頁巖氣藏水平壓裂井產(chǎn)能模型研究現(xiàn)狀

許瑩瑩 劉先貴 胡志明 端祥剛 常 進(jìn)

1. 中國石油勘探開發(fā)研究院, 北京 100083;2. 中國科學(xué)院滲流流體力學(xué)研究所, 北京 100493

0 前言

非常規(guī)致密頁巖氣藏自生自儲,儲層微納米孔喉發(fā)育,孔隙連通性較差,有效孔隙度一般低于10%。儲層滲透率一般介于0.000 005～0.05 mD,具備超低滲—低孔的地質(zhì)特點(diǎn),儲層內(nèi)氣體滲流阻力大,自然條件無工業(yè)氣流[1]。水平井技術(shù)和體積壓裂可實(shí)現(xiàn)對油氣儲集層進(jìn)行三維立體改造的效果[2],實(shí)現(xiàn)儲層內(nèi)壓裂裂縫波及體積的最大化,提高儲層有效導(dǎo)流能力。經(jīng)測試，氣井產(chǎn)量可以達(dá)到幾十萬立方米或者百萬立方米,生產(chǎn)周期長達(dá)數(shù)年。頁巖儲層儲量豐富,具備廣闊的發(fā)展前景,成為彌補(bǔ)常規(guī)能源短缺的重要接替資源[3-4]。

頁巖氣儲層產(chǎn)量是評價頁巖氣田開發(fā)效果的核心指標(biāo),確定準(zhǔn)確高效的產(chǎn)能預(yù)測技術(shù)手段是頁巖氣開發(fā)的關(guān)鍵和熱點(diǎn)問題之一?，F(xiàn)階段評價頁巖氣井產(chǎn)能的技術(shù)方法主要包括遞減曲線法和產(chǎn)能模型方法。遞減曲線法[5-8]是指對頁巖氣開采實(shí)際生產(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行人工擬合建立產(chǎn)量遞減曲線以預(yù)測頁巖氣井的生產(chǎn)產(chǎn)量。這種遞減曲線法一般適用于早期的裂縫系統(tǒng)流動,無法反映基質(zhì)控制階段流動規(guī)律,同時易受到地質(zhì)特征、開發(fā)設(shè)計方案及現(xiàn)場操作等因素的影響,且該方法缺乏理論支撐,物理意義不明確。

基于頁巖氣非線性滲流機(jī)理[9-13]和裂縫表征方法[14-17]建立的產(chǎn)能模型是預(yù)測產(chǎn)能的有效途徑,在油氣藏單井開采預(yù)測、甚至是立體開發(fā)整體產(chǎn)能評價[18-21]中均有廣泛應(yīng)用,避免了油氣田產(chǎn)能經(jīng)驗(yàn)公式的局限性。產(chǎn)能模型方法是以高度抽象的頁巖氣藏開發(fā)物理模型和多孔介質(zhì)滲流理論為基礎(chǔ),探究氣體從非均質(zhì)性裂縫頁巖儲層跨尺度多重運(yùn)移機(jī)理,厘清復(fù)雜的裂縫形態(tài),建立頁巖氣藏滲流數(shù)學(xué)模型。采用多種數(shù)學(xué)變換方法以及迭代方法,或者利用數(shù)值模擬軟件研究氣井的生產(chǎn)動態(tài)規(guī)律、明確產(chǎn)能的主控影響因素。產(chǎn)能模型的發(fā)展完善了氣體跨尺度滲流機(jī)制,實(shí)現(xiàn)了氣體在微觀尺度到宏觀尺度的耦合流動特征;考慮了壓后儲層縫網(wǎng)不規(guī)則延展以及空間分布的特征屬性,更加接近于實(shí)際頁巖儲層動用過程,產(chǎn)能預(yù)測精度進(jìn)一步提高。產(chǎn)能模型通過對歷史數(shù)據(jù)的擬合能反演儲層不確定性物性參數(shù)、裂縫延展特征以及儲量等,有利于進(jìn)行儲層有效評價和推動合理制定頁巖儲層壓裂施工設(shè)計方案,對指導(dǎo)頁巖氣藏的勘探開發(fā)具有理論意義和應(yīng)用價值。

1 頁巖單層開發(fā)產(chǎn)能模型

現(xiàn)階段產(chǎn)能模型主要考慮儲層非均質(zhì)性和流體滲流、解吸附、擴(kuò)散等多重非線性運(yùn)移機(jī)理,建立實(shí)際儲層開發(fā)過程中的頁巖氣多重輸運(yùn)機(jī)制控制滲流方程,進(jìn)行頁巖氣井壓力動態(tài)傳播和儲量動用率分析。

考慮頁巖基質(zhì)中吸附氣解吸和游離氣的多種復(fù)雜非線性滲流傳質(zhì)機(jī)制,根據(jù)質(zhì)量守恒定律可得基質(zhì)滲流控制方程:

(1)

式中:ρg為游離氣密度,kg/m3;φ為基質(zhì)孔隙度;qex為過剩吸附量,kg/m3;v為基質(zhì)中氣體滲流速度,m/s;y為氣體在y方向上的一維滲流距離,m。

氣體在基質(zhì)的滲流速度可由運(yùn)動得到:

(2)

式中:Ka為修正表觀滲透率,m2;p為儲層基質(zhì)孔隙壓力,Pa;μ為氣體黏度,Pa·s。

本課題組基于自主研發(fā)的頁巖氣流動實(shí)驗(yàn)技術(shù)提出頁巖氣廣義滲透率模型對達(dá)西方程進(jìn)行修正,見式(3):

(3)

式中:K∞為絕對滲透率,m2;Kn為克努森數(shù),無量綱;f(Kn)為滲透率耦合修正系數(shù),無量綱;A為巖心端面積,m2;B為實(shí)驗(yàn)擬合參數(shù)。

由于地層條件下甲烷的高壓等溫吸附曲線不再是一條單調(diào)遞增的曲線,常規(guī)的Langmuir方程無法擬合頁巖等溫吸附規(guī)律,引用基于吸附相體積理論建立的過剩量高壓等溫吸附修正模型[22]:

(4)

式中:qad為單位基質(zhì)體積頁巖氣超臨界過剩吸附量,kg/m3;psc為地面標(biāo)準(zhǔn)大氣壓,取值0.101,MPa;Tsc為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的溫度,取值273.15,K;Zsc為理想氣體的壓縮因子,取值1,無量綱;VL為Langmuir體積,m3/m3;pL為Langmuir壓力,Pa;ρa(bǔ)為吸附相密度,kg/m3。

結(jié)合式(4),對式(1)左端變形:

(5)

式(5)中不考慮地層壓縮的影響,定義游離相壓縮系數(shù)和解吸壓縮系數(shù):

(6)

(7)

將過剩吸附量以解吸壓縮系數(shù)的形式[15]加入到外區(qū)基質(zhì)綜合壓縮系數(shù)中,得到外區(qū)基質(zhì)綜合壓縮系數(shù)Ct:

Ct=Cg+Cd

(8)

聯(lián)立式(6)～(8)代入式(5),則式(5)可以變形為:

(9)

將式(2)、(9)代入式(1),式(1)可以寫為:

(10)

式中:Cd為修正的解吸氣體壓縮系數(shù),Pa-1;Cg為氣體壓縮系數(shù),Pa-1;Ct為基質(zhì)綜合壓縮系數(shù),Pa-1。

根據(jù)氣體供給范圍的大小,產(chǎn)能模型可分為考慮壓裂改造(SRV)區(qū)域供氣能力的產(chǎn)能模型和考慮未壓裂改造儲層(USRV)區(qū)域供氣能力的產(chǎn)能模型,也就是SRV+USRV區(qū)域的產(chǎn)能模型,一般分為三線性流模型、五區(qū)復(fù)合產(chǎn)能模型等。根據(jù)裂縫表征模型處理方式,SRV區(qū)域產(chǎn)能模型進(jìn)一步細(xì)分為連續(xù)介質(zhì)模型和離散縫網(wǎng)產(chǎn)能模型[23],見圖1。

圖1 產(chǎn)能模型建立及求解流程分析圖Fig.1 Production capacity model establishment and solution process analysis

1.1 SRV區(qū)域產(chǎn)能模型

1.1.1 連續(xù)介質(zhì)模型

考慮儲層非均質(zhì)性以及各物性介質(zhì)導(dǎo)流能力的不同,連續(xù)介質(zhì)可以劃分雙重介質(zhì)、多重介質(zhì)以及等效介質(zhì)[23],根據(jù)儲層特征建立不同類型的滲流模型,見圖2。連續(xù)介質(zhì)產(chǎn)能模型的發(fā)展及完善歷程見表1。

a)雙孔模型 a)Dual porosity model

表1 連續(xù)介質(zhì)產(chǎn)能模型發(fā)展及完善歷程表

1.1.1.1 雙重介質(zhì)模型

非均質(zhì)頁巖氣藏的基質(zhì)和天然裂縫的物性參數(shù)有明顯差異,基質(zhì)的孔隙度要高于天然微裂縫,但孔隙的連通性很差,導(dǎo)致滲透率遠(yuǎn)低于天然微裂縫。基質(zhì)孔隙是頁巖氣的主要儲存空間,天然微裂縫是頁巖氣的重要流動通道。由于基質(zhì)和裂縫孔滲差異很大,流體在基質(zhì)系統(tǒng)和裂縫系統(tǒng)中的流動呈現(xiàn)出完全不同的流動規(guī)律。當(dāng)兩個系統(tǒng)之間形成壓差時,裂縫與基質(zhì)間會發(fā)生物質(zhì)交換。根據(jù)氣體從基質(zhì)向裂縫系統(tǒng)的傳質(zhì)方式,雙重介質(zhì)模型進(jìn)一步發(fā)展出雙孔單滲模型和雙孔雙滲模型。

雙孔單滲模型[24-25]主要指由于儲集基質(zhì)的低滲透性,頁巖基質(zhì)自然條件下無滲流能力,因此基質(zhì)向裂縫單向傳質(zhì),基質(zhì)間無流量交換,因此氣體從基質(zhì)向井筒傳質(zhì)的過程主要是基質(zhì)—裂縫—井筒。

雙孔雙滲模型[26-28]強(qiáng)調(diào)基質(zhì)和裂縫有各自的孔隙度和滲透率,儲層有兩個儲集空間,兩個滲流場,基質(zhì)系統(tǒng)在向裂縫系統(tǒng)傳質(zhì)時,不能忽略基質(zhì)之間的流體流動,基質(zhì)內(nèi)部間也存在流量交換。

1.1.1.2 多重介質(zhì)模型

多重介質(zhì)模型[23,29-31]是對基質(zhì)—裂縫雙重介質(zhì)模型的細(xì)化,多重介質(zhì)模型基于對壓裂后儲層結(jié)構(gòu)特征的精細(xì)描述,能較好地反映頁巖氣在實(shí)際儲層條件下的流動特征。根據(jù)細(xì)分后的基質(zhì)或者裂縫系統(tǒng)中不同介質(zhì)的儲集能力以及滲流場的差異可以劃分為三孔雙滲模型、三孔三滲模型、多孔多滲模型(如有機(jī)質(zhì)—無機(jī)質(zhì)—次生(天然)裂縫—主裂縫模型等)。

1.1.1.3 等效連續(xù)介質(zhì)模型

等效連續(xù)介質(zhì)模型[32-33]假設(shè)裂縫均勻分布于基質(zhì)中,把基質(zhì)—裂縫系統(tǒng)等效成連續(xù)介質(zhì),用連續(xù)介質(zhì)理論描述,適用于裂縫均勻分布的多孔介質(zhì),在研究復(fù)雜非均質(zhì)性強(qiáng)的頁巖氣藏的產(chǎn)能大小時存在很大局限性。

1.1.2 離散縫網(wǎng)產(chǎn)能模型

目前,國內(nèi)外學(xué)者多采用連續(xù)介質(zhì)模型開展頁巖氣藏產(chǎn)能評價研究,但是該模型更適用于小尺度分布均勻的微裂縫系統(tǒng)以及各級裂縫間連通性較好的情況。實(shí)際生產(chǎn)開發(fā)表明,壓裂后的頁巖氣藏在高排量壓裂液的作用下會誘導(dǎo)形成多處大規(guī)模水力裂縫,其尺寸遠(yuǎn)大于儲層基質(zhì)塊的大小,因此頁巖儲層中氣體的流動存在多尺度性的特點(diǎn)。因此在研究頁巖氣藏的開發(fā)特征時通常需要考慮壓裂裂縫的形態(tài)、誘導(dǎo)縫網(wǎng)分布區(qū)域以及儲層的非均質(zhì)特征。對裂縫進(jìn)行網(wǎng)格劃分和降維處理,可降低計算復(fù)雜度和計算工作量,根據(jù)裂縫處理方式,離散縫網(wǎng)產(chǎn)能模型分為三種:嵌入式離散裂縫模型、非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格離散裂縫模型以及顯式表征裂縫非結(jié)構(gòu)化表征。

Snow D T[34]為了描述頁巖氣在裂縫中的流動,真實(shí)地反映裂縫關(guān)鍵參數(shù)對油藏生產(chǎn)動態(tài)的影響,提出離散裂縫網(wǎng)絡(luò)模型,滿足油藏工程參數(shù)優(yōu)化。蘇玉亮等人[35]考慮干酪根表面擴(kuò)散、無機(jī)基巖滑脫流和克努森擴(kuò)散、次生裂縫黏性流建立方程,采用有限元數(shù)值法求解方法對人工裂縫離散化處理。YU W等人[36]考慮基質(zhì)非達(dá)西流、滑脫流、解吸和應(yīng)力敏感性、誘導(dǎo)裂縫和主裂縫達(dá)西流建立滲流模型,并對縫網(wǎng)系統(tǒng)離散化嵌入處理進(jìn)一步評價產(chǎn)能大小。糜利棟等人[37]認(rèn)為連續(xù)介質(zhì)理論不適用于描述裂縫性頁巖氣藏,并基于離散化網(wǎng)格模型理論建立了基質(zhì)—裂縫滲流模型,滲流模型中考慮了微米級、納米級孔隙中氣體的滑脫效應(yīng)以及擴(kuò)散效應(yīng),模型采用傳統(tǒng)的有限差分方法求解,雖更接近于儲層實(shí)際情況,但尚還存在計算數(shù)據(jù)多、速度慢的缺陷。衛(wèi)鵬云等人[38]考慮基質(zhì)中的解吸、擴(kuò)散作用以及天然裂縫和主裂縫中的達(dá)西滲流建立考慮雙重介質(zhì)的離散縫網(wǎng)耦合模型,并將其應(yīng)用于人工壓裂頁巖氣藏開發(fā)數(shù)值模擬。姜瑞忠等人[39]基于雙應(yīng)變胡克模型(TPHM),建立綜合考慮頁巖氣黏性流、克努森擴(kuò)散、吸附解吸的有限元數(shù)值模型,運(yùn)用離散裂縫模型表征地層微裂縫及水力裂縫,并開展參數(shù)敏感性分析。

離散裂縫產(chǎn)能模型在連續(xù)介質(zhì)模型的基礎(chǔ)上,考慮裂縫不規(guī)則性的延展、分布形態(tài)特征對裂縫進(jìn)行離散化數(shù)值處理,還原了頁巖儲層體積壓裂縫網(wǎng)中的裂縫不規(guī)則延展以及空間分布的特征屬性,適用于頁巖氣藏分段壓裂水平井多尺度裂縫和強(qiáng)非均質(zhì)性頁巖儲層的產(chǎn)能評價。

1.2 SRV+USRV區(qū)域產(chǎn)能模型

微地震監(jiān)測表明[40],水力壓裂改造的體積是有限的,主裂縫簇間距較大時,裂縫間的部分區(qū)域并未完全改造;且主裂縫中的壓降波及范圍有限,主裂縫尖端外部的區(qū)域一般看作未壓裂改造區(qū)域。考慮到未壓裂改造區(qū)域的供氣能力對氣井產(chǎn)能的影響,國內(nèi)外研究學(xué)者開展了USRV+SRV區(qū)域氣體復(fù)合流動規(guī)律的研究,針對性地提出了一系列SRV+USRV區(qū)域產(chǎn)能模型(如三線性流模型和五區(qū)復(fù)合產(chǎn)能模型),以預(yù)測氣井生產(chǎn)動態(tài)特征和評價氣井最終可采儲量(Estimated Ultimate Recovery,EUR)大小。如Brown M等人[41]在2011年考慮外區(qū)的供氣能力提出了頁巖氣井三線性流模型。郭小哲等人[42]基于經(jīng)典三線性流模型提出了考慮解吸擴(kuò)散的滲流模型并得到了產(chǎn)能解析解以及井底壓力公式。吳永輝等人[43]考慮了氣體的解吸、擴(kuò)散、滑脫以及高壓物性的非線性建立了三線性流模型并獲取了產(chǎn)能半解析解。Stalgorova K[44]考慮主裂縫間和主裂縫外區(qū)的未壓裂儲層動用過程的滲流場的差異,建立了五區(qū)復(fù)合線性流模型。尹洪軍等人[40]在Stalgorova的五區(qū)復(fù)合模型的基礎(chǔ)上考慮了頁巖氣解吸、擴(kuò)散提出了新的產(chǎn)能預(yù)測模型。

多區(qū)復(fù)合產(chǎn)能模型分區(qū)數(shù)目反映儲層強(qiáng)非均質(zhì)性,也體現(xiàn)了儲層動用區(qū)域的大小,描述壓裂區(qū)和未壓裂區(qū)氣體的動用規(guī)律以及動用程度對產(chǎn)能的貢獻(xiàn)大小。

綜上所述,從連續(xù)性介質(zhì)模型到離散網(wǎng)絡(luò)模型,產(chǎn)能模型的發(fā)展更加全面地考慮了氣體跨尺度的滲流機(jī)制和體積壓裂縫網(wǎng)不規(guī)則形態(tài)對流動的影響,實(shí)現(xiàn)了氣體從微尺度到宏觀尺度的流動規(guī)律耦合。發(fā)展后的產(chǎn)能評價模型考慮了多區(qū)復(fù)合供氣能力對生產(chǎn)動態(tài)的貢獻(xiàn)程度,體現(xiàn)了儲層不同壓裂程度對開發(fā)規(guī)律的影響,有利于合理評價產(chǎn)能大小和預(yù)測EUR。實(shí)際頁巖氣滲流過程中存在非線性效應(yīng)以及不規(guī)則縫網(wǎng)預(yù)測存在很大的困難,無論是連續(xù)介質(zhì)模型還是離散網(wǎng)絡(luò)模型都有其難以克服的困難,影響產(chǎn)能預(yù)測的精度。

2 立體開發(fā)產(chǎn)能模型

由于頁巖儲層中存在滲流屏障,頁巖氣藏開發(fā)表現(xiàn)出一井一藏的特點(diǎn)。長寧—威遠(yuǎn)區(qū)塊主要單獨(dú)對龍一11優(yōu)質(zhì)小層中下部進(jìn)行開采,有效厚度有限,分布在5 m左右。而蜀南地區(qū)儲層品質(zhì)較好的頁巖儲層厚度可達(dá)到30～70 m,體積壓裂裂縫縱向上延伸高度可達(dá)20～30 m,目前下部縱向上實(shí)際動用儲量比例約22%[45-46]。為解決單層開發(fā)效果不理想、頁巖優(yōu)質(zhì)儲層縱向上儲量動用范圍有限的問題,保持頁巖氣規(guī)模上產(chǎn)和長期穩(wěn)產(chǎn),有學(xué)者提出了頁巖氣立體開發(fā)的理論概念[47],具體是對多層段優(yōu)質(zhì)儲層層系、井網(wǎng)分布和多段體積壓裂頁巖氣水平井進(jìn)行立體組合,建立人工縫網(wǎng)系統(tǒng),重構(gòu)儲層滲流場,建成多層段“人工氣藏”[48],以最大程度提高儲量控制程度和動用程度,改善整個氣田的開發(fā)效益。頁巖氣立體開發(fā)是實(shí)現(xiàn)頁巖氣田規(guī)模開發(fā)、極大程度提高儲層縱向動用范圍的關(guān)鍵途徑。

美國于2013年在Permian盆地Bone Spring及Wolfcamp等層系實(shí)施頁巖氣立體開發(fā),多層段開發(fā)已取得顯著效果[49-50]。中國海相頁巖氣資源較為豐富,其中四川盆地、中—上揚(yáng)子地區(qū)兩大海相五峰組—龍馬溪組頁巖氣“甜點(diǎn)區(qū)”有機(jī)質(zhì)頁巖厚度大,總有機(jī)碳含量高、有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育、保存條件好,有利開采面積約10×104km2,頁巖氣可采資源量為 8.82×1012m3,具備實(shí)現(xiàn)立體開發(fā)的基礎(chǔ)物性條件[46]。

立體開發(fā)技術(shù)已在常規(guī)氣藏、致密砂巖氣藏以及煤層氣藏多層段開發(fā)中應(yīng)用多年[51],而對于多層生產(chǎn)特征的認(rèn)識多數(shù)停留在現(xiàn)場直井多層開發(fā)和實(shí)驗(yàn)研究的定性認(rèn)識上;多層開發(fā)產(chǎn)能模型則主要基于砂巖氣、致密氣、煤層氣等直井同井筒多層合采特征建立。Arevalo-villagran J等人[52]為預(yù)測不同原始地層壓力下各個儲層的產(chǎn)量提出了改進(jìn)的El-Banbi的多層合采氣井產(chǎn)量預(yù)測方法,該方法適用于滲透率分布在0.1～10 mD的地層;Bielenis Villanueva等人[53]以 leaky-tank模型和Cullender-Smith 模型為基礎(chǔ),對不同竄流和邊界條件下的多層合采進(jìn)行了產(chǎn)能研究,通過牛頓迭代實(shí)現(xiàn)了壓力和產(chǎn)量的精確計算,采用三層合采模擬案例驗(yàn)證了該方法。劉啟國等人[54]考慮了圓形封閉邊界氣井井筒不同的儲集效應(yīng)和表皮因子,分別研究了多層層間無竄流氣藏的滲流機(jī)理并建立了數(shù)學(xué)模型,基于拉普拉斯變換和Stehfest數(shù)值反演方法推導(dǎo)得到了多層合采氣井的分層產(chǎn)量貢獻(xiàn)及在實(shí)空間的無因次井底壓力的解;賈英蘭[55]針對多層油氣藏合采引發(fā)一系列復(fù)雜的油氣滲流問題,開展了體積開發(fā)滲流模型與試井分析方法研究;張昭等人[56]采用系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)分析方法,建立了一種不考慮層間竄流的分層產(chǎn)量計算方法,確定各小層的配產(chǎn)量和分層井底壓力。

目前頁巖氣多層段開發(fā)生產(chǎn)規(guī)律的研究方法來源于直井多層開發(fā)研究成果,與頁巖氣水平井多層多段開發(fā)的特征不相適應(yīng),其產(chǎn)能預(yù)測結(jié)果與生產(chǎn)動態(tài)會存在較大誤差。頁巖氣立體開發(fā)是大趨勢,因此有必要開展頁巖氣水平井立體開發(fā)物理模擬和理論研究,推動形成頁巖氣水平井立體開發(fā)產(chǎn)能評價方法的系統(tǒng)理論研究成果,為現(xiàn)場頁巖儲層立體開發(fā)儲量動用率和最終采收率優(yōu)化方案的制定提供理論參考。

3 產(chǎn)能影響因素研究

國內(nèi)外文獻(xiàn)[57-59]分析頁巖氣的流動效應(yīng)參數(shù)(解吸、滑脫、擴(kuò)散、應(yīng)力敏感性等),儲層參數(shù)(儲層含氣量、滲透率等)和壓裂參數(shù)(裂縫半長、壓裂帶半寬、簇間距以及裂縫形態(tài)特征)等對氣井單層不同生產(chǎn)階段產(chǎn)能大小存在明顯的影響。在生產(chǎn)初期,頁巖儲層內(nèi)氣體產(chǎn)出是由裂縫流動貢獻(xiàn),其特點(diǎn)為初期產(chǎn)能高,產(chǎn)量遞減率快,此時解吸和滑脫效應(yīng)對產(chǎn)量的影響較小,生產(chǎn)初期,產(chǎn)能主要受裂縫參數(shù)的影響。隨著生產(chǎn)時間的增加和地層孔隙壓力的降低,產(chǎn)量進(jìn)入基質(zhì)控制階段,頁巖氣開始大量解吸并且滑脫效應(yīng)越來越明顯,對頁巖氣產(chǎn)量的貢獻(xiàn)也越大。上產(chǎn)中后期流動效應(yīng)參數(shù)和儲層參數(shù)對產(chǎn)能影響較大。部分學(xué)者[60-62]以氣井產(chǎn)氣速率或者累產(chǎn)氣量為因變量,采用了正交試驗(yàn)法、多元回歸分析法或主成分分析法等明確了產(chǎn)能主控性敏感參數(shù)類型,并設(shè)計頁巖氣井的壓裂施工方案以保證頁巖氣藏規(guī)?；⒔?jīng)濟(jì)性開發(fā)。

現(xiàn)有研究[63-64]表明天然氣多層開發(fā)產(chǎn)量和各小層動用均衡程度易受層間干擾的影響,出現(xiàn)層間干擾的原因主要是儲層層段間的物性差異(初始層內(nèi)壓力、滲透率以及微裂縫—層理發(fā)育程度等)以及工程參數(shù)(水平井井距、井網(wǎng)類型部署和多層補(bǔ)充接替時間)。一般來說分層間物性參數(shù)差異越明顯或者井距越小越易造成層間氣體倒灌現(xiàn)象,不利于分層氣體均衡產(chǎn)出,導(dǎo)致儲層最終采收率低于層間獨(dú)立開發(fā)的儲層最終采收率。徐軒、朱華銀等人分別運(yùn)用了物理實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬方法分析了層間非均質(zhì)性和壓力系統(tǒng)差異對分層產(chǎn)氣量和儲量動用的影響,提出儲量動用均衡性的界定方法。位云生等人[45]假設(shè)裂縫截面形態(tài)為“星形”,認(rèn)為采用“W”形的上下兩層交錯水平井部署對龍1儲層進(jìn)行立體開發(fā),有利于提高儲量動用程度。譚玉涵等人開展了多層合采開發(fā)物理模擬實(shí)驗(yàn)表明多層同時開發(fā)時井間干擾作用較為明顯,一般多采用低滲層接替高滲層開發(fā)提高儲量動用程度。

因此,在開展頁巖儲層多層開發(fā)動態(tài)特征分析前需要厘清層間干擾的影響因素以及參數(shù)臨界值,建立頁巖氣多層開采層間溝通的界定劃分理論方法,旨在優(yōu)化壓裂施工參數(shù)以降低層間干擾程度和指導(dǎo)現(xiàn)場頁巖儲層多層高效立體開發(fā)。

4 認(rèn)識和展望

1)根據(jù)氣體供給區(qū)域范圍,頁巖氣產(chǎn)能模型大體分為SRV區(qū)域產(chǎn)能模型和USRV+SRV區(qū)域復(fù)合產(chǎn)能模型,考慮到產(chǎn)能模型中裂縫形態(tài)的差異性,SRV產(chǎn)能模型可劃分為連續(xù)介質(zhì)模型和離散縫網(wǎng)產(chǎn)能模型,連續(xù)介質(zhì)模型依據(jù)儲層介質(zhì)傳導(dǎo)能力的不同可進(jìn)一步細(xì)分為雙重介質(zhì)模型、多重介質(zhì)模型以及等效連續(xù)介質(zhì)模型。

2)立體開發(fā)能有效解決儲層單層開發(fā)效率低、動用程度不理想的技術(shù)難題,是實(shí)現(xiàn)頁巖氣田規(guī)模開發(fā)、極大程度提高儲層縱向動用范圍的發(fā)展方向。但是國內(nèi)外頁巖水平氣井立體開發(fā)物理模擬和理論研究很少,主要沿用直井多層合采理論研究成果,這些成果不適應(yīng)頁巖水平井分段壓裂多層合采的開發(fā)特點(diǎn),需開展相關(guān)研究,推動形成頁巖氣水平井立體開發(fā)產(chǎn)能評價方法的系統(tǒng)理論研究成果,為現(xiàn)場頁巖儲層立體開發(fā)儲量動用率和最終采收率優(yōu)化方案的制定提供理論參考。

3)頁巖氣產(chǎn)能主要影響因素包括流動效應(yīng)參數(shù)(解吸、滑脫、擴(kuò)散、應(yīng)力敏感性等),儲層參數(shù)(儲層含氣量、滲透率等)和壓裂參數(shù)(裂縫半長、壓裂帶半寬、簇間距以及裂縫形態(tài)特征)。生產(chǎn)前期產(chǎn)量大小主要受控于裂縫參數(shù),后期受控于基質(zhì)物性參數(shù)和流動效應(yīng)參數(shù)。