頁巖氣藏水平井分段壓裂滲流特征數值模擬

張小濤，吳建發，馮曦，等

目的：水平井完井和分段壓裂后形成的復雜裂縫網絡體系以及吸附氣的解吸作用等因素都給頁巖氣藏的滲流機理研究帶來較大挑戰。為此，探索在數值模擬軟件中構建體積壓裂形成的裂縫網絡系統，模擬頁巖氣藏水平井的生產動態，研究頁巖氣的滲流機理。方法：采用Eclipse2010.1數值模擬軟件的煤層氣（CBM）模型，應用塊中心網格建立網格模型，其中x和y方向均采用不等間距設置網格。模型的物性參數參考長寧區塊的寧201-H1井，吸附氣的解吸附遵循 Langmuir等溫吸附定律，模型的頁巖氣儲量為9.92×108m3，總含氣量為2.57 m3/t，其中游離氣占總含氣量的58%，吸附氣占總含氣量的42%。模擬水平井的水平段長度為1100 m，共壓裂10段，設計裂縫半長均為100 m，模擬頁巖氣水平井分段壓裂后的生產動態。結果：頁巖氣井在生產初期的產量遞減異常顯著，投產的第1年內產量遞減最高可達80%以上，以后遞減逐漸減緩，證實國內頁巖氣藏與國外已開發的頁巖氣藏具有相似的生產特征。在氣井最初投產的 3～5年內，發生解吸的吸附氣量較少，采出的基本都是游離氣。隨著地層壓力降低，大量吸附氣慢慢發生解吸，氣井生產 30年后，吸附氣的解吸作用可以使單井的累計產氣量提高10%左右，表明吸附氣的解吸作用對氣井的生產動態影響較小，但不能忽略。瞬時吸附模式假定吸附氣解吸后，壓力能夠瞬間達到平衡，而延時吸附模式假定吸附氣解吸后的擴散過程遵循Fick擴散定律，瞬時吸附模式累計產氣量比延時吸附模式高得多，瞬時吸附模式須謹慎應用。水平井投產后，首先采出的是壓裂形成的主裂縫中的游離氣，進而采出整個儲層改造區域（SRV）內的游離氣，在壓力波及到SRV邊緣之前，一直是體積壓裂改造形成的裂縫網絡系統向氣井供氣，氣井的產量遞減迅速。壓力波及到SRV邊緣之后，儲層未被改造到的區域開始向氣井供氣，并且隨著游離氣逐漸被采出，儲層中壓力不斷降低，吸附氣開始解吸附，氣井后期的產量雖然較低，但是相對穩定。當壓裂形成的主裂縫較短或分段壓裂的段數較少時，增加主裂縫的長度和段數都可以使累計產氣量顯著提高。當裂縫半長超過100 m后，再繼續增加裂縫的長度，累計產氣量的增幅越來越小，同樣隨著分段壓裂級數的增加，累計產氣量的增幅也越來越小。壓裂造成的裂縫網絡越復雜，網絡體積越大，壓后的產量越高，最終的累計產氣量和采收率也越高。但是當這種壓裂規模增加到一定程度后，再增加其規模、裂縫復雜性（裂縫密度）以及采出程度卻沒有增加多少。主裂縫導流系數對模型的采出程度有較大影響，在其他條件都相同時，提高壓裂形成主裂縫的導流能力，可明顯提高氣藏的采收率。隨著導流系數的不斷增大，累計采氣量的增幅也越來越小，導流能力的大小對于分段壓裂的段數設計有重要影響。結論：頁巖氣井的瞬時吸附模式過高地估計了吸附氣對產氣量的貢獻，采用延時吸附模式更為合理；頁巖氣井的單井控制范圍有限，必須依靠增加水平井的數量，才能有效地提高頁巖氣藏的采收率；對于頁巖氣藏，選取異常高壓“甜點”區鉆井更容易獲得高產頁巖氣井；只有具有充分導流能力的裂縫才可能成為有效裂縫，壓裂出高導流能力的裂縫，不僅可以提高氣藏采收率，同時還可以減少分段壓裂級數，降低成本；增加水平段長度、裂縫半長以及主裂縫高度都有利于擴大頁巖氣藏水平井的儲層改造區域體積（SRV），以實現頁巖氣藏的有效開發。

來源出版物：天然氣工業, 2013, 33(3): 47-52

入選年份：2015