非常規(guī)油氣藏儲層體積改造模擬技術(shù)研究進(jìn)展

王歡，廖新維，趙曉亮，趙東鋒，廖長霖

〔1.中國石油大學(xué)，北京 102249；2.石油工程教育部重點實驗室 中國石油大學(xué)，北京 102249〕

引 言

隨著常規(guī)油氣藏的衰竭，非常規(guī)油氣藏的開發(fā)越來越受重視，“非常規(guī)”概念反映的是在當(dāng)前的技術(shù)、知識和經(jīng)驗條件下的概念[1]，伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，今天的非常規(guī)油氣藏也必將成為未來的常規(guī)油氣藏。隨著非常規(guī)油氣藏（如頁巖氣、頁巖油、致密氣和致密油等）的開發(fā)，出現(xiàn)了一些新的完井增產(chǎn)方法和技術(shù)，其中一個重要的技術(shù)就是儲層體積改造技術(shù)，國內(nèi)也稱其為體積壓裂技術(shù)。儲層體積改造的目的是為了實現(xiàn)非常規(guī)油氣藏開發(fā)所追求的一個重要目標(biāo)――盡可能增大巖石與裂縫或裂縫網(wǎng)絡(luò)的接觸面積[2]。本文在文獻(xiàn)調(diào)研的基礎(chǔ)上，分別從儲層體積改造的概念、措施，裂縫監(jiān)測和模擬技術(shù)，以及改造井滲流規(guī)律和產(chǎn)能特征等方面介紹了目前非常規(guī)油氣藏開發(fā)的相關(guān)技術(shù)和方法。

1 儲層體積改造的概念

體積改造是一個較新的概念，一些學(xué)者對其進(jìn)行了定義和闡述[3-5]。體積改造的概念有廣義和狹義之分，廣義的體積改造技術(shù)包括提高縱向剖面動用程度的分層壓裂技術(shù)和提高儲層滲流能力及增大儲層泄油面積的水平井分段改造技術(shù)（圖1）。狹義的體積改造技術(shù)則是指通過壓裂手段產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)裂縫的儲層改造技術(shù)，利用水平井分段多簇射孔，高排量、大液量、低黏液體，以及轉(zhuǎn)向材料與技術(shù)，實現(xiàn)對天然裂縫和巖石層理的溝通，在主裂縫的側(cè)向強制形成次生裂縫，甚至多級次生裂縫，使主裂縫與多級次生裂縫交織形成裂縫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，最大限度地擴大裂縫面與油藏基質(zhì)的接觸面積，減小油氣各方向從基質(zhì)到裂縫的滲流距離，大幅改善儲層整體滲透率，在長、寬、高3個方向上實現(xiàn)油藏的體積改造。該技術(shù)不僅可以大幅度提高生產(chǎn)井單井產(chǎn)量，同時還能最大限度提高儲層動用程度和采收率。

圖1 水平井和直井體積改造示意圖

2 儲層體積改造技術(shù)

儲層體積改造技術(shù)不同于常規(guī)的壓裂改造技術(shù)，常規(guī)壓裂改造理念是盡可能追求大的裂縫半長（150～450 m），并保證措施后的傳導(dǎo)率，無支撐劑回流到井筒。直井體積壓裂設(shè)計理念：壓裂采用低黏度水，通常用滑溜水，低濃度支撐劑（113.5～227 kg/m3），在最高施工壓力下追求高的泵入速度（0.106～0.159 m3/s），單位厚度較大的支撐劑體積（1.5～2 t/m）和大液量（1000～1500 m3）[6]。其目標(biāo)是盡可能開啟和溝通天然裂縫網(wǎng)絡(luò)。水平井分段多簇壓裂儲層體積改造措施：采用儲層增產(chǎn)體積與網(wǎng)絡(luò)方位確定井位和井距，盡可能使水平井鉆井方向與裂縫發(fā)育方向垂直，此時儲層增產(chǎn)體積最大，水平井布井井距也可達(dá)到最大；當(dāng)裂縫間距無法采用大的儲層增產(chǎn)體積進(jìn)行優(yōu)化時，可以鉆密度較高的分支井并采用同步壓裂和交錯壓裂方式增大儲層增產(chǎn)體積。同步壓裂技術(shù)是同時對2個或多個相鄰的水平井進(jìn)行壓裂，目的是為了產(chǎn)生更多緊密的水力裂縫，提高井間裂縫網(wǎng)絡(luò)的發(fā)育程度和均勻性，增大裂縫網(wǎng)絡(luò)面積，以提高井的初始產(chǎn)量和最終采收率。

目前進(jìn)行儲層體積改造通常采用水力壓裂技術(shù)，即在低滲透油氣藏壓裂過程中，采用更多液體、更低支撐劑濃度、更高排量泵入以產(chǎn)生足夠的裂縫幾何形狀和導(dǎo)流能力來獲得商業(yè)油流。水力壓裂技術(shù)主要包括滑溜水壓裂及改進(jìn)的混合壓裂技術(shù)?；锼畨毫鸭词褂玫?%的KCI鹽水作為主壓裂液，主要添加劑為降摩阻劑（體積濃度為0.05%～0.10%的聚丙烯酰胺），其他使用較少的添加劑包括防垢劑、除氧劑和殺菌劑，偶爾也使用表面活性劑?；旌蠅毫咽侵负芯€性膠或交聯(lián)凝膠液體段的水力壓裂，混合壓裂的液體泵注程序中除滑溜水之外還包括線性膠或（和）交聯(lián)凝膠液體階段，以達(dá)到提高攜帶支撐劑能力的目的。儲層體積改造不同實現(xiàn)工藝見表1。

表1 儲層體積改造不同實現(xiàn)工藝

3 壓裂裂縫描述與模擬方法

3.1 微地震監(jiān)測技術(shù)

非常規(guī)油氣藏水力壓裂后，會在措施井周圍一定范圍內(nèi)形成改造區(qū)，如何認(rèn)識該區(qū)域內(nèi)裂縫方位、長度、高度和走向是微地震監(jiān)測技術(shù)在油氣藏開發(fā)應(yīng)用中的主要目的。微地震監(jiān)測技術(shù)是一種以聲發(fā)射學(xué)和地震學(xué)為理論依據(jù)的交叉學(xué)科新技術(shù)[7]。微地震事件指的是由水力壓裂造成的應(yīng)力和孔隙壓力改變導(dǎo)致的微小地震，這些微地震是沿著已有較脆弱面產(chǎn)生滑移和拉張變形造成的。微地震監(jiān)測通常是在措施井周圍的直井或水平井中放置檢波器（直井觀測井最好，水平觀測井次之，地面監(jiān)測最差），通過接收的壓縮波（縱波P波）和剪切波（橫波S波）信號來計算微地震事件所在的位置[8]。

壓裂措施后進(jìn)行效果評價，對比微地震事件到達(dá)的時間和P波、S波的特征，同一事件由2個接收器接收和辨認(rèn)，并用速度模型來校準(zhǔn)和匹配2個事件到達(dá)的時間[9]。微地震監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用可以獲得以下儲層裂縫信息和起到以下作用：①裂縫高度，長度和走向；②裂縫復(fù)雜程度，如形成的裂縫是網(wǎng)絡(luò)縫還是兩翼板狀縫；③裂縫位置；校正水力裂縫模型；④天然裂縫特征；⑤識別和避開地質(zhì)危害，如斷層、水體和喀斯特地形[10-11]。根據(jù)監(jiān)測得到的微地震云圖不但可以確定裂縫的幾何形狀，還可以預(yù)測巖石變形或失效的模式（拉張或剪切）[12]。

3.2 儲層改造體積描述參數(shù)

非常規(guī)油氣藏的特點就是儲層物性極差，滲透率甚至低至1×10-9μ m2。生產(chǎn)井不經(jīng)過水力壓裂等改造措施，無自然產(chǎn)能，因此非常規(guī)油氣藏的開發(fā)都要經(jīng)過儲層體積改造，那么用哪些參數(shù)來描述儲層體積改造的特征就成為一個關(guān)鍵的問題。2009和2010年，Cipolla等人將措施后的非常規(guī)儲層分為改造區(qū)和非改造區(qū)進(jìn)行描述，并認(rèn)為改造后有裂縫支撐區(qū)域的傳導(dǎo)率和無裂縫支撐區(qū)域的傳導(dǎo)率為2個關(guān)鍵參數(shù)[12-13]。2010年，Kalantari研究認(rèn)為離散裂縫網(wǎng)絡(luò)由以下幾個參數(shù)表征：裂縫分布、裂縫幾何形狀、裂縫走向、裂縫寬度[14]。并認(rèn)為離散裂縫網(wǎng)絡(luò)無法直接應(yīng)用到實際油藏模擬中，需將其粗化成雙重介質(zhì)模型。同年，Arvind等人研究認(rèn)為，對于壓裂井來說，弄清壓裂縫網(wǎng)的范圍和形狀是最重要的[15]。他們提出了一種體積壓裂模擬方法（VFMA），將每個壓裂段周圍分為不同的影響區(qū)來模擬壓裂改造體積。該方法非常適用于多井或油田范圍的模擬。VFMA方法將改造體積分為3個區(qū)：裂縫支撐區(qū)、破碎區(qū)和非改造區(qū)。裂縫支撐區(qū)離井筒最近且有最大的傳導(dǎo)率，破碎區(qū)分布于裂縫支撐區(qū)周圍，非改造區(qū)是體積壓裂沒有影響到的區(qū)域。裂縫滲透率和sigma是VFMA模型歷史擬合中2個最重要的參數(shù)。

常規(guī)的裂縫參數(shù)，如裂縫形狀、走向和角度已經(jīng)不能充分描述裂縫網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜程度。Wang等人在2013年提出了描述水力壓裂裂縫的3種新參數(shù)R、D和β，R表示儲層改造產(chǎn)生的裂縫體積與施工液量的比值，R值越大表示裂縫越多；D表示水平縫與垂直縫體積的差值與總裂縫體積之比，D值越小，裂縫越復(fù)雜。β值等于1－D，因此β越大，裂縫越復(fù)雜[17]。同年，Li等人認(rèn)為兩翼縫幾何參數(shù)（縫長、縫高、縫寬和傳導(dǎo)率）已經(jīng)不能充分描述復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)的特征[18]，提出應(yīng)該用裂縫密度、支撐裂縫傳導(dǎo)率、非支撐裂縫傳導(dǎo)率和儲層改造體積來描述復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)。同年，Suliman等人基于微地震密度和網(wǎng)格塊的傳導(dǎo)率，將SRV（說明含意）分為3個區(qū)域來描述：①水力壓裂SRV區(qū)，包括所有與微地震事件相關(guān)的區(qū)域，SRV形狀高度不規(guī)則，該區(qū)域被認(rèn)為是水力壓裂所造成的，但部分區(qū)域可能對產(chǎn)能沒有貢獻(xiàn)；②SRV傳導(dǎo)區(qū)，該區(qū)域包含一個以上的微地震事件，有效滲透率明顯高于基質(zhì)滲透率，單井預(yù)測最終采收率主要取決于SRV傳導(dǎo)區(qū)的大?。虎跾RV激發(fā)區(qū)，該區(qū)域包含2個以上微地震事件，位于近井筒地帶，有效滲透率最高，主要影響生產(chǎn)井初始階段的產(chǎn)量[19]。

3.3 裂縫模擬方法

3.3.1 單孔介質(zhì)模型

在油藏模擬模型中有以下不同方式來處理裂縫，如兩翼板狀縫、板狀縫網(wǎng)、局部網(wǎng)格加密、離散裂縫網(wǎng)絡(luò)、水力裂縫支撐區(qū)域和基于微地震的裂縫網(wǎng)絡(luò)。目前非常規(guī)儲層體積改造的油藏模擬模型主要有2種：單孔介質(zhì)模型和雙孔介質(zhì)模型。模擬分為直接法和間接法，前者是應(yīng)用高滲透率的網(wǎng)格代表裂縫，常規(guī)數(shù)值模擬器中結(jié)構(gòu)網(wǎng)格系統(tǒng)只限于模擬板狀縫、正交裂縫網(wǎng)絡(luò)和線網(wǎng)模型；后者是將建立的離散裂縫網(wǎng)絡(luò)粗化成雙重介質(zhì)油藏模型或者是增大儲層改造區(qū)域的整體滲透率[20]。盡管這些方法可以快速預(yù)測井的產(chǎn)能，但卻忽視了裂縫結(jié)構(gòu)與單井產(chǎn)量的直接聯(lián)系，不能深刻了解裂縫網(wǎng)絡(luò)的生產(chǎn)動態(tài)。

Li等人在 2011年對比研究了單孔介質(zhì)系統(tǒng)+板狀縫、雙孔介質(zhì)系統(tǒng)+裂縫網(wǎng)絡(luò)和雙孔介質(zhì)系統(tǒng)，認(rèn)為雖然它們之間可以相互替代，但卻具有不同的泄油形式和剩余油分布狀況[21]。Anish和Dieudonne等人研究認(rèn)為以對數(shù)排列形式進(jìn)行局部網(wǎng)格加密（LGR）可以準(zhǔn)確模擬壓裂頁巖油藏中的滲流，能有效反映裂縫附近大的壓力降與飽和度變化[22-23]。2013年，Monti等人提出一種可以模擬水力裂縫尺寸隨時間變化的方法。他們引入一種滲透率降級規(guī)則或依賴于時間/壓力而變化的表皮參數(shù)來模擬水力裂縫隨時間的衰退。并利用單孔介質(zhì)模型結(jié)合局部網(wǎng)格加密技術(shù)模擬了幾類非常規(guī)儲層改造情況[24]。

3.3.2 雙孔介質(zhì)模型

雙孔介質(zhì)模型，流體存在于2種連續(xù)介質(zhì)中，通常是基質(zhì)和裂縫?；|(zhì)作為儲集空間，裂縫作為流體高滲通道（圖2）?；|(zhì)和裂縫的接觸面由因子控制，該因子與基質(zhì)塊尺寸有關(guān)，不受模擬網(wǎng)格尺寸的影響[21]。該因子可作為雙孔介質(zhì)模型歷史擬合的調(diào)整參數(shù)。需要指出的是當(dāng)雙孔介質(zhì)系統(tǒng)基質(zhì)和裂縫具有統(tǒng)一的滲透率，并且與單孔介質(zhì)系統(tǒng)滲透率相等時，它們的模擬結(jié)果相同；在雙孔介質(zhì)系統(tǒng)中，只要基質(zhì)和裂縫的孔隙度之和與雙孔介質(zhì)系統(tǒng)的孔隙度之和相等，因子就不起作用。

2010年，Du等人指出雙孔介質(zhì)模型的優(yōu)點：雙重介質(zhì)模型相對于單孔介質(zhì)+局部裂縫的模型計算更快；可以充分合并物性的非均質(zhì)性，模擬中可以直接考慮一些重要的參數(shù)，例如多組分的朗繆爾等溫線、瞬時吸附和與時間相關(guān)的擴散作用；考慮了基質(zhì)塊中的瞬變現(xiàn)象[25]。

雙重滲透率模型允許基質(zhì)到基質(zhì)和裂縫到裂縫的同時滲流，2013年，Wei等人利用該模型與網(wǎng)格加密相結(jié)合的方法來模擬頁巖基質(zhì)到裂縫中的滲流。模型中裂縫顯式模擬，裂縫周圍的基質(zhì)采用次網(wǎng)格描述，網(wǎng)格尺寸在遠(yuǎn)離裂縫方向上呈對數(shù)增加來合理模擬裂縫與基質(zhì)間較大的壓力降，該方法可以合理模擬基質(zhì)到裂縫滲流的瞬態(tài)流特征[26]。同年，Tadesse等人采用雙孔介質(zhì)模型研究了致密氣藏參數(shù)：網(wǎng)格形狀、儲層滲透率、井型、控制方式和裂縫傳導(dǎo)率[27]。他們認(rèn)為雙孔介質(zhì)模型的數(shù)值法比解析法有更好的靈活性，可以模擬多相流及其他一些物理現(xiàn)象，如重力效應(yīng)和非均質(zhì)性等，但缺點是計算時間長。

圖2 描述裂縫性油藏的方糖雙孔介質(zhì)模型

3.3.3 離散裂縫模型

數(shù)值模擬描述裂縫的方法通常是設(shè)置高滲透率的網(wǎng)格來表示裂縫，這種方法只能模擬平面二維板狀縫和線網(wǎng)模型中的正交裂縫網(wǎng)絡(luò)[28]。水力裂縫通常用板狀縫來模擬，主要參數(shù)有裂縫半長、縫寬、縫高和裂縫傳導(dǎo)率。 Cinco-Ley、Samaniego和Thambynayagam采用解析方法描述了水力壓裂油藏，油藏采用解析解，離散裂縫面采用數(shù)值解[29-30]。

Cipolla等人于2009年通過對比儲層體積改造油藏數(shù)值模擬的2種模型（離散裂縫網(wǎng)絡(luò)模型和雙重介質(zhì)模型），認(rèn)為精確模擬頁巖氣藏中流體的滲流規(guī)律需要用離散裂縫網(wǎng)絡(luò)模型，而雙孔介質(zhì)模型不能充分體現(xiàn)致密基質(zhì)塊中流體的瞬態(tài)流特征[13]。同年，Du等人結(jié)合地震解釋和儲層屬性特征、井筒成像和測井解釋、巖心分析，以及水力壓裂改造和微地震數(shù)據(jù)建立了含有離散裂縫網(wǎng)絡(luò)的油藏模型[31]。

Cipolla、Mirzaei和Cipolla應(yīng)用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格自動生成技術(shù)和最新油藏數(shù)值模擬求解技術(shù)實現(xiàn)了復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)的生產(chǎn)模擬。但是，這種方法建立模型比較費時，并且需具備專業(yè)的油藏數(shù)值模擬技術(shù)[11]。同年，Weng等人研究認(rèn)為線網(wǎng)模型較兩翼縫模型在模擬頁巖氣藏中的復(fù)雜裂縫方面有較大的改進(jìn)，可以預(yù)測裂縫網(wǎng)絡(luò)規(guī)模以及支撐劑所在裂縫網(wǎng)絡(luò)中的位置[32]。同時也指出了其缺點：裂縫網(wǎng)絡(luò)模式不能與已有的天然裂縫直接銜接；通過校正微地震數(shù)據(jù)獲得與改造體積一致的裂縫間距，但如果油藏特性和注入?yún)?shù)發(fā)生較大變化時，校正的裂縫間距卻不能靈活的用于其他井，甚至同一口井的其他段；當(dāng)利用參數(shù)分析來優(yōu)化措施時，結(jié)果可能出現(xiàn)偏差，原因是模型假設(shè)間距是固定的，并且沒有考慮措施參數(shù)對裂縫網(wǎng)絡(luò)模式的影響；裂縫網(wǎng)絡(luò)的幾何形狀被假設(shè)為以注入點對稱分布的橢圓形，不能模擬改造區(qū)微地震數(shù)據(jù)反映出的不對稱或不規(guī)則的裂縫網(wǎng)絡(luò)。他們提出的非常規(guī)裂縫模型 (UFM)，可以解決裂縫網(wǎng)絡(luò)中的滲流與裂縫彈性變形的耦合問題，并且可以模擬水力壓裂裂縫和固有裂縫的相互作用（確定水力裂縫擴展是否穿過天然裂縫或受到遏制，是否沿天然裂縫繼續(xù)擴展）。并且UFM還可以通過計算臨近裂縫的應(yīng)力陰影考慮相鄰水力裂縫間的相互作用。但模型不足之處是其假設(shè)所有的天然裂縫和水力壓裂裂縫都是垂直的。

數(shù)值模型模擬離散裂縫較為費時費力，而解析模型則較為簡便，2012年，Zhou等提出了模擬裂縫網(wǎng)絡(luò)生產(chǎn)的半解析邊界元方法[20]。該方法可以快速建立模型且模擬速度快。模型中每一個裂縫都是顯式表示，因此可以充分靈活地模擬復(fù)雜結(jié)構(gòu)裂縫網(wǎng)絡(luò)，如正交裂縫或非正交裂縫。

Ali等人同樣認(rèn)為常規(guī)雙孔介質(zhì)模型不能充分模擬由天然裂縫和水力裂縫組成的復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)，并認(rèn)為應(yīng)用離散模型模擬大量的天然裂縫不實用且不具有優(yōu)勢[33]。他們提出了一個三區(qū)混合模型：基質(zhì)、離散裂縫和連續(xù)裂縫區(qū)域。應(yīng)用離散裂縫模擬水力裂縫，連續(xù)雙重介質(zhì)模擬天然裂縫。

3.4 體積壓裂井滲流模型

水平井開發(fā)致密油藏，井筒、裂縫形狀和油藏有多種組合類型，2010年，Clarkson和Pedersen總結(jié)出以下8種組合類型：①單孔介質(zhì)油藏+水平井裸眼完井，這種組合在超低滲透油藏中應(yīng)用效果不佳，因為接觸表面積有限；②雙孔介質(zhì)油藏（天然裂縫）+水平井裸眼完井或形成復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)（儲層體積改造）的多裂縫水平井；③單孔介質(zhì)油藏，水平井周圍一定范圍內(nèi)是儲層改造體積；④形成儲層改造體積的多裂縫水平井，天然裂縫油藏（雙重介質(zhì)），油層增產(chǎn)體積區(qū)域與背景儲層具有不同的裂縫間距、滲透率和孔隙度。另外4種模型與上述4種模型的不同之處就是具有獨立的水力裂縫，且水力裂縫與裂縫網(wǎng)絡(luò)有不同的傳導(dǎo)率[34]。

Imad Brohi等人于2011年建立了線性耦合模型，該模型分為內(nèi)區(qū)油藏和外區(qū)油藏[35]。內(nèi)區(qū)油藏用雙孔介質(zhì)來模擬多級壓裂水平井，并采用雙孔介質(zhì)線性流求解，外區(qū)油藏用單孔介質(zhì)油藏線性流求解，兩區(qū)接觸面處壓力和流量連續(xù)。模型基本假設(shè)：油藏水平均質(zhì)等厚；油藏恒溫；油藏中的流體為單相氣體或液體；水平井末端沒有流體流入。模型中涉及到3個線性流：①內(nèi)區(qū)油藏中流體由基質(zhì)向裂縫的線性流，該線性流與水平井筒平行；②流體由裂縫向水平井筒的線性流，該線性流與水平井筒垂直；③流體由外區(qū)油藏向內(nèi)區(qū)油藏的線性流，該線性流與水平井筒垂直。模型中偏微分方程在Laplace空間中求解，應(yīng)用Stehfest算法反演到時間空間中。

2012年，Zhao建立的模型采用的解法為變換積分法（ITM），該方法可以直接將源匯解應(yīng)用到相應(yīng)的空間解中，因此流體在兩維或三維空間中的滲流解就可以用紐曼積分法在相應(yīng)的空間中對源匯解進(jìn)行積分獲得[36]。該模型分為4個區(qū)域：區(qū)域1為近井筒人工多級水力壓裂裂縫區(qū)，該區(qū)域可以集成沿井筒和裂縫的復(fù)雜表皮分布；區(qū)域2為SRV區(qū)，可以描述不同參數(shù)，如裂縫網(wǎng)絡(luò)、基質(zhì)—裂縫傳導(dǎo)率的不同，對SRV區(qū)的影響；區(qū)域3為表示致密儲層原始地質(zhì)信息的區(qū)域；區(qū)域4是反應(yīng)油藏外邊界條件的區(qū)域。同年，Zhou等人利用半解析邊界元方法，建立了可以描述儲層體積改造復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)的模型[20]。網(wǎng)絡(luò)中每條裂縫顯式處理，可以靈活考慮任意復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如正交或非正交裂縫網(wǎng)絡(luò)?？紤]了連通的裂縫網(wǎng)絡(luò)中的達(dá)西和非達(dá)西滲流，以及它們在時間和空間上的疊加效果，同時該模型也可以將滲透率應(yīng)力敏感性考慮進(jìn)去。模型基本假設(shè)：長方體模型，0

圖3 復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)，井筒（紅色），連接點編號（黑色）和裂縫面（藍(lán)色）（刪除，并在圖中加圖例）

2013年，Nassir等人建立的滲流模型中流體為單相，等溫，儲層為單孔單滲 介質(zhì)[37]。流體和地質(zhì)力學(xué)數(shù)值解通過有限元方法求解，并實現(xiàn)了在一個網(wǎng)格塊中形成多級裂縫。每一個裂縫組都有在剪切方向和法向上的本構(gòu)模型。同年，Xu等人建立了天然裂縫性頁巖氣、致密氣藏解析模型，包含內(nèi)區(qū)（SRV改造區(qū)）和外區(qū)（非改造區(qū)）[38]。水平井位于油藏中部，水平井兩端產(chǎn)量忽略不計。模型假設(shè)條件如下：油藏是雙孔介質(zhì)系統(tǒng)，恒溫等厚；內(nèi)區(qū)Kf1、ω1、λ1的值比外區(qū)Kf2、ω2、λ2（用文字?jǐn)⑹?，不用符號）的值大；裂縫到井筒與內(nèi)區(qū)基質(zhì)到裂縫的流動都為線性流，流體由外區(qū)基質(zhì)流向外區(qū)裂縫，以及由外區(qū)裂縫流向內(nèi)區(qū)裂縫，基質(zhì)作為裂縫的源均勻分布；儲層流體為氣態(tài)單相流；不考慮井筒儲集和表皮效應(yīng)。

4 體積壓裂井滲流規(guī)律和產(chǎn)能特征

4.1 滲流規(guī)律

儲層體積改造油氣藏水平井滲流特征分析方法包含直線法、典型曲線分析法和油藏數(shù)值模擬法[34]。很多學(xué)者針對非常規(guī)油氣藏體積改造水平井的滲流階段和規(guī)律進(jìn)行了研究[35,38-41]。經(jīng)過儲層體積改造的水平井滲流階段主要可以劃分為7個階段。

（1）階段1為裂縫線性流。該流動階段包括內(nèi)外區(qū)裂縫的流動。由于裂縫比基質(zhì)滲透率高，外區(qū)裂縫系統(tǒng)的流動在早期也能觀察到。在無因次產(chǎn)量和無因次時間的雙對數(shù)圖（以下簡稱雙對數(shù)圖）上表現(xiàn)為1/2斜率段。

（2）階段2為第1過度流。有2種情況，一種是雙線性流，包括裂縫和內(nèi)區(qū)基質(zhì)線性流，在雙對數(shù)圖上表現(xiàn)為1/4斜率段；另一種是裂縫邊界流。

（3）階段3為內(nèi)區(qū)基質(zhì)線性流。雙對數(shù)圖上表現(xiàn)為1/2斜率段，該段持續(xù)的時間取決于基質(zhì)塊的大小和基質(zhì)的滲透率。

（4）階段4為第2過度流。內(nèi)區(qū)基質(zhì)線性流結(jié)束，內(nèi)區(qū)邊界控制流開始占主導(dǎo)地位，同時外區(qū)油藏對產(chǎn)量有一定的貢獻(xiàn)。

（5）階段5為外區(qū)雙線性流。當(dāng)外區(qū)油藏為無限大時，該階段可以觀察到。該雙線性流包括外區(qū)裂縫線性流和基質(zhì)內(nèi)的線性流，雙對數(shù)圖上表現(xiàn)為1/4斜率段。

（6）階段6為外區(qū)基質(zhì)線性流。當(dāng)外區(qū)基質(zhì)滲流占主導(dǎo)地位時，非改造區(qū)對產(chǎn)量的貢獻(xiàn)占主導(dǎo)地位。該流動階段在雙對數(shù)圖上表現(xiàn)為1/2斜率段。

（7）階段7為外邊界主導(dǎo)流。對于封閉油藏，無因次產(chǎn)量在雙對數(shù)圖上快速下降。

4.2 產(chǎn)能特征

Mayerhofer等人在2006年研究了頁巖氣藏儲層體積改造井的產(chǎn)能影響因素[43]，包括儲層改造體積、縫網(wǎng)間距、縫網(wǎng)密度、縫網(wǎng)導(dǎo)流能力、近井地帶主裂縫導(dǎo)流能力和裂縫表皮的影響。

（1）儲層改造體積的影響。隨著儲層改造體積的增大，措施生產(chǎn)井產(chǎn)量增大，但是這種產(chǎn)量增大的趨勢在減小，原因是在裂縫網(wǎng)絡(luò)中裂縫導(dǎo)流能力低造成較大的壓力降，從而導(dǎo)致壓力在裂縫網(wǎng)絡(luò)中向更遠(yuǎn)處傳播困難。

（2）縫網(wǎng)間距的影響。文中研究認(rèn)為如果裂縫網(wǎng)絡(luò)沒有完全聯(lián)通，而是形成了具有一定間距的各個獨立的小縫網(wǎng)，當(dāng)縫網(wǎng)間距占到水平段長度的20%時，會導(dǎo)致產(chǎn)量有近20%的下降。

（3）縫網(wǎng)密度的影響。裂縫間距越小采氣速度越快（基質(zhì)滲透率為0.0001×10－3μ m2），裂縫間距為7.62m和15.24m的最終采收率都達(dá)到了80%，裂縫間距為30.48m時也接近這個值。

（4）縫網(wǎng)導(dǎo)流能力的影響?？p網(wǎng)導(dǎo)流能力越大，氣井產(chǎn)量就越高。

（5）近井地帶主裂縫導(dǎo)流能力的影響。將近井地帶91.44 m內(nèi)的裂縫傳導(dǎo)率從1.524×10－3μ m2·m增大到15.24×10－3μ m2·m，可以使產(chǎn)量增加15%。該參數(shù)雖然沒有儲層改造體積和縫網(wǎng)傳導(dǎo)率等參數(shù)對產(chǎn)量的影響大，但它仍然是一個重要的影響參數(shù)。

（6）裂縫表皮的影響。當(dāng)向油藏內(nèi)部深入0.3048m的裂縫面表皮傷害達(dá)到95%以上時，對生產(chǎn)井產(chǎn)能的影響效果顯著。

Cipolla等人[11]和Mirzaei等人研究了非常規(guī)氣藏產(chǎn)能的影響因素[42]，認(rèn)為增大無支撐劑支撐裂縫的滲透率和傳導(dǎo)率是改善產(chǎn)氣量和提高采收率的關(guān)鍵。但是當(dāng)無支撐劑支撐裂縫的滲透率相同時，增大有支撐劑支撐裂縫的滲透率也能有效提高采氣量。當(dāng)支撐區(qū)傳導(dǎo)率達(dá)到一定程度時，再增大該參數(shù)對產(chǎn)氣量的影響就不明顯了。

5 結(jié)束語

未來非常規(guī)油氣藏的有效開發(fā)，還需大力發(fā)展以下技術(shù)和方法：

（1）壓裂完井技術(shù)。在控制施工成本的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)直井更多層，水平井更多段的壓裂，發(fā)展大型壓裂和同步壓裂技術(shù)，實現(xiàn)非常規(guī)油氣藏的儲層體積改造。

（2）微地震監(jiān)測技術(shù)。通過該技術(shù)可以更直觀地展現(xiàn)儲層體積改造后裂縫網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模、形狀以及復(fù)雜程度等特征。

（3）需進(jìn)一步提出合理簡便的、能準(zhǔn)確描述儲層改造體積的特征描述參數(shù)。

（4）裂縫模擬方法。現(xiàn)有的裂縫模擬方法具有各自的局限性和缺點，采用離散裂縫模型模擬儲層體積改造后形成的裂縫網(wǎng)絡(luò)是今后的發(fā)展趨勢。

（5）儲層體積改造井滲流模型還需進(jìn)一步發(fā)展和完善。

（6）深入研究不同類型儲層改造井的滲流規(guī)律和特征。

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