頁(yè)巖氣井滲流機(jī)理及產(chǎn)能遞減分析

董超 張?jiān)茝V

摘要：頁(yè)巖氣屬于一種非常規(guī)性能源，世界上很多國(guó)家對(duì)頁(yè)巖氣的開(kāi)采非常重視。頁(yè)巖氣主要以游離狀態(tài)或者吸附狀態(tài)存在于地下，頁(yè)巖氣的分布地層巖性為高碳泥頁(yè)巖和暗色泥頁(yè)巖。我國(guó)的頁(yè)巖氣資源占非常規(guī)天然氣資源的一半以上，然而頁(yè)巖氣藏的孔隙度較低，而且滲透率更是達(dá)到了納米級(jí)別，具有獨(dú)特的解析和吸附特征。目前我國(guó)對(duì)頁(yè)巖氣的開(kāi)采還處于發(fā)展階段，在開(kāi)采技術(shù)上并不成熟，并不能對(duì)這種低滲透能源進(jìn)行有效開(kāi)采。另外我國(guó)對(duì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的特征理論研究和實(shí)際操作并沒(méi)有形成系統(tǒng)化，在開(kāi)采過(guò)程中還是會(huì)存在一些不足，因此研究頁(yè)巖氣井滲流機(jī)理和產(chǎn)能遞減分析，對(duì)提高我國(guó)非常規(guī)能源的開(kāi)采有著非常重要的幫助。

關(guān)鍵詞：頁(yè)巖氣;滲流機(jī)理;產(chǎn)能遞減

頁(yè)巖氣主要是儲(chǔ)層在頁(yè)巖中的一種非常規(guī)天然氣，頁(yè)巖氣在世界上很多國(guó)家都有分布，并且頁(yè)巖氣具有開(kāi)采資源廣，開(kāi)采潛力大，生產(chǎn)周期長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于頁(yè)巖氣的開(kāi)采已經(jīng)是成為國(guó)內(nèi)外研究的重點(diǎn)內(nèi)容，目前我國(guó)對(duì)頁(yè)巖氣的開(kāi)采程度還比較低，只是在部分地區(qū)對(duì)頁(yè)巖氣進(jìn)行商業(yè)生產(chǎn)，隨著研究的不斷深入，對(duì)于頁(yè)巖氣的研究已經(jīng)有了很大的提升，但是由于頁(yè)巖氣和其他常規(guī)油氣儲(chǔ)層有很大的差別，在進(jìn)行開(kāi)采過(guò)程中所出現(xiàn)的問(wèn)題也比較多，而且頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)難度比較大，通過(guò)對(duì)頁(yè)巖氣的儲(chǔ)層特征進(jìn)行分析，并探討目前頁(yè)巖氣井滲流機(jī)理及產(chǎn)能遞減，提供相應(yīng)的開(kāi)發(fā)技術(shù)研究，對(duì)推動(dòng)頁(yè)巖氣的開(kāi)采非常有幫助。

1頁(yè)巖氣藏的儲(chǔ)層特征分析

1.1儲(chǔ)滲空間特征

天然裂縫和孔隙是頁(yè)巖氣儲(chǔ)藏的主要儲(chǔ)層空間，其中基質(zhì)孔隙又可以劃分為微裂縫、機(jī)質(zhì)生烴形成的微孔隙以及原生孔隙等。

微裂縫是影響頁(yè)巖氣產(chǎn)能的一個(gè)重要因素，同時(shí)也加劇了開(kāi)采頁(yè)巖氣的難度，一方面發(fā)育的微裂縫為提供儲(chǔ)層空間的同時(shí)，還方便了吸附態(tài)天然氣的解析，并成為了頁(yè)巖氣移動(dòng)和開(kāi)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(yè)巖氣的保存，同時(shí)地下水也會(huì)通過(guò)裂縫而進(jìn)入到頁(yè)巖氣儲(chǔ)層，使氣井出現(xiàn)見(jiàn)水早，含水率上升的趨勢(shì)，嚴(yán)重的情況下可能會(huì)出現(xiàn)暴性水淹。

微裂縫在頁(yè)巖儲(chǔ)層中的分布非常廣泛，微裂縫的形成會(huì)受到斷層、褶皺等構(gòu)造活動(dòng)的影響，同時(shí)也會(huì)受到水平壓力差異性的影響。

1.2沉積環(huán)境的特征

頁(yè)巖氣的形成主要依靠氣源物質(zhì)的聚集和沉淀，對(duì)儲(chǔ)層中的有機(jī)質(zhì)生烴含量有特別高的要求。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)的頁(yè)巖氣進(jìn)行分析，形成頁(yè)巖氣的最佳儲(chǔ)層是含有高度有機(jī)質(zhì)的黑色泥頁(yè)巖，各種特征的黑色泥頁(yè)巖能夠形成源巖。

頁(yè)巖氣之所以能夠在這種源巖中大量生成，主要的原因是因?yàn)檫@種源巖能夠提供良好的沉積條件和封閉環(huán)境，使頁(yè)巖氣能夠在此基礎(chǔ)上快速沉淀，在這種環(huán)境下，能夠保證有機(jī)物質(zhì)在被氧化破壞之前就能夠形成沉積，由于封閉環(huán)境的影響，微生物不能夠?qū)τ袡C(jī)質(zhì)進(jìn)行分解和破壞。

2頁(yè)巖氣滲流機(jī)理研究

2.1解析

當(dāng)頁(yè)巖氣藏完成鉆井施工之后，會(huì)引起底層壓力下降情況的發(fā)生，導(dǎo)致原油的吸附平衡受到破壞，產(chǎn)生解析現(xiàn)象。

2.2擴(kuò)散

頁(yè)巖氣藏的孔隙度較小，從微觀上講八夕流動(dòng)性存在的可能性很小，主要是以表面擴(kuò)散、分子擴(kuò)散以及克努森擴(kuò)散方式進(jìn)行流體流動(dòng)。

表面擴(kuò)散：是指孔隙介質(zhì)表面吸附的分子按照物體表面流動(dòng)的現(xiàn)象。

分子擴(kuò)散：是一種重要的質(zhì)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(yùn)動(dòng)所引起的物質(zhì)移動(dòng)現(xiàn)象。

克努森擴(kuò)散：當(dāng)孔隙介質(zhì)的孔隙大小和分子平均自由程度相接近時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)克努森擴(kuò)散。

2.3滑脫

在頁(yè)巖氣當(dāng)中滑脫現(xiàn)象是一種比較常見(jiàn)的形式，在上個(gè)世紀(jì)就有很多研究學(xué)者對(duì)滑脫進(jìn)行了研究和分析，并且建立了克氏滲透率關(guān)系式，將克努森流動(dòng)引入到石油研究過(guò)程中。

2.4達(dá)西流動(dòng)

根據(jù)頁(yè)巖氣的流動(dòng)過(guò)程，可以發(fā)現(xiàn)在微裂縫中滲透率較高的儲(chǔ)層可以利用達(dá)西方程來(lái)描述頁(yè)巖氣藏的氣體流動(dòng)。

通過(guò)對(duì)頁(yè)巖氣所可能存在的流動(dòng)過(guò)程和流動(dòng)描述進(jìn)行分析，對(duì)各種形式的流動(dòng)所存在的條件進(jìn)行總結(jié)，具體如下：表面擴(kuò)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(kuò)散則存在于頁(yè)巖基質(zhì)納米孔隙中。

3頁(yè)巖氣井產(chǎn)能遞減規(guī)律

由于頁(yè)巖氣藏屬于自生自?xún)?chǔ)，獨(dú)立成藏的特點(diǎn)，頁(yè)巖氣的流動(dòng)需要經(jīng)歷解析、吸附、擴(kuò)散、滲流，導(dǎo)致頁(yè)巖氣產(chǎn)能遞減規(guī)律與常規(guī)天然氣藏的遞減規(guī)律存在差異。因此在研究頁(yè)巖氣井產(chǎn)能遞減規(guī)律時(shí)，應(yīng)當(dāng)選擇合適的遞減分析方法。

通過(guò)分析我國(guó)頁(yè)巖氣田的開(kāi)采數(shù)據(jù)，結(jié)合單井產(chǎn)能典型遞減曲線(xiàn)圖可以看出：頁(yè)巖氣井初始產(chǎn)能會(huì)在前期遞減過(guò)快，但是頁(yè)巖氣井的后期產(chǎn)量較小，會(huì)保證平穩(wěn)狀態(tài)，產(chǎn)量下降很慢。這就導(dǎo)致頁(yè)巖氣井的開(kāi)采周期較長(zhǎng)，需要經(jīng)過(guò)多次的重復(fù)壓裂來(lái)提高頁(yè)巖氣井的產(chǎn)能，從而獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。頁(yè)巖氣井遞減曲線(xiàn)形態(tài)可以解釋為：在開(kāi)采初級(jí)由于頁(yè)巖氣儲(chǔ)層裂縫發(fā)育明顯，在裂縫中所存在的頁(yè)巖氣為自由氣，能夠有效提供較高的產(chǎn)量，并且在裂縫內(nèi)會(huì)形成壓降狀態(tài)，但此時(shí)的壓降并不能形成瞬間動(dòng)態(tài)平衡只能吸附于裂縫和基質(zhì)的天然氣緩慢解析出來(lái);隨著頁(yè)巖氣藏的不斷開(kāi)發(fā)，頁(yè)巖氣的產(chǎn)量會(huì)呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)，導(dǎo)致所解析出的吸附氣和生產(chǎn)產(chǎn)量越來(lái)越接近，造成后期產(chǎn)量出現(xiàn)低產(chǎn)平穩(wěn)現(xiàn)象。

4結(jié)束語(yǔ)

隨著頁(yè)巖氣不斷被發(fā)現(xiàn)和開(kāi)采，可以推動(dòng)非常規(guī)能源的研究，對(duì)于頁(yè)巖氣這種新能源的出現(xiàn)。很多國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始針對(duì)頁(yè)巖氣進(jìn)行積極研究，目前我國(guó)對(duì)頁(yè)巖氣的研究一直在不斷深化，但是我國(guó)頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)技術(shù)與先進(jìn)國(guó)家來(lái)相比較還存在著一些不足，因此還需要對(duì)頁(yè)巖氣井滲流機(jī)理及產(chǎn)能遞減進(jìn)行研究和分析，通過(guò)大量的時(shí)間可以來(lái)積累我國(guó)對(duì)頁(yè)巖氣這種新型能源的認(rèn)知度和開(kāi)采，同時(shí)需要向先進(jìn)國(guó)家學(xué)習(xí)一些相關(guān)的開(kāi)采技術(shù)，為我國(guó)頁(yè)巖氣能源的開(kāi)采提供更多的幫助。

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