頁巖氣藏水平井分段壓裂滲流特征數(shù)值模擬

張小濤，吳建發(fā)，馮曦，等

目的：水平井完井和分段壓裂后形成的復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)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(zhàn)。為此，探索在數(shù)值模擬軟件中構(gòu)建體積壓裂形成的裂縫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，模擬頁巖氣藏水平井的生產(chǎn)動態(tài)，研究頁巖氣的滲流機理。方法：采用Eclipse2010.1數(shù)值模擬軟件的煤層氣（CBM）模型，應(yīng)用塊中心網(wǎng)格建立網(wǎng)格模型，其中x和y方向均采用不等間距設(shè)置網(wǎng)格。模型的物性參數(shù)參考長寧區(qū)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(shè)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(chǎn)動態(tài)。結(jié)果：頁巖氣井在生產(chǎn)初期的產(chǎn)量遞減異常顯著，投產(chǎn)的第1年內(nèi)產(chǎn)量遞減最高可達(dá)80%以上，以后遞減逐漸減緩，證實國內(nèi)頁巖氣藏與國外已開發(fā)的頁巖氣藏具有相似的生產(chǎn)特征。在氣井最初投產(chǎn)的 3～5年內(nèi)，發(fā)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(fā)生解吸，氣井生產(chǎn) 30年后，吸附氣的解吸作用可以使單井的累計產(chǎn)氣量提高10%左右，表明吸附氣的解吸作用對氣井的生產(chǎn)動態(tài)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(dá)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(chǎn)氣量比延時吸附模式高得多，瞬時吸附模式須謹(jǐn)慎應(yīng)用。水平井投產(chǎn)后，首先采出的是壓裂形成的主裂縫中的游離氣，進(jìn)而采出整個儲層改造區(qū)域（SRV）內(nèi)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(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)向氣井供氣，氣井的產(chǎn)量遞減迅速。壓力波及到SRV邊緣之后，儲層未被改造到的區(qū)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(chǎn)量雖然較低，但是相對穩(wěn)定。當(dāng)壓裂形成的主裂縫較短或分段壓裂的段數(shù)較少時，增加主裂縫的長度和段數(shù)都可以使累計產(chǎn)氣量顯著提高。當(dāng)裂縫半長超過100 m后，再繼續(xù)增加裂縫的長度，累計產(chǎn)氣量的增幅越來越小，同樣隨著分段壓裂級數(shù)的增加，累計產(chǎn)氣量的增幅也越來越小。壓裂造成的裂縫網(wǎng)絡(luò)越復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)體積越大，壓后的產(chǎn)量越高，最終的累計產(chǎn)氣量和采收率也越高。但是當(dāng)這種壓裂規(guī)模增加到一定程度后，再增加其規(guī)模、裂縫復(fù)雜性（裂縫密度）以及采出程度卻沒有增加多少。主裂縫導(dǎo)流系數(shù)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(dǎo)流能力，可明顯提高氣藏的采收率。隨著導(dǎo)流系數(shù)的不斷增大，累計采氣量的增幅也越來越小，導(dǎo)流能力的大小對于分段壓裂的段數(shù)設(shè)計有重要影響。結(jié)論：頁巖氣井的瞬時吸附模式過高地估計了吸附氣對產(chǎn)氣量的貢獻(xiàn)，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(shù)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(qū)鉆井更容易獲得高產(chǎn)頁巖氣井；只有具有充分導(dǎo)流能力的裂縫才可能成為有效裂縫，壓裂出高導(dǎo)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(shù)，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(qū)域體積（SRV），以實現(xiàn)頁巖氣藏的有效開發(fā)。

來源出版物：天然氣工業(yè), 2013, 33(3): 47-52

入選年份：2015