頁(yè)巖氣井產(chǎn)能影響因素分析

錢(qián)旭瑞，劉廣忠，唐 佳，田 苗，劉孝強(qiáng)

(1.中油海洋工程有限公司，天津 300457;2.中國(guó)石油大學(xué)，山東 東營(yíng) 257061; 3.中油遼河油田公司，遼寧 盤(pán)錦 124010)

頁(yè)巖氣井產(chǎn)能影響因素分析

錢(qián)旭瑞1，劉廣忠2，唐 佳1，田 苗3，劉孝強(qiáng)1

(1.中油海洋工程有限公司，天津 300457;2.中國(guó)石油大學(xué)，山東 東營(yíng) 257061; 3.中油遼河油田公司，遼寧 盤(pán)錦 124010)

以室內(nèi)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，運(yùn)用數(shù)值模擬方法，研究了頁(yè)巖儲(chǔ)層性質(zhì)和壓裂后裂縫性質(zhì)對(duì)頁(yè)巖氣產(chǎn)能的影響規(guī)律，得到了各影響因素與頁(yè)巖氣產(chǎn)能之間的關(guān)系。研究表明，單翼裂縫并不能達(dá)到頁(yè)巖氣增產(chǎn)的目的，頁(yè)巖氣壓裂后改造體積的大小是影響產(chǎn)能的關(guān)鍵，壓裂過(guò)程中支裂縫條數(shù)越多，改造體積越大，增產(chǎn)效果越明顯。

頁(yè)巖氣;產(chǎn)能分析;數(shù)值模擬;改造體積;壓裂;裂縫

引言

頁(yè)巖是1種滲透率極低的沉積巖，在含氣頁(yè)巖中，頁(yè)巖既是氣源巖，又是儲(chǔ)層。與常規(guī)氣藏相比，通常將含氣頁(yè)巖看作非常規(guī)氣藏。由于頁(yè)巖氣藏的特殊性，對(duì)于頁(yè)巖氣的開(kāi)采，還處于勘探階段。研究頁(yè)巖儲(chǔ)層性質(zhì)和復(fù)雜裂縫對(duì)頁(yè)巖氣產(chǎn)能的影響，有助于優(yōu)化開(kāi)采設(shè)計(jì)，從而達(dá)到產(chǎn)能最大化［1－3］。

1 開(kāi)發(fā)難點(diǎn)分析

(1)泥頁(yè)巖儲(chǔ)層具有典型的低孔、低滲特征，并隨著埋深加大，物性變差。在超低滲(納米達(dá)西)的頁(yè)巖中造最佳的裂縫，所用的壓裂技術(shù)與常規(guī)砂巖和碳酸鹽巖油藏有很大區(qū)別。

(2)頁(yè)巖氣藏自然壓力低，開(kāi)發(fā)難度大，技術(shù)要求高。通常無(wú)自然產(chǎn)能，采收率較低，單井產(chǎn)量低，必須采取壓裂措施才能有效開(kāi)采。

(3)頁(yè)巖氣壓裂施工規(guī)模大，成本高。頁(yè)巖氣壓裂是高排量、低黏度，一般采用滑溜水壓裂或清水壓裂，壓裂施工排量通常大于6 m3/min，壓裂液攜砂濃度低，加砂規(guī)模大。

(4)壓裂液濾失嚴(yán)重。由于泥頁(yè)巖中微裂縫發(fā)育程度高，壓裂時(shí)會(huì)造成壓裂液大規(guī)模濾失，所以在壓裂時(shí)如何封堵微裂縫，減小濾失量是一個(gè)重要的技術(shù)難題。

2 影響頁(yè)巖氣井產(chǎn)能的主要因素

頁(yè)巖氣的產(chǎn)能受有機(jī)質(zhì)碳含量、有機(jī)質(zhì)成熟度、礦物組成、天然裂縫發(fā)育程度等多個(gè)因素的影響。正確評(píng)價(jià)這些因素的作用及影響，對(duì)合理評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣產(chǎn)能具有重要意義［4－5］。

2.1 有機(jī)碳含量的影響

圖1 有機(jī)碳含量與含氣量的關(guān)系

對(duì)于不同的頁(yè)巖儲(chǔ)層，含氣量與有機(jī)碳含量的關(guān)系也不相同，一般含氣量隨有機(jī)碳含量增加而增加(圖1)，另外有機(jī)碳含量還影響以下2方面:有機(jī)碳含量決定著生烴量的多少;有機(jī)碳含量的大小直接影響頁(yè)巖的吸附能力，且其含量變化會(huì)使頁(yè)巖的吸附氣量產(chǎn)生數(shù)量級(jí)的變化。

2.2 有機(jī)質(zhì)成熟度的影響

頁(yè)巖氣從形成到富集再到產(chǎn)出主要分為3個(gè)階段:低熟微裂縫開(kāi)啟生物氣逸散階段，高熟微裂縫膠結(jié)裂解氣富集階段，壓裂微裂縫開(kāi)啟頁(yè)巖氣高產(chǎn)階段。有機(jī)質(zhì)熱成熟度越高，頁(yè)巖氣的產(chǎn)能越高(圖2)。

圖2 有機(jī)質(zhì)成熟度和產(chǎn)氣量之間關(guān)系

2.3 礦物組成的影響

頁(yè)巖地層的礦物組成主要為:脆性礦物(石英、長(zhǎng)石、黃鐵礦)、碳酸鹽巖(方解石、白云石、磷酸鹽)和黏土。裂縫網(wǎng)絡(luò)形成的必要條件與地應(yīng)力分布有關(guān)，巖石的脆性特征是內(nèi)在的重要影響因素［6－8］。

巖石脆性特征越大，越容易形成復(fù)雜網(wǎng)狀裂縫，裂縫閉合剖面越粗糙，對(duì)頁(yè)巖氣的流動(dòng)越有利(表1)。

表1 巖石力學(xué)脆性與裂縫形態(tài)的關(guān)系

2.4 天然裂縫發(fā)育程度的影響

天然裂縫發(fā)育程度是決定頁(yè)巖氣藏游離態(tài)天然氣和吸附態(tài)天然氣體積的重要因素。

圖3和圖4表明了不同射孔相位角下天然裂縫的存在對(duì)水平主應(yīng)力差和裂縫延伸長(zhǎng)度的關(guān)系。從圖中可以看出，天然裂縫發(fā)育越豐富，人工裂縫延伸長(zhǎng)度下降，天然裂縫的存在對(duì)水力裂縫的延伸是不利的。

圖3 不同射孔相位角天然裂縫長(zhǎng)度與水平主應(yīng)力差的關(guān)系

圖4 不同射孔相位角天然裂縫長(zhǎng)度與裂縫延伸長(zhǎng)度的關(guān)系

3 復(fù)雜裂縫對(duì)頁(yè)巖氣井產(chǎn)能的影響

3.1 改造體積的影響

數(shù)值模擬研究表明，頁(yè)巖氣儲(chǔ)層改造體積(SRV)越大，壓后增產(chǎn)效果越好。由圖5可知，改造體積越大，頁(yè)巖氣產(chǎn)量增長(zhǎng)越快，改造體積的大小是影響頁(yè)巖氣產(chǎn)量最主要的因素。

圖5 頁(yè)巖氣不同改造體積下累計(jì)產(chǎn)量預(yù)測(cè)曲線(xiàn)

3.2 支裂縫條數(shù)的影響

當(dāng)頁(yè)巖儲(chǔ)層壓裂形成支裂縫以后，對(duì)于產(chǎn)能的影響會(huì)發(fā)生一定的變化［9－10］。

用數(shù)值模擬方法研究壓裂后支裂縫條數(shù)對(duì)頁(yè)巖氣產(chǎn)能的影響，建立1條主裂縫，3條支裂縫，不同條數(shù)網(wǎng)縫的模型，假設(shè)模擬區(qū)域長(zhǎng)200 m，寬200 m，外邊界定壓10 MPa，主裂縫半長(zhǎng)為70 m，導(dǎo)流能力為0.5 μm2·cm，裂縫寬為1 mm。

由圖6可知，當(dāng)支縫條數(shù)相同時(shí)，網(wǎng)縫條數(shù)的改變對(duì)頁(yè)巖氣的產(chǎn)能影響不大;主縫長(zhǎng)度相同時(shí)，支縫的條數(shù)是影響產(chǎn)能的主要因素。

圖6 不同網(wǎng)縫頁(yè)巖氣井產(chǎn)量動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)

4 結(jié)論

(1)頁(yè)巖儲(chǔ)層脆性礦物含量高，壓裂易產(chǎn)生裂縫，但并不一定是脆性礦物含量越高，產(chǎn)量越大，黏土含量決定了吸附氣量，對(duì)頁(yè)巖氣井的產(chǎn)量也有一定的影響。

(2)網(wǎng)狀裂縫復(fù)雜程度對(duì)頁(yè)巖氣井的產(chǎn)能影響較大，裂縫網(wǎng)絡(luò)的總體積是影響產(chǎn)能大小的關(guān)鍵，增大改造體積(SRV)，對(duì)產(chǎn)能的影響十分明顯。在裂縫改造體積相同的情況下，支裂縫數(shù)增多，裂縫密度增大，裂縫網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)度變長(zhǎng)，產(chǎn)量明顯增大。

(3)每一種頁(yè)巖都有其獨(dú)特之處，根據(jù)各自的特征來(lái)進(jìn)行水力壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)，選擇合適的壓裂技術(shù)和工藝，以增大改造體積為目標(biāo)，才能最終達(dá)到提高采收率的目的。

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Analysis of influencing factors on shale gas well productivity

QIAN Xu－rui1，LIU Guang－zhong2，TANG Jia1，TIAN Miao3，LIU Xiao－qiang1
(1.Offshore Petroleum Engineering Co.，Ltd.，PetroChina，Tianjin300457，China; 2.China University of Petroleum，Dongying，Shandong257061，China; 3.Liaohe Oilfield Company，PetroChina，Panjin，Liaoning124010，China)

Numerical simulation is conducted based on laboratory test to study the influences of shale reservoir quality and fracture property after fracturing on shale gas production，thus obtained the relationships between influencing factors.The research indicates that fractures on one side can not increase shale gas production;the volume of fractured shale gas reservoir is the key factor affecting productivity;the more the number of fractures is，the bigger the fractured volume is，the more efficient the fracturing stimulation is.

shale gas;productivity analysis;numerical simulation;fractured volume;fracturing

TE375

A

1006－6535(2012)03－0081－03

10.3969/j.issn.1006－6535.2012.03.020

20111010;改回日期:20111115

中油海洋工程有限公司項(xiàng)目“濱海區(qū)塊深井壓裂配套工藝研究”(2011ZW－05)

錢(qián)旭瑞(1985－)，男，助理工程師，2008年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)(華東)石油工程專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)從事海洋石油作業(yè)平臺(tái)修井、試油、新井投產(chǎn)、壓裂技術(shù)管理工作。

編輯張耀星