頁巖氣井滲流機理及產能遞減分析

董超 張云廣

摘要：頁巖氣屬于一種非常規性能源，世界上很多國家對頁巖氣的開采非常重視。頁巖氣主要以游離狀態或者吸附狀態存在于地下，頁巖氣的分布地層巖性為高碳泥頁巖和暗色泥頁巖。我國的頁巖氣資源占非常規天然氣資源的一半以上，然而頁巖氣藏的孔隙度較低，而且滲透率更是達到了納米級別，具有獨特的解析和吸附特征。目前我國對頁巖氣的開采還處于發展階段，在開采技術上并不成熟，并不能對這種低滲透能源進行有效開采。另外我國對頁巖氣儲層的特征理論研究和實際操作并沒有形成系統化，在開采過程中還是會存在一些不足，因此研究頁巖氣井滲流機理和產能遞減分析，對提高我國非常規能源的開采有著非常重要的幫助。

關鍵詞：頁巖氣;滲流機理;產能遞減

頁巖氣主要是儲層在頁巖中的一種非常規天然氣，頁巖氣在世界上很多國家都有分布，并且頁巖氣具有開采資源廣，開采潛力大，生產周期長的優點，對于頁巖氣的開采已經是成為國內外研究的重點內容，目前我國對頁巖氣的開采程度還比較低，只是在部分地區對頁巖氣進行商業生產，隨著研究的不斷深入，對于頁巖氣的研究已經有了很大的提升，但是由于頁巖氣和其他常規油氣儲層有很大的差別，在進行開采過程中所出現的問題也比較多，而且頁巖氣的開發難度比較大，通過對頁巖氣的儲層特征進行分析，并探討目前頁巖氣井滲流機理及產能遞減，提供相應的開發技術研究，對推動頁巖氣的開采非常有幫助。

1頁巖氣藏的儲層特征分析

1.1儲滲空間特征

天然裂縫和孔隙是頁巖氣儲藏的主要儲層空間，其中基質孔隙又可以劃分為微裂縫、機質生烴形成的微孔隙以及原生孔隙等。

微裂縫是影響頁巖氣產能的一個重要因素，同時也加劇了開采頁巖氣的難度，一方面發育的微裂縫為提供儲層空間的同時，還方便了吸附態天然氣的解析，并成為了頁巖氣移動和開采的主要通道。另一方面，與大型斷裂所連接的微裂縫，不利于頁巖氣的保存，同時地下水也會通過裂縫而進入到頁巖氣儲層，使氣井出現見水早，含水率上升的趨勢，嚴重的情況下可能會出現暴性水淹。

微裂縫在頁巖儲層中的分布非常廣泛，微裂縫的形成會受到斷層、褶皺等構造活動的影響，同時也會受到水平壓力差異性的影響。

1.2沉積環境的特征

頁巖氣的形成主要依靠氣源物質的聚集和沉淀，對儲層中的有機質生烴含量有特別高的要求。通過對國內的頁巖氣進行分析，形成頁巖氣的最佳儲層是含有高度有機質的黑色泥頁巖，各種特征的黑色泥頁巖能夠形成源巖。

頁巖氣之所以能夠在這種源巖中大量生成，主要的原因是因為這種源巖能夠提供良好的沉積條件和封閉環境，使頁巖氣能夠在此基礎上快速沉淀，在這種環境下，能夠保證有機物質在被氧化破壞之前就能夠形成沉積，由于封閉環境的影響，微生物不能夠對有機質進行分解和破壞。

2頁巖氣滲流機理研究

2.1解析

當頁巖氣藏完成鉆井施工之后，會引起底層壓力下降情況的發生，導致原油的吸附平衡受到破壞，產生解析現象。

2.2擴散

頁巖氣藏的孔隙度較小，從微觀上講八夕流動性存在的可能性很小，主要是以表面擴散、分子擴散以及克努森擴散方式進行流體流動。

表面擴散：是指孔隙介質表面吸附的分子按照物體表面流動的現象。

分子擴散：是一種重要的質量傳遞方式，在濃度差或者其他作用力的影響下，分子和原子的熱運動所引起的物質移動現象。

克努森擴散：當孔隙介質的孔隙大小和分子平均自由程度相接近時，才會出現克努森擴散。

2.3滑脫

在頁巖氣當中滑脫現象是一種比較常見的形式，在上個世紀就有很多研究學者對滑脫進行了研究和分析，并且建立了克氏滲透率關系式，將克努森流動引入到石油研究過程中。

2.4達西流動

根據頁巖氣的流動過程，可以發現在微裂縫中滲透率較高的儲層可以利用達西方程來描述頁巖氣藏的氣體流動。

通過對頁巖氣所可能存在的流動過程和流動描述進行分析，對各種形式的流動所存在的條件進行總結，具體如下：表面擴散主要存在于固體干酪根中，解析主要存在干酪根表面，而克努森擴散則存在于頁巖基質納米孔隙中。

3頁巖氣井產能遞減規律

由于頁巖氣藏屬于自生自儲，獨立成藏的特點，頁巖氣的流動需要經歷解析、吸附、擴散、滲流，導致頁巖氣產能遞減規律與常規天然氣藏的遞減規律存在差異。因此在研究頁巖氣井產能遞減規律時，應當選擇合適的遞減分析方法。

通過分析我國頁巖氣田的開采數據，結合單井產能典型遞減曲線圖可以看出：頁巖氣井初始產能會在前期遞減過快，但是頁巖氣井的后期產量較小，會保證平穩狀態，產量下降很慢。這就導致頁巖氣井的開采周期較長，需要經過多次的重復壓裂來提高頁巖氣井的產能，從而獲得更高的經濟效益和社會效益。頁巖氣井遞減曲線形態可以解釋為：在開采初級由于頁巖氣儲層裂縫發育明顯，在裂縫中所存在的頁巖氣為自由氣，能夠有效提供較高的產量，并且在裂縫內會形成壓降狀態，但此時的壓降并不能形成瞬間動態平衡只能吸附于裂縫和基質的天然氣緩慢解析出來;隨著頁巖氣藏的不斷開發，頁巖氣的產量會呈現出下降趨勢，導致所解析出的吸附氣和生產產量越來越接近，造成后期產量出現低產平穩現象。

4結束語

隨著頁巖氣不斷被發現和開采，可以推動非常規能源的研究，對于頁巖氣這種新能源的出現。很多國家已經開始針對頁巖氣進行積極研究，目前我國對頁巖氣的研究一直在不斷深化，但是我國頁巖氣的開發技術與先進國家來相比較還存在著一些不足，因此還需要對頁巖氣井滲流機理及產能遞減進行研究和分析，通過大量的時間可以來積累我國對頁巖氣這種新型能源的認知度和開采，同時需要向先進國家學習一些相關的開采技術，為我國頁巖氣能源的開采提供更多的幫助。

參考文獻：

[1]鮑陽.頁巖氣藏地質特征分析及滲流機理研究[J].科協論壇（下半月），2013：283-284.

[2]任俊杰，郭平，彭松，王永洪.部分壓開頁巖氣井產能遞減分析[J].鉆采工藝，2015：8+54-57.

[3]段永剛，魏明強，李建秋，唐艷.頁巖氣藏滲流機理及壓裂井產能評價[J].重慶大學學報，2011：64-68.