒粒度與有機質分布關系將樣品初步分為3個相帶：①A相帶，粒度最細，有機質富集，面積比例約15%；②B相帶，粒度過渡帶，有機質較富集，面積比例約65%；③C相帶，粒度最粗，有機質不太發育，面積比例約20%。隨后，提高掃描電鏡放大倍數，對每個相帶進行精細的孔隙結構分析，結果表明：①A相帶，礦物基質以方解石與白云石為主，見鉀長石與鈉長石發育，礦物中間的孔隙大多被綠泥石充填，孔隙以黏土礦物孔為主，見綠泥石粒內孔、伊/蒙混層粒內孔發育，孔隙直徑較??；有機質呈長條形、帶狀展布，見有機質孔發育[圖2（a）]；②B相帶，礦物基質以方解石與白云石為主，鉀長石與鈉長石比例增大，礦物之間見綠泥石充填，以白云石、鈉長石、方解石等粒間孔為主，見綠泥石粒內孔發育，有機質呈團塊狀展布，有機質孔發育程度降低[圖2（b）]；③C相帶，礦物基質以方解石、白云石、鈉長石為主，礦物之間綠泥石充填比例明顯降低，以白云石、鈉長石、方解石等粒間孔為主，溶蝕特征明顯，孔隙直徑大，有機質不發育[圖2（c）]。

由此可見，3個相帶在粒度、礦物組成、有機質分布、孔隙類型等方面存在明顯差異。

致密砂巖同樣如此，鄂爾多斯盆地新安邊延長組7段（長7段）致密砂巖發育多種孔隙類型，包括高嶺石、綠泥石等黏土礦物粒內孔[圖3（b）、圖3（e）、圖3（g）]、長石粒內溶孔[圖3（c）、圖3（f）]、石英粒內孔[圖3（d）]及粒間溶蝕孔[圖3（f）]，通過場發射掃描電鏡可對單一孔隙進行高分辨率成像，但無法了解整體孔隙發育情況，因此必須開展低放大倍數下掃描電鏡觀察，研究整體孔隙結構，明確不同類型孔隙在整體儲集空間中的比例，這一點往往被人忽視。從圖3可以看出，長7段致密砂巖中顆粒之間充填的黏土礦物粒內孔與長石溶蝕孔是最主要的孔隙類型。因此，對非常規致密儲層孔隙結構進行刻畫時，需要了解宏觀尺度特征，如果僅對局部孔隙結構進行表征，無異于盲人摸象，得到的信息無法全面反映樣品的孔隙結構特征，研究結果的代表性也大打折扣。一般來說，視場越小，分辨率越高，均質性越強，但代表性越差。非常規致密儲層有效性評價需與后期有利區優選匹配，研究工作應加強代表性尺度研究。不同類型的樣品，由于礦物組成、粒度、孔隙尺寸的差異，代表性尺度也具有差異。一般來說，代表性尺度不應小于巖樣粒度與孔隙尺寸的10倍。以鄂爾多斯盆地長7段致密砂巖和四川盆地志留系龍馬溪組頁巖為例，前者平均粒徑80μm，孔隙尺寸介于50 nm~100μm；后者平均粒徑20μm，孔隙尺寸介于10 nm~5μm，因此長7段致密砂巖代表性尺度應在1 mm以上，龍馬溪組頁巖代表性尺度應在200μm以上。從圖3可以看出，大視域的尺寸大于1 mm，盡管圖3（e）展示的高嶺石粒內孔與圖3（f）展示的鉀長石粒內溶孔未出現在大視域中，但其相關特征可通過圖3（a）和圖3（b）進行反映，這也進一步證實了代表性尺度研究的正確性。

2.2 追求新技術/方法的同時，需加強技術有效適用范圍研究

近幾年，大量納米科學與材料科學的研究技術被引入到致密儲層孔隙結構研究中，為致密儲層評價提供了重要的支撐。然而，致密儲層與納米材料不同，孔隙結構復雜、非均質性強，受單項技術的原理、操作流程與解釋模型的限制，部分新技術在非常規儲層研究中的作用有限。此外，不同致密儲層孔隙結構差異性較大，同一技術對不同類型致密儲層的適用性也有所區別，因此不能一味追求新技術，在引入新技術時，需對有效適用范圍和應用前景進行預判，否則結果的準確性會受到嚴重影響。

筆者重點對小角散射、透射電鏡、CO₂吸附及高壓壓汞等技術進行說明。

2.2.1 小角散射技術

小角散射是指樣品在靠近X射線入射光束附近很小角度內的散射現象，散射角小于5°，技術最早起源于Krishnamurti在1930年對碳粉、炭黑和各種亞微觀微粒在入射光束附近出現連續散射的研究，隨后，Mark、Hendricks、Warren、Guinier初步確定了小角X射線散射理論，1955年Guinier和Fournet撰寫《Small Angle Scattering of X-Rays》，系統闡述了小角散射理論。中子小角散射與X射線小角散射類似，主要優勢在于對輕元素的敏感、對同位素的標識及對磁矩的強散射。

小角散射技術主要研究亞微觀結構與形態特征，最適合的研究對象是粒子旋轉半徑1~5 nm，體積約為200~800nm³，相當于粒子質量為（1~50）×10-20g，密度為1~2g/cm³，相對分子質量5000~250000，研究對象分為兩類：①散射體是明確的粒子，包括聚合物溶液、生物大分子等，確定粒子尺寸與形狀；②散射體中存在亞微觀尺寸上的非均勻性，包括懸浮液、乳液、纖維等，確定非均勻長度、體積分數和比表面等統計參數。

在孔隙結構研究方面，小角散射技術的應用主要集中在陶瓷SiC、氧化鋁、炭纖維等標準材料，成分單一，孔隙結構相對簡單，衍射強度與孔徑之間的關系模型已經成熟，因此結果準確度與可重復性較高。在非常規儲層孔隙表征方面，也有部分成果發表，如楊同華等利用簡易中子小角散射譜儀對大慶泥巖孔徑進行測量，認為主體孔徑約40nm；Nelson指出小角中子散射研究尺度介于1~100 nm；Skalinski等在復雜碳酸鹽巖系統研究中提到了小角中子散射；Radlinski等對澳大利亞南喬治娜盆地中寒武統泥頁巖1~20μm的孔隙結構進行研究。

然而，目前小角散射技術在儲層孔隙結構研究領域尚處于起始階段，主要原因有：①小角散射技術基于同步輻射平臺，同步輻射機時獲取難度大；②尚未形成泥頁巖、致密砂巖等致密儲層孔隙結構解釋模型，無法對實驗結果進行解釋；③相對于小角散射技術，非常規儲層顆粒直徑大，即使是泥巖，其粒徑主體介于30nm~30μm，密度多大于2g/cm³，超出小角散射最有效的研究范圍。由于致密儲層孔隙結構的復雜性，目前已有的成熟解釋模型并不適用，已發表的文獻中也未對衍射強度和數據模型進行解釋。此外，針對致密儲層小角散射分析，尚未形成統一的分析流程，樣品制備與空白提取等均存在差異，因此建議在非常規致密儲層孔隙結構評價中，慎重選擇小角散射技術。

2.2.2 透射掃描電鏡技術

透射掃描電鏡的基本原理是把經加速和聚集的電子束投射到非常薄的樣品上，電子與樣品中的原子碰撞而改變方向，產生立體角散射，形成明暗不同的影像。透射掃描電鏡分辨率高，達0.1~0.2nm，目前地質學領域主要應用于礦物晶體結構的精細評價，如邸迎偉等對河北靈壽石湖金礦石英脈含金量的分析、嚴俊等對葉臘石晶體結構缺陷的研究、曲晶等對超高壓榴輝巖中金紅石調制結構的研究等；也可見于流體包裹體研究，如孟大維等對大別山超高壓變質巖合晶礦物中的微細包裹體進行了研究。

國外學者已嘗試利用透射電鏡對泥頁巖等非常規致密儲層孔隙結構進行研究。Douglas等基于透射電鏡圖像重構了海相細粒沉積物的三維模型并計算了折曲度對黏土-有機質系統的影響；Anderson利用透射電鏡對泥頁巖納米級孔喉系統進行了研究；Li等利用透射電鏡對泥頁巖中石英和有機質中的納米級孔分別進行了表征；Bernard通過透射電鏡對不同成熟度的泥頁巖納米孔特征進行了對比分析。筆者利用透射電鏡對鄂爾多斯盆地三疊系延長組7段泥頁巖孔隙結構進行表征，結果表明：透射電鏡在表征不同類型有機質超微物質組成與晶體結構方面具有明顯的優勢（圖4）。圖4（a）和圖4（b）視域在場發射掃描電鏡下表現為均一的有機質，但在透射電鏡成像條件下表現為3種不同的灰度，能譜數據也顯示出細微的差別[圖4（c）]，證實泥頁巖中發育多種類型的有機質，晶格結構具有差異，這種差異性有助于了解泥頁巖中不同類型有機質與孔隙發育的關系。

然而，透射電鏡在刻畫樣品表面孔隙結構方面的能力不如場發射掃描電鏡，主要原因是透射電鏡利用電子束對樣品進行穿透成像，形成的二維圖像不僅包含了樣品表面的信息，也包含了樣品內部的信息，類似于X光片中內臟與骨骼疊加顯示，因此，透射電鏡在孔隙結構表征方面存在短板，前人的研究結果也證實了這一觀點。由于透射電鏡需要電子束穿透樣品成像，考慮到樣品對電子束的吸收與電子束的散射，透射電鏡的樣品要求極薄，一般多小于100nm，需要采用聚焦離子束掃描電鏡進行制備，制樣難度大，而且視場小，選取視域的代表性往往受到質疑。因此，建議不采用透射電鏡進行孔隙結構刻畫，可以采用其對有機質內部結構與晶格特征等進行研究，確定有機質組成及其與孔隙發育的關系。

2.2.3 低溫CO₂吸附技術

低溫CO₂吸附技術主要研究小于2nm的孔隙結構，具有分析溫度高（273.1 K）、能量強、快速平衡等特點。近幾年，隨著頁巖氣的成功商業開發，許多學者利用低溫CO₂吸附技術研究頁巖中孔隙分布，如田華等對海相與陸相不同成熟度頁巖進行了分析對比；李騰飛等對渝東南地區下志留統和上奧陶統頁巖孔隙結特征及孔徑分布；朱炎銘等探討了上揚子海相龍馬溪組頁巖儲層孔隙結構特征；Mastalerz等對泥盆系和密西西比系不同成熟度的New Albany頁巖進行了分析對比。

在實際應用過程中，筆者發現低溫CO₂吸附技術存在一些問題：①目前實驗樣品前期處理及關鍵實驗參數尚未統一，大部分學者在研究中并未提及樣品的前處理流程，僅部分學者提到了樣品質量，但是對于樣品的粒度、升壓速率等影響實驗結果的關鍵參數均未提及；②微孔分布解釋理論模型多樣，不同模型獲得的結果差異性大，李騰飛等認為基于Sto-eckli方法分析CO₂吸附數據的得到的微孔分布曲線更合適，而Mastalerz等、朱炎銘等則采用BET模型線性回歸分析CO₂比表面吸附，使用DFT（Den-sity Functional Theory）模型計算孔徑分布。

CO₂吸附技術最致命的缺點是表征結果的有效性與應用范圍有限。CO₂吸附技術主要針對小于2nm的孔隙進行分析，通過場發射掃描電鏡、納米CT立體表征等手段證實，泥頁巖儲層中孔隙小于2nm的部分所占儲集空間比例很小。以四川盆地志留系龍馬溪組富有機質頁巖為例（圖5），樣品源自威201井，TOC為5.6%，Ro為2.9%，在不同放大倍數下對富有機質頁巖有機質孔發育情況進行分析，像素點分辨率從0.65~5nm，結果顯示，樣品中有機質孔發育，但在整體平面分布中所占比例并不太高[圖4（a）]，高分辨圖像顯示有機質孔主體孔徑介于5~200 nm，幾乎未見小于2nm的孔隙[圖4（b）~圖4（d）]。由此可見，小于2nm的微孔對非常規儲層儲集空間的貢獻極小，這部分孔隙對天然氣流動可能有所貢獻，但對石油的運移和流動貢獻微乎其微，因此，建議非常規致密儲層孔隙結構表征時慎重選擇CO₂吸附技術，特別是對處于生油窗內的頁巖、致密砂巖等進行評價時，CO₂吸附結果的有效性尚待驗證。

2.2.4 高壓壓汞技術

高壓壓汞技術在目前致密儲層孔隙結構定量評價中應用廣泛，尤其是對于致密砂巖和致密碳酸鹽巖，具有儲集空間研究范圍大（直徑5~995μm）、與物性測試結果吻合度高的特點。然而，盡管高壓壓汞可涵蓋較廣的儲集空間（圖1），但結果的準確性與表征對象的物性直接相關。通過對準噶爾盆地蘆草溝組混積巖、鄂爾多斯盆地長7段致密砂巖、四川盆地震旦系白云巖、吐哈盆地條湖組沉凝灰巖、四川盆地大安寨段介殼灰巖的高壓壓汞數據進行分析，發現孔隙度低于5%，絕大部分樣品的最大進汞飽和度低于60%[圖6（a）]，不能有效表征整體儲集空間。因此對于孔隙度與滲透率較差的致密儲層，高壓壓汞研究主要適用于孔隙度大于5%的樣品。此外，需要指出的是，高壓壓汞反映的是喉道直徑及其所連通的孔隙占整體儲集空間的比例，即得到的是喉道的大小與孔喉的總體積，因此高壓壓汞結果與定性表征方法，如鑄體薄片、掃描電鏡等相比，結果明顯偏小。以圖6（a）中鄂爾多斯盆地胡295井長7段致密砂巖為例（黃色數據點），孔隙度為9.2%，氣測滲透率為0.085 mD，鑄體薄片中可見粒間溶蝕孔、縫發育，尺寸應大于1μm[圖6（b）]，掃描電鏡中也可見直徑介于20μm~100μm的孔隙[圖6（c）]，但高壓壓汞結果揭示主體連通孔喉系統直徑均小于1μm，因此在應用高壓壓汞數據與其他數據對比分析孔隙結構時，應注意數據背后蘊含的原理差異，切忌不加分析直接對比。

針對泥頁巖儲層，也有學者嘗試利用高壓壓汞分析其孔徑分布，筆者認為需謹慎對待。與致密砂巖相比，泥頁巖黏土礦物含量高，孔喉尺寸更小，若使用傳統柱塞樣品，制樣難度大、極易產生裂縫，而且實驗過程中高壓對泥頁巖造縫作用明顯，降低了實驗結果的準確性，若利用不規則樣品進行高壓壓汞實驗，結果也并不理想。以四川盆地龍馬溪組海相頁巖為例，氣測孔隙度為3.5%，選取0.5096g樣品抽真空后進行壓汞實驗，假定汞的接觸角是140°，界面張力是480×10-7J/cm²，最大進汞壓力達200MPa，進汞量為0.5726ml/g，進汞飽和度達99.4%，基于此得到孔隙度為59.97%，遠大于氣測孔隙度。從孔喉分布看，孔喉直徑主體集中在114.6~1069μm，體積比例超過84%，14.64~114.6μm的孔喉體積比例約15%，15nm以下的孔喉體積比例不到1%，且從14.64μm到14nm在3個數量級尺度內無孔喉分布（圖7），這與掃描電鏡結果具有極大差異（圖5），同時數據本身的合理性也難以解釋，因此應用泥頁巖進行高壓壓汞分析需慎重，其實驗分析流程與解釋模型需要進一步研究。

2.3 強調定量表征數據拼接的同時，需加強多尺度定性與定量數據融合，提高表征精度

非常規儲層孔隙結構的特殊性與復雜性決定了表征難度大。單一表征技術的有效研究尺度與信息反映具有局限性（圖1），無法對整體孔隙結構進行評價，因此多尺度數據融合成為非常規儲層孔隙結構全面表征的重要研究內容。

目前針對非常規儲層孔隙結構的多尺度研究主要集中在對孔隙直徑全尺度分布的研究。公開發表的文獻顯示，多數學者傾向于對定量評價方法進行融合處理，包括CO₂吸附、N₂吸附、高壓壓汞、恒速壓汞等分析，研究主體是泥頁巖儲層，主體研究思路是簡單的數據拼接，不同學者的區別在于拼接點的選擇。李騰飛等選擇在2nm處將基于CO₂吸附與N₂吸附的孔徑分布曲線拼接，獲取頁巖中微孔、介孔和部大孔的連續孔徑分布模式；朱炎銘等在研究龍馬溪組頁巖孔隙結構時，選擇2nm與50nm將CO₂吸附、N₂吸附和高壓壓汞進行數據拼接，獲取全面孔隙分布特征；曹濤濤等利用氮氣吸附法和壓汞法聯合表征下揚子皖南地區二疊系頁巖的孔隙分布、孔隙度及分形特征，選擇在10nm處對孔隙分布進行拼接；陳生蓉等選擇在100nm處將氮氣吸脫附法與壓汞法拼接，表征鄂爾多斯盆地頁巖樣品的孔隙結構。

上述數據融合方法同時也存在不足：①強調數據拼接，缺乏對整體儲集空間的評估，未討論不同尺寸孔隙在整體空間的比例，拼接結果的準確性受到質疑；②簡單依賴定量評價數據，未結合三維真實孔隙模型，無法獲取樣品孔隙系統的直觀印象，拼接結果的代表性受影響。鑒于此，筆者提出孔隙直徑多尺度數據融合應遵循以下準則：①以孔隙為融合對象，弱化喉道概念；②融合尺度涵蓋整個儲集空間范圍，重點集中在微米-納米尺度；③利用氦氣孔隙度代表總孔隙空間，限定孔隙整體分布；④以三維數據與定量數據融合為主，弱化二維評價數據；⑤融合結果須經其他分析測試數據檢驗；⑥數據融合方式與巖性對應，不同巖性具有差異性。本文選取四川盆地志留系龍馬溪組頁巖為例[圖8（a）]，對不同尺度孔隙分布進行說明，主要采用氦氣孔隙度、低溫氮氣吸附（研究尺度2~100 nm）[圖8（b）]和納米CT（研究尺度100~65 000nm）[圖8（c）、圖8（d）]方法。研究上限定為65 000nm主要原因是根據掃描電鏡研究與前人工作，大于65 000nm的孔隙在泥頁巖中占得比例極小。在進行多尺度孔隙直徑數據融合時，首先確定整體儲集空間特征及不同級別孔隙的體積比例。利用氦氣測定的整體孔隙度為5.6%，利用納米CT對直徑介于100~65 000nm的儲集空間進行研究，計算孔隙度為2.2%；進而，確定低溫氮氣吸附研究的直徑介于2~100nm的儲集空間比例為3.4%。以不同尺度孔隙的相對體積比例為權重，將納米CT確定的孔隙分布直方圖與基于BJH理論計算的氮氣脫附微孔分布直方圖進行融合，確定整體孔隙分布比例關系[圖8（g）]。最后，將初步融合結果與聚焦離子束電鏡結果進行比對。在本次研究中，聚焦離子束掃描電鏡設置的切片間距為20nm，考慮到三維圖像重構與計算過程中小孔隙部分的誤差，筆者重點利用聚焦離子束掃描電鏡對100 nm以上的儲集空間部分進行比對，結果證實兩者孔喉分布具有較好的一致性[圖8（e）、8（f）]，進而確定融合結果的可靠性。對于四川盆地海相龍馬溪組富有機質頁巖，熱演化高，有機質孔發育，直徑小于100nm的孔隙體積比例為57.8%，100~65 000 nm的孔隙體積比例為16.6%，大于1000nm的孔隙體積比例為25.6%，這一認識對于全面評價泥頁巖孔隙空間分布、研究油氣聚集機理具有重要的意義。

除了前文提到的3方面問題外，在單項表征技術研究方面也有很多問題值得關注，因為實驗參數和實驗條件對結果均可產生較大的影響，需要特別注意。例如，在掃描電鏡分析中，不同加速電壓對成像效果影響較大，特別是在有機質孔識別方面，建議在保證分辨率的同時，盡量采取較低的加速電壓；掃描電鏡能譜分析的精度同樣需要關注，一般情況下，能譜點分析的有效范圍大約是3000nm，因此對納米尺度研究視域的分析往往涵蓋了更大范圍的信息，使用時需要加以說明。再者，關于不規則泥頁巖高壓壓汞分析的問題，筆者認為這套方法在基本原理、解釋結果及成果意義方面尚待進一步完善。

綜上所述，由于非常規致密儲層孔喉尺寸小，結構復雜，非均質性強，傳統的常規分析技術很難對這套孔隙系統進行準確表征，因此大量新技術涌入非常規儲層研究領域。由于相關研究處于探索階段，不同學者對某些研究方法的理解存在差別，再加上不同致密儲層本身結構的差異，導致非常規致密儲層孔隙結構評價技術出現新的問題。特別是在進行全尺寸表征時，需要注意對新技術、新方法基本原理及有效適用范圍的準確研究，不能簡單的拿來主義。只有通過多種手段，多種學科聯合研究，才能對這套復雜程度高、非均質性強的儲集空間有準確的把握。本文嘗試對非常規儲層表征技術的發展進行了歸納總結，盡管涉及的問題及筆者能力有限，但力求準確反映研究現狀，目的是為了后續儲層研究技術的順利發展，進一步推動沉積儲層學科的發展。

3 未來發展方向

非常規油氣正逐漸成為石油工業重要的勘探開發領域，近年來中國非常規油氣工業發展迅速，因此，非常規油氣勘探的核心——致密儲層評價成為學術界與工業界研究的重點。由于致密儲層較常規儲層具有物性差、非均質性強的特點，孔隙結構精細研究成為致密儲層評價的關鍵內容。目前孔隙結構研究多以實驗室精細表征為主，筆者認為孔隙結構未來的研究會從靜態向動態發展，從實驗室向現場應用拓展，通過與宏觀地質參數和工程參數的結合，提高已有評價參數的實用性，為致密儲層評價與有利區預測提供重要的技術支持。

3.1 多學科聯合攻關，靜態表征與動態演化結合，實現孔隙結構的全面表征

從二維到三維，從納米尺度到毫米尺度，實現對非常規致密儲層復雜孔隙系統的全面表征，對認識致密儲層的基本特征具有重要意義。多尺度數據融合并非簡單的數據拼接，需要對孔隙結構、礦物組成及形成機理進行全面研究。隨著對非常規儲層研究的不斷深入，在進一步挖掘常規儲層分析技術潛力的基礎上，需要進一步加強與納米科學、材料科學、電化學等領域的結合，一方面可以提高研究的精度與分辨率，另一方面可以制備大量與地質樣品相似度高的功能性納米材料，通過對比研究，實現對孔隙結構的精細研究。

在靜態孔隙結構描述的基礎上，下一步需要加強對孔隙演化的研究。在基礎地質背景研究的前提下，開展物理模擬、數值模擬及對比性評價研究，明確不同類型致密儲層孔隙演化特征，梳理關鍵控制因素，建立孔隙動態演化模型，預測有利孔隙發育帶，這對于深化非常規油氣聚集機理與富集規律的認識具有重要意義。

3.2 加強宏觀尺度研究，密切聯系可動流體評價，實現對規模有效儲集體的準確預測

孔隙結構評價作為微觀儲層研究的重要內容，下一步需加強與宏觀尺度區帶評價的結合。開展基于層序界面控制的不同沉積相儲層孔隙結構的對比研究，明確不同水動力條件、不同沉積相帶、不同砂體組合樣式下孔隙結構的差異性，探尋主控因素，實現從孔隙到巖石再到區帶的“粗化”研究，讓微觀孔隙結構研究“落地”，為有效儲層評價與有利區帶優選奠定基礎。

作為儲層有效性評價的重要內容，孔隙結構的精細表征需與可動流體評價聯系起來，基于可動流體評價，研究孔隙結構與可動流體的關系，建立評價參數與方程，明確可動流體對應的臨界孔隙下限，這對于評價儲層的有效性具有重要意義。在研究過程中，需加強潤濕性研究，并對孔隙與母質礦物之間的關系進行評價，因為孔隙對應的母質礦物不同會引發孔隙潤濕性的差異，而潤濕性的差異對非常規油氣運聚及開發均會產生重要的影響。下一步應在宏觀、微觀潤濕性研究的基礎上，立足可動流體評價，開展孔隙結構研究與有利相帶預測，實現對非常規油氣資源可動性及可動地質儲量的準確評估。

3.3 加強現場應用研究，緊密結合儲層增產改造措施，實現對工程甜點的評價優選

目前非常規致密儲層孔隙結構研究主要集中在實驗室地質評價方面，下一步應加強與增產改造等現場應用的結合。水平井體積壓裂技術是目前非常規油氣有效開發的關鍵，核心是儲層的人工造縫能力，巖石力學特征是影響人工造縫能力的重要因素。因此，需加強不同孔隙結構與巖石力學性質關系的研究，探索不同孔隙結構對應的裂縫生長模式、流體流動規律及產液曲線的差異。針對特定的非常規致密儲層，如致密砂巖，在制定施工條件、選擇壓裂液性質、開展巖石的敏感性評價時，針對性地開展孔隙結構研究。同時，在孔隙結構研究的過程中，需加強對上述工程參數的了解，這對于制定合理的現場施工方案、準確評價工程甜點、實現非常規油氣規模開發具有重要意義。

4 結論

（1）指出致密儲層孔隙結構表征需注意的幾個問題：①強調提高分辨率的同時，需加強樣品代表性尺度研究；②追求新技術/方法的同時，需加強技術有效適用范圍研究；③強調定量表征數據拼接的同時，需加強多尺度定性與定量數據融合，提高表征精度。

（2）明確致密儲層孔隙結構表征未來發展方向：①多學科聯合攻關，靜態表征與動態演化結合，實現孔隙結構的全面表征；②加強宏觀尺度研究，密切聯系可動流體評價，實現對規模有效儲集體的準確預測；③加強現場應用研究，緊密結合儲層增產改造措施，實現對工程甜點的評價優選。

版權聲明 | 來源：《石油學報》；作者：朱如凱等；版權歸原作者所有。

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