頁巖油流動的儲層條件和機理

董明哲，李亞軍，桑 茜，李 晟，李 萌，蘇玉亮

[1.中國石油大學(xué)(華東) 石油工程學(xué)院，山東 青島 266580； 2.卡爾加里大學(xué) 化學(xué)與石油工程學(xué)院，卡爾加里，加拿大T2N 1N4]

頁巖油儲層非常致密，富含有機質(zhì)，礦物組成復(fù)雜，孔隙類型和流體賦存狀態(tài)多樣[1-3]。頁巖油藏與常規(guī)油藏的一個最大區(qū)別是頁巖儲層的無機礦物中含有干酪根，干酪根可以吸附和溶解大量的烴類流體，使得頁巖儲層含有兩種截然不同的多孔介質(zhì)[4-5]。陸相頁巖油儲層的地質(zhì)研究注重尋找有利烴源巖發(fā)育帶和圈閉構(gòu)造，綜合地震、鉆井、測井、地球化學(xué)等資料并結(jié)合實驗分析，從地層能量角度分析頁巖油儲層的可動性[6]。盧雙舫等[7]通過梳理國內(nèi)外相關(guān)研究成果，指出頁巖油的可動性和可動量與頁巖孔隙、喉道、裂縫及礦物組成密切相關(guān)，頁巖儲層的可壓裂改造性和可采性與儲層的無機非均質(zhì)性有關(guān)，提出了頁巖油藏甜點篩選的技術(shù)關(guān)鍵。Zou等人[8]通過比較北美的海相頁巖油和中國的陸相頁巖油，指出應(yīng)從源巖性質(zhì)、巖相、物性參數(shù)、巖石脆性、含油量及應(yīng)力敏感6個方面分析致密油和頁巖油的甜點。在此基礎(chǔ)上，楊智等人[9]總結(jié)了頁巖油地質(zhì)甜點的參數(shù)，即液態(tài)烴Ro值為0.8%～1.3%，TOC大于2%，巖性為紋層狀頁巖或致密孔隙性儲集層，孔隙度大于3%，脆性礦物含量大于40%，含油飽和度介于50%～90%。頁巖油藏在依靠天然彈性能量開采的情況下，流體是否具有動用的可能、可動的流體能否得到動用、在什么條件下才能動用、動用速率有多高，這些問題受儲層及流體物性、儲層非均質(zhì)性、地層壓力水平、儲層改造程度和生產(chǎn)壓差等多因素的綜合影響[10]。因此，在地質(zhì)甜點認識的基礎(chǔ)上，還要對頁巖油儲層不同介質(zhì)的滲透特征和流體運移模式進行研究，以便從開發(fā)角度尋找能夠工業(yè)化開采的有利區(qū)塊。

頁巖儲層中的無機礦物多為水濕表面，孔隙尺寸相對有機孔隙較大，而有機孔隙表面親油，且多為納米級孔隙[11-13]。研究分析表明，頁巖油具有3種賦存狀態(tài)：存在于無機孔縫中的游離態(tài)流體、存在于有機孔隙中的游離態(tài)流體和以吸附互溶態(tài)存在于干酪根表面及其內(nèi)部的流體[14]。Sang等人[15]根據(jù)不同流體在不同孔隙中的潤濕及賦存特征，通過油氣水流體飽和實驗方法，測定了中國東部濟陽坳陷陸相頁巖巖樣的無機孔隙度、有機孔隙度、最大有機飽和度、最大無機飽和度和吸附互溶態(tài)流體飽和度。所測樣品的有機飽和油量(含有機游離態(tài)流體和吸附互溶態(tài)流體)占總飽和量的6%～55%，其中50%～90%為吸附互溶態(tài)，其余為有機孔隙中的游離態(tài)油相。通過擬合油、水自吸曲線得到所測頁巖的無機滲透率和有機滲透率，有機滲透率比無機滲透率約低1.5～2個數(shù)量級。現(xiàn)階段頁巖油開采主要依賴分段壓裂水平井改造后的彈性開采，頁巖油的可動性與其在頁巖中的賦存狀態(tài)和流動機理密切相關(guān)，游離態(tài)烴類流體在流體膨脹和井底壓差的綜合作用下發(fā)生流動，而吸附互溶態(tài)頁巖油由于受分子大小、物理化學(xué)性質(zhì)(密度、粘度)、流固相互作用(潤濕性)及其結(jié)合能(吸附溶解性質(zhì))的影響[7]，僅依靠壓差作用基本不能流動。故有機介質(zhì)中50%～90%的流體在現(xiàn)階段的開發(fā)條件下不能動用，而其余10%～50%的游離態(tài)流體的滲流能力也低于無機孔隙中的流體。對于經(jīng)分段壓裂水平井改造的頁巖氣藏，由于縫網(wǎng)的存在和氣體的易流動性，其實際動用范圍遠高于壓裂改造區(qū)，而對于頁巖油藏，如果沒有足夠的流動壓差或長距離高滲導(dǎo)流通道，遠離壓裂縫的頁巖無機孔中的油難以流動，大量賦存于有機質(zhì)內(nèi)部的油也因低壓力梯度及微尺度效應(yīng)無法運移，僅壓裂縫附近小范圍內(nèi)的頁巖油能被產(chǎn)出，大量賦存于頁巖內(nèi)部的油無法開采，導(dǎo)致頁巖油藏動用范圍有限，采收程度不高，這也是頁巖油藏區(qū)別于頁巖氣藏的顯著特點。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者在頁巖儲層中流體運移和滲流能力方面做了大量的研究，但大多針對于頁巖氣儲層。Wu和Aguilera[16]運用CMG建立了頁巖氣藏單井雙重介質(zhì)模型，通過CMOST模塊進行了產(chǎn)量的敏感性分析，研究表明天然裂縫的滲透率、壓裂縫的滲透率梯度及其最低滲透率是對采收率影響最大的3個因素。Zhang等人[17]運用CMG建立了Montney地層的頁巖氣藏單井開采模型，分析了吸附作用和納米孔隙對產(chǎn)量的影響。以上研究均采用大尺度網(wǎng)格剖分，不能考慮頁巖儲層及流動過程微觀非均質(zhì)特性的影響。Kanfar和Clarkson[18]分析了影響彈性開采和二氧化碳吞吐采收率的模型參數(shù)，結(jié)果顯示網(wǎng)格尺寸對模擬結(jié)果影響明顯，過大的網(wǎng)格會導(dǎo)致采收率模擬結(jié)果高于實際值[19]。此外，針對常規(guī)砂巖油藏所采用的等效介質(zhì)模型，由于所處理的砂巖滲透率差異不大，且不同滲透率砂巖中的流動機理基本一致，因此能較好地解決非均質(zhì)砂巖儲層的宏觀模擬問題；而紋層狀泥頁巖儲層的紋層間滲透率存在著數(shù)量級差別，且砂巖層與頁巖層中的流體流動機理不同，因此不宜直接采用等效介質(zhì)模型。

與頁巖氣相比，頁巖油的流動性要遠差于頁巖氣，理論方面的研究主要是借鑒頁巖氣的研究思路，將邊界滑移[20]、吸附[21]等概念引入頁巖油，但這些微觀機理的認識沒有實驗驗證，也難以運用到頁巖油藏的數(shù)值模擬中。宏觀數(shù)值模擬中，頁巖油藏的模型劃分與頁巖氣藏類似，將儲層分為有機質(zhì)、無機質(zhì)、微裂縫和裂縫，分別研究各介質(zhì)內(nèi)的流動形態(tài)，通過竄流項耦合各介質(zhì)的模型。同樣也存在大網(wǎng)格和等效介質(zhì)模型無法細致描述頁巖油藏的儲層條件及其滲流特征的問題。綜上所述，本文根據(jù)陸相頁巖油儲層的巖相特征，建立了頁巖油藏的地質(zhì)概念模型，計算了近4 000多個算例并進行參數(shù)的敏感性分析，得到了各種不同地質(zhì)條件下彈性開采的邊界條件。

1 儲層概念模型

陸相環(huán)境中沉積的頁巖埋藏深、非均質(zhì)性強、演化程度偏低，其儲層結(jié)構(gòu)和物性特征是決定儲層滲流能力的關(guān)鍵。以濟陽坳陷沙河街組三段下亞段和沙四上亞段泥頁巖為例，巖相可分為紋層狀、層狀和塊狀3種類型[22-23]。濟陽坳陷中大量的砂質(zhì)層與泥質(zhì)頁巖層交互出現(xiàn)，單層厚度在0.1～1 000 mm，地層中砂巖層總厚度占比可達30%，其中單層砂巖厚度小于1 cm的薄層定義為紋層，大于1 cm的定義為夾層。砂巖層與頁巖層在礦物組成和沉積結(jié)構(gòu)上具有較大差異，進而造成頁巖儲層在儲集性和滲流能力上的非均質(zhì)性[13]。從目前濟陽坳陷頁巖油勘探實踐來看，夾薄層砂巖、碳酸鹽巖的泥頁巖、紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r和灰質(zhì)泥巖是目前獲得工業(yè)油流最多的泥頁巖巖相[24-25]，可以推測頁巖油的可動性主要取決于臨近的高滲透率條帶。頁巖儲層的流體需要先通過竄流而進入相鄰的高滲條帶，再經(jīng)裂縫網(wǎng)絡(luò)進入生產(chǎn)井筒。

根據(jù)陸相頁巖儲層的特征，建立了頁巖油藏的地質(zhì)概念模型(圖1)，重點考慮紋層、裂縫分布(非貫穿和貫穿縫)和流體性質(zhì)(粘度)等3類因素，模擬彈性開采過程中頁巖儲層中砂質(zhì)層與泥質(zhì)頁巖層中流體的竄流以及裂縫對流體流動的影響。頁巖油藏通常采用水平井分段壓裂后的彈性開采，假設(shè)壓裂縫間距為200 m，頁巖油由兩簇壓裂縫中間的基質(zhì)流向兩側(cè)裂縫。計算模型的寬度為100 m，砂巖紋層、頁巖紋層厚度都為0.1 mm，模型左端為壓裂縫，右端為封閉邊界表示基質(zhì)中心。目標區(qū)塊的頁巖儲層深度為3 000～4 500 m，地層壓力系數(shù)為1.2～1.8，因此地層初始壓力設(shè)為60 MPa，井底壓力為30 MPa。

紋層狀泥頁巖儲層中頁巖和砂巖互層均勻分布，模型的垂直方向分為20個紋層，每層為一個網(wǎng)格；模型水平方向分為200個網(wǎng)格，每個網(wǎng)格寬0.5 m。頁巖紋層滲透率為10-7μm2；砂巖紋層滲透率為10-2μm2至10-7μm2。在模型中，垂向滲透率與水平滲透率的比值在100～10-9變化。為考慮粘度對頁巖油的可動性的影響，模擬中分考慮3種不同粘度的油：低粘度油(0.55 mPa·s)、中粘度油(5 mPa·s)和高粘度油(10 mPa·s)。模型計算至總產(chǎn)量不再增加，對于滲透率特別低的算例，計算前10年產(chǎn)量變化。生產(chǎn)開始后，記錄頁巖儲層內(nèi)部含油量隨時間的變化從而計算出頁巖油的采收率變化過程。

計算表明，對于塊狀的頁巖，當滲透率低于10-7μm2，流體流動性極小，不具備商業(yè)化開發(fā)的價值。而陸相頁巖油儲層在成藏過程中往往形成頁巖-砂巖互層的紋層狀構(gòu)造，滲透率較高的砂巖條為頁巖油的流動提供了必要的優(yōu)勢通道。因此，本文針對紋層狀頁巖油儲層，提出其流動機理為：僅有少量通過自身流出，絕大部分的頁巖油需要先運移到相鄰的高滲透率砂巖紋層中從而產(chǎn)出，具體過程如圖1所示。以頁巖滲透率為10-7μm2，砂巖滲透率10-2μm2，垂向滲透率/水平滲透率為0.1，壓差30 MPa為例，雖然純頁巖紋層的滲透率較低，其彈性采收率為3.85%，與砂巖紋層一致，其中99.99%的頁巖油通過砂巖層產(chǎn)出，僅不到0.01%的頁巖油由純頁巖紋層產(chǎn)出。紋層砂巖條帶的存在顯著降低了油在頁巖中的流動難度，使得頁巖油的工業(yè)化開采成為可能。

2 頁巖油流動的儲層條件和機理

紋層狀頁巖儲層中油的流動途徑主要有兩種：①通過頁巖紋層流至裂縫經(jīng)井筒產(chǎn)出；②先運移至鄰近的高滲透率砂巖紋層，再流至裂縫經(jīng)井筒產(chǎn)出。兩種流動途徑的流動阻力影響了相應(yīng)的產(chǎn)量：由于砂巖紋層的滲透率高，其內(nèi)部的壓力要比頁巖紋層內(nèi)部的壓力降低得快，因而砂巖紋層與頁巖紋層之間形成壓差，且通過砂巖至裂縫的流動阻力遠小于頁巖內(nèi)部阻力，導(dǎo)致頁巖油自頁巖紋層向砂巖紋層進行縱向流動。通過模擬計算分析了滲透率、粘度和微裂縫等因素對頁巖儲層動用程度的影響，計算結(jié)果如圖2所示。

圖1 紋層狀頁巖概念模型及流體流動過程示意圖Fig.1 The conceptual model of laminated shale formations and the schematic diagram showing the internal oil flow

2.1 砂巖與頁巖紋層滲透率差異的影響

模型計算比較了在不同的滲透率差異程度下，通過砂巖紋層流出的頁巖油占總可動頁巖油的百分比。頁巖紋層滲透率固定在10-7μm2。砂巖紋層的滲透率變化范圍為10-7～10-2μm2，垂向滲透率為水平滲透率的0.1倍。

圖2a給出了頁巖油通過砂巖紋層動用程度隨滲透率差異的變化，頁巖油通過砂巖紋層產(chǎn)出的百分比隨著砂巖紋層滲透率的增加而增加。當砂巖紋層滲透率為頁巖紋層的10倍時，60%以上的油通過砂巖紋層產(chǎn)出；當滲透率比值達到100倍以上時，幾乎所有的油都通過砂巖紋層產(chǎn)出。此外，從圖中還能得出不同粘度的油對于砂巖紋層動用程度的影響。當滲透率比值為10倍的時候，粘度越低的油越容易通過砂巖紋層進行流動；當滲透率比值增大到100倍以上時，粘度的影響可以忽略不計，3種粘度的油均通過砂巖紋層流出。

因此，頁巖儲層中的高滲砂巖紋層的存在是產(chǎn)生縱向竄流的關(guān)鍵因素，高滲砂巖紋層能有效溝通頁巖儲層、擴大波及面積、提高動用范圍，是開發(fā)意義上頁巖油流動的必要條件。垂向竄流與頁巖層水平流動的相對大小，受到砂巖滲透率、頁巖滲透率、垂向滲透率、流體粘度、紋層長度以及瞬時壓力梯度的影響，通過雙重介質(zhì)模型或者等效滲透率進行頁巖油的數(shù)值模擬將忽略該生產(chǎn)過程中的流動機理，影響模擬準確性。

2.2 頁巖紋層滲透率對可動性的影響

為了研究頁巖紋層滲透率對頁巖油動用程度的影響，設(shè)置頁巖滲透率范圍為10-9～10-5μm2，垂向滲透率為水平滲透率的0.1倍，砂巖滲透率為10-4μm2，模擬不同粘度下頁巖油動用程度，結(jié)果如圖2b所示。由模擬結(jié)果可知，由于頁巖層中的油主要通過相鄰的高滲砂巖紋層流出，因此頁巖滲透率的變化對頁巖油動用程度的影響不明顯,說明紋層儲層中的頁巖油動用程度主要取決于相鄰的砂巖紋層滲流能力和儲層垂向滲流能力。當紋層狀頁巖油儲層中的砂巖紋層足夠發(fā)育且滲透率較高時，即使頁巖紋層滲透率較低，依然可以通過砂巖的捕集和導(dǎo)流能力將頁巖紋層中的原油采出。在此機理的作用下，頁巖的主要作用為原油儲集空間，而砂巖提供了有利通道。彈性開采是一個非穩(wěn)定流動過程，受諸多參數(shù)(前文2.1末段所述)的綜合影響，以往的穩(wěn)定流動的等效滲透率概念在此是不適用的。

圖2 儲層參數(shù)對頁巖油可動程度的影響Fig.2 The impacts of petrophysical properties on the movability of shale oila.頁巖油通過砂巖紋層動用程度隨滲透率差異的變化；b.頁巖油動用程度隨頁巖層滲透率變化；c.不同紋層厚度下垂向與水平滲透率比值對 頁巖油可動性的影響；d.垂向微裂縫對可動性的影響

2.3 紋層厚度及垂向滲透率的影響

如前所示，紋層狀頁巖油藏中的油主要通過砂巖紋層流出，而要實現(xiàn)這一過程，頁巖油首先通過垂向流動(竄流)自頁巖流入砂巖紋層，紋層厚度決定了頁巖油垂向流動的距離，垂向滲透率決定了頁巖油竄流量的大小，為此計算分析了紋層厚度和垂向滲透率對頁巖油可動性的影響。以低粘度油為例，紋層厚度分別設(shè)為0.1，0.5，1，2 mm，砂巖滲透率10-4μm2，頁巖滲透率10-7μm2，生產(chǎn)壓力差為50 MPa，圖2c是在不同紋層厚度時可動性隨垂向滲透率/水平滲透率比值的變化關(guān)系。

由圖分析可知，當垂向滲透率與水平滲透率的比值小于10-8時，不同的紋層厚度下3種粘度的頁巖油幾乎都不可動，紋層厚度對低粘度的油幾乎無影響。中粘度油和高粘度油的結(jié)果與低粘度油的相似，當垂向滲透率與水平滲透率的比值大于10-6時，頁巖油均達到其彈性開采的最大動用程度。

2.4 微裂縫對可動性的影響

頁巖儲層常伴隨有垂直于紋層發(fā)育的高角度天然微裂縫，微裂縫長度較小且孤立存在，雖不能連接壓裂縫形成縫網(wǎng)，但能溝通紋層結(jié)構(gòu)中的砂巖層和頁巖層，可有效提高頁巖層與砂巖層之間的竄流量，改善垂向流動條件。為此模擬了低垂向滲透率時垂向微裂縫對頁巖油可動性的影響。以低粘度油為例，假設(shè)模型長度為100 m，在距離壓裂縫50和100 m的位置分別設(shè)置一條垂向非穿層裂縫，用以模擬微裂縫對砂巖層與頁巖層間的導(dǎo)流能力，垂向滲透率與水平滲透率比值為10-8，砂巖層滲透率為10-5μm2，頁巖層滲透率為10-7μm2，其它參數(shù)與前文2.1一致，模擬結(jié)果如圖2d所示。

可以看出，當垂向滲透率極低時，微裂縫可有效增加頁巖油動用程度。其原因是隨著生產(chǎn)進行，頁巖層與砂巖層之間出現(xiàn)壓力差，頁巖層壓力高于砂巖層，當壓力傳播至裂縫時，裂縫附近砂巖層與頁巖層壓力差減小，有更多流體通過裂縫從頁巖層流入砂巖層，從而提高頁巖油動用程度。雖然在常規(guī)情況下，儲層垂向滲透率與水平滲透率比值鮮少低于10-8，但對于層狀以及塊狀頁巖儲層以及流體粘度較高的情況，較高的垂向滲透率仍無法滿足垂向竄流條件，此時垂向天然微裂縫的發(fā)育程度對頁巖油可動性的影響愈發(fā)重要。

3 紋層狀頁巖油儲層流體動用界限

基于上述彈性開采分析結(jié)果，本節(jié)對頁巖油在紋層狀儲層中各條件下的動用程度進行模擬分析，得到不同油藏條件下達到最大動用程度的臨界參數(shù)或邊界條件。由于紋層厚度和基質(zhì)長度的影響不大，本節(jié)模擬計算紋層厚度和基質(zhì)長度分別為0.1 mm和200 m，頁巖層水平滲透率為10-7μm2。模擬結(jié)果先以曲線形式展示紋層狀儲層中頁巖油動用程度分別隨砂巖紋層滲透率和垂向滲透率的變化趨勢，然后用三維圖形式給出達到最大動用程度的臨界參數(shù)。

3.1 頁巖油藏生產(chǎn)年限計算

依靠天然能量開采的頁巖油藏通常生產(chǎn)時間較短，根據(jù)前面分析結(jié)果，油藏能否有效動用主要受砂巖滲透率、垂向滲透率與水平滲透率比值、流體粘度以及儲層裂縫發(fā)育程度的影響，油藏條件設(shè)定為：砂巖滲透率為10-3～10-5μm2，頁巖滲透率為10-7μm2，垂直滲透率為水平滲透率的0.1倍，儲層內(nèi)每隔50 m發(fā)育有一條裂縫，油的粘度為0.55～5 mPa·s，模擬頁巖油動用程度與生產(chǎn)時間的關(guān)系，結(jié)果如圖3所示。

可以看出，砂巖滲透率越大，頁巖油達到最大動用程度所用的時間越短。同時，頁巖油生產(chǎn)具有初期產(chǎn)量高、產(chǎn)量遞減快、穩(wěn)產(chǎn)時間短的特點，與實際生產(chǎn)情況相符。根據(jù)模擬結(jié)果，在設(shè)定的模型條件下，頁巖油生產(chǎn)至1年即可開采出70%以上的彈性儲量，之后產(chǎn)量較低。因此在后面的計算中，以生產(chǎn)1年的累積產(chǎn)油量計算頁巖油動用程度并進行分析。

3.2 滲透率對可動性的影響

圖4a為砂巖層滲透率對頁巖動用程度的影響曲線，不同垂向滲透率與水平滲透率比值下的可動性主要分為兩類：①當該比值小于10-8的時候，頁巖油的可動程度不受砂巖滲透率的影響；②當該比值大于10-6的時候，隨著砂巖滲透率增高，頁巖油的可動用程度逐漸增加。

圖4b為滲透率各向異性對頁巖油可動性的影響曲線，主要分為3部分：①當垂向滲透率與水平滲透率的比值小于10-8時，頁巖油可動用程度非常低且不受粘度和砂巖滲透率的影響。②當該比值為10-8～10-7時，可動用程度迅速升高。頁巖油可動程度隨砂巖滲透率增大而增大，當砂巖滲透率從10-7μm2增大至10-1μm2時，可動用程度增加不明顯，說明砂巖滲透率為10-7μm2時1年內(nèi)動用程度已經(jīng)接近最大值。對于中高粘度的油，砂巖滲透率為10-4μm2時可動程度與砂巖滲透率為10-5μm2時相比仍有明顯提升，說明需要較高的砂巖滲透率才能使可動性達到理想值。③當垂向滲透率與水平滲透率的比值大于10-7時，在所有的算例中頁巖油可動用程度不再隨著該比值的增大而增加。

圖3 頁巖油動用程度隨生產(chǎn)時間的變化Fig.3 The variation of shale oil production with timea.低粘度油；b.中粘度油

圖4 滲透率對頁巖動用程度的影響Fig.4 The impacts of permeability on shale oil productiona.砂巖滲透率對頁巖動用程度的影響；b.低粘度頁巖油可動性隨砂巖滲透率、頁巖垂向/水平滲透率比值的變化

3.3 頁巖油可動性綜合分析

在分析了頁巖油可動性隨砂巖紋層滲透率和垂相滲透率的變化后，3種粘度下的頁巖油可動性隨3種滲透率變化關(guān)系如圖5所示。兩條水平軸分別為砂巖滲透率和垂直滲透率與水平滲透率的比值，縱軸為頁巖油的可動程度。頁巖油可動性的不同階段分析如下(考慮實際情況，三維圖中僅畫出了垂向滲透率/水平滲透率為0.001～1的部分)：①當砂巖滲透率較低時，三維圖中的可動性處于底部，表示頁巖油幾乎不可動。其物理意義為砂巖滲透率過低時砂巖層提供的傳輸作用有限，使得頁巖油無法充分利用砂巖紋層運移。②當砂巖滲透率適中時，三維圖的可動性處于斜坡帶，表示在該取值范圍內(nèi)，頁巖油的可動性隨著砂巖滲透率的增長而增大。其物理意義為，在垂向流動能力足夠的情況下，增加砂巖滲透率可以有效增加竄流量，從而提高頁巖油的可動性。③當砂巖滲透率大于特定程度時，如圖中黃色部分所示，三維圖的可動性處于頂部平臺區(qū)。此時的可動性不隨著砂巖滲透率的增加而變化。其物理意義為此時的垂向滲透率已經(jīng)能保證充分的竄流，而砂巖滲透率能夠保證來自頁巖層的流體以較快的速度流入壓裂縫，頁巖油達到理想的可動用條件。對比不同粘度的頁巖油可動性三維圖可以發(fā)現(xiàn)，理想可動性隨著粘度的增加而減小。此外，低粘度頁巖油的平臺區(qū)最大，反之高粘度頁巖油的平臺區(qū)最小，這是因為竄流的困難程度隨著流體粘度的增加而加大，此時需要更高的滲透率來保證相同程度的竄流。

3.4 垂直裂縫對可動性的影響

為了比較裂縫間距對頁巖油可動性的影響，選取兩種代表性的油藏條件，分別為：①高砂巖滲透率(10-3μm2)、低垂直滲透率/水平滲透率(10-3)；②低砂巖滲透率(10-6μm2)、低垂直滲透率/水平滲透率(10-3)。圖6為如上兩種油藏條件下頁巖油可動性隨裂縫條數(shù)的變化。由圖可見，在高砂巖滲透率的情況下，3種粘度油不需要裂縫均可達到最大可動性。當砂巖滲透率降低時，低粘度油需要10 m間距的裂縫來達到最大可動性,而中高粘度油需要5 m間距的裂縫來達到最大可動性。

同時由圖6可以看出，對于不同粘度的油，隨垂向裂縫條數(shù)增加，頁巖油達到理想可動性所需的砂巖滲透率減小，說明對于裂縫發(fā)育程度好的儲層，需要較小的砂巖滲透率，即可達到可動用程度理想值。由于紋層的厚度取值僅為0.1 mm，因此在垂向滲透率/水平滲透率為0.001～1的范圍內(nèi)，頁巖油動用程度無明顯變化，即當砂巖滲透率滿足條件時，垂向滲透率/水平滲透率在0.001～1的范圍內(nèi)均能達到可動性理想值。為了表示砂巖滲透率、垂向/水平滲透率之比和裂縫條數(shù)對頁巖油動用程度的影響，以粘度為5 mPa·s的油為例，把頁巖油生產(chǎn)1年的動用程度達到或接近理論彈性采收率時對應(yīng)的儲層物性定義為頁巖油開采邊界條件，繪制了三坐標系圖版(圖7)，以帶顏色區(qū)表示達到理想動用程度的參數(shù)邊界。由圖可見，較高的砂巖滲透率和裂縫條數(shù)將降低對儲層條件的要求，增加可動用儲層范圍。

圖5 頁巖油可動性隨滲透率各向異性的變化Fig.5 The variation of shale oil movability with permeability anisotropya.低粘度油(0.55 mPa·s);b.中粘度油(5.0 mPa·s);c.高粘度油(10 mPa·s)

圖6 裂縫間距對頁巖油可動性的影響Fig.6 Impacts of fracture distribution on shale oil movabilitya.較高的砂巖滲透率;b.較低的砂巖滲透率

圖7 紋層狀頁巖油達到理想動用程度的儲層參數(shù)Fig.7 Formation conditions for ideal movable level of laminated shale reservoir(以紅色區(qū)域為例，當裂縫條數(shù)為50條時，頁巖儲層能達到彈性采收率的儲層條件為：砂巖滲透率>10-7 μm2，頁巖的垂 向/水平滲透率比介于10-3～100。)

4 結(jié)論

1) 建立了紋層狀頁巖油儲層動用程度計算方法，評價了不同儲層參數(shù)對頁巖油動用程度的影響，進行了不同參數(shù)對頁巖油可動性的敏感性分析和變化規(guī)律研究，為劃分儲層性質(zhì)、判定開發(fā)有利區(qū)提供了方法和理論依據(jù)。

2) 通過模擬計算結(jié)果，分析了頁巖油藏彈性開采過程中的流動機理。由于頁巖層與砂巖層間的滲透率差異，開采過程中壓力波傳播速度不同，在頁巖層和砂巖層之間產(chǎn)生壓差，頁巖層中的油主要通過相鄰的高滲砂巖紋層流出，砂巖紋層能有效溝通頁巖、擴大波及面積、提高動用范圍。

3) 通過模擬分析，頁巖油藏高效開發(fā)的有利條件為：砂巖-頁巖交互發(fā)育的紋層狀頁巖油儲層；滲透率較高的砂巖紋層；垂直于紋層方向且高發(fā)育程度的天然微裂縫系統(tǒng)；優(yōu)質(zhì)的原油物性參數(shù)(低粘度、高溶解氣油比和壓縮系數(shù))；當砂巖滲透率足夠高時，頁巖紋層的主要作用為原油儲集空間，砂巖紋層為提供有利通道，頁巖滲透率的影響可以忽略。

4) 紋層狀頁巖油藏的流動過程和動用程度受砂巖層和頁巖層垂向及水平滲透率、儲層裂縫發(fā)育程度、儲層流體性質(zhì)、動態(tài)生產(chǎn)壓差等多種因素綜合影響，該過程為非穩(wěn)態(tài)的多尺度多物理場問題，常規(guī)的雙重介質(zhì)模型和等效介質(zhì)模型不能準確描述，針對具體開發(fā)問題，需結(jié)合物理實驗和大量的模擬計算得到規(guī)律性認識。