页岩气井产能影响因素分析

钱旭瑞，刘广忠，唐 佳，田 苗，刘孝强

(1.中油海洋工程有限公司，天津 300457;2.中国石油大学，山东 东营 257061; 3.中油辽河油田公司，辽宁 盘锦 124010)

页岩气井产能影响因素分析

钱旭瑞1，刘广忠2，唐 佳1，田 苗3，刘孝强1

(1.中油海洋工程有限公司，天津 300457;2.中国石油大学，山东 东营 257061; 3.中油辽河油田公司，辽宁 盘锦 124010)

以室内实验为基础，运用数值模拟方法，研究了页岩储层性质和压裂后裂缝性质对页岩气产能的影响规律，得到了各影响因素与页岩气产能之间的关系。研究表明，单翼裂缝并不能达到页岩气增产的目的，页岩气压裂后改造体积的大小是影响产能的关键，压裂过程中支裂缝条数越多，改造体积越大，增产效果越明显。

页岩气;产能分析;数值模拟;改造体积;压裂;裂缝

引言

页岩是1种渗透率极低的沉积岩，在含气页岩中，页岩既是气源岩，又是储层。与常规气藏相比，通常将含气页岩看作非常规气藏。由于页岩气藏的特殊性，对于页岩气的开采，还处于勘探阶段。研究页岩储层性质和复杂裂缝对页岩气产能的影响，有助于优化开采设计，从而达到产能最大化［1－3］。

1 开发难点分析

(1)泥页岩储层具有典型的低孔、低渗特征，并随着埋深加大，物性变差。在超低渗(纳米达西)的页岩中造最佳的裂缝，所用的压裂技术与常规砂岩和碳酸盐岩油藏有很大区别。

(2)页岩气藏自然压力低，开发难度大，技术要求高。通常无自然产能，采收率较低，单井产量低，必须采取压裂措施才能有效开采。

(3)页岩气压裂施工规模大，成本高。页岩气压裂是高排量、低黏度，一般采用滑溜水压裂或清水压裂，压裂施工排量通常大于6 m3/min，压裂液携砂浓度低，加砂规模大。

(4)压裂液滤失严重。由于泥页岩中微裂缝发育程度高，压裂时会造成压裂液大规模滤失，所以在压裂时如何封堵微裂缝，减小滤失量是一个重要的技术难题。

2 影响页岩气井产能的主要因素

页岩气的产能受有机质碳含量、有机质成熟度、矿物组成、天然裂缝发育程度等多个因素的影响。正确评价这些因素的作用及影响，对合理评价页岩气产能具有重要意义［4－5］。

2.1 有机碳含量的影响

图1 有机碳含量与含气量的关系

对于不同的页岩储层，含气量与有机碳含量的关系也不相同，一般含气量随有机碳含量增加而增加(图1)，另外有机碳含量还影响以下2方面:有机碳含量决定着生烃量的多少;有机碳含量的大小直接影响页岩的吸附能力，且其含量变化会使页岩的吸附气量产生数量级的变化。

2.2 有机质成熟度的影响

页岩气从形成到富集再到产出主要分为3个阶段:低熟微裂缝开启生物气逸散阶段，高熟微裂缝胶结裂解气富集阶段，压裂微裂缝开启页岩气高产阶段。有机质热成熟度越高，页岩气的产能越高(图2)。

图2 有机质成熟度和产气量之间关系

2.3 矿物组成的影响

页岩地层的矿物组成主要为:脆性矿物(石英、长石、黄铁矿)、碳酸盐岩(方解石、白云石、磷酸盐)和黏土。裂缝网络形成的必要条件与地应力分布有关，岩石的脆性特征是内在的重要影响因素［6－8］。

岩石脆性特征越大，越容易形成复杂网状裂缝，裂缝闭合剖面越粗糙，对页岩气的流动越有利(表1)。

表1 岩石力学脆性与裂缝形态的关系

2.4 天然裂缝发育程度的影响

天然裂缝发育程度是决定页岩气藏游离态天然气和吸附态天然气体积的重要因素。

图3和图4表明了不同射孔相位角下天然裂缝的存在对水平主应力差和裂缝延伸长度的关系。从图中可以看出，天然裂缝发育越丰富，人工裂缝延伸长度下降，天然裂缝的存在对水力裂缝的延伸是不利的。

图3 不同射孔相位角天然裂缝长度与水平主应力差的关系

图4 不同射孔相位角天然裂缝长度与裂缝延伸长度的关系

3 复杂裂缝对页岩气井产能的影响

3.1 改造体积的影响

数值模拟研究表明，页岩气储层改造体积(SRV)越大，压后增产效果越好。由图5可知，改造体积越大，页岩气产量增长越快，改造体积的大小是影响页岩气产量最主要的因素。

图5 页岩气不同改造体积下累计产量预测曲线

3.2 支裂缝条数的影响

当页岩储层压裂形成支裂缝以后，对于产能的影响会发生一定的变化［9－10］。

用数值模拟方法研究压裂后支裂缝条数对页岩气产能的影响，建立1条主裂缝，3条支裂缝，不同条数网缝的模型，假设模拟区域长200 m，宽200 m，外边界定压10 MPa，主裂缝半长为70 m，导流能力为0.5 μm2·cm，裂缝宽为1 mm。

由图6可知，当支缝条数相同时，网缝条数的改变对页岩气的产能影响不大;主缝长度相同时，支缝的条数是影响产能的主要因素。

图6 不同网缝页岩气井产量动态曲线

4 结论

(1)页岩储层脆性矿物含量高，压裂易产生裂缝，但并不一定是脆性矿物含量越高，产量越大，黏土含量决定了吸附气量，对页岩气井的产量也有一定的影响。

(2)网状裂缝复杂程度对页岩气井的产能影响较大，裂缝网络的总体积是影响产能大小的关键，增大改造体积(SRV)，对产能的影响十分明显。在裂缝改造体积相同的情况下，支裂缝数增多，裂缝密度增大，裂缝网络长度变长，产量明显增大。

(3)每一种页岩都有其独特之处，根据各自的特征来进行水力压裂优化设计，选择合适的压裂技术和工艺，以增大改造体积为目标，才能最终达到提高采收率的目的。

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Analysis of influencing factors on shale gas well productivity

QIAN Xu－rui1，LIU Guang－zhong2，TANG Jia1，TIAN Miao3，LIU Xiao－qiang1
(1.Offshore Petroleum Engineering Co.，Ltd.，PetroChina，Tianjin300457，China; 2.China University of Petroleum，Dongying，Shandong257061，China; 3.Liaohe Oilfield Company，PetroChina，Panjin，Liaoning124010，China)

Numerical simulation is conducted based on laboratory test to study the influences of shale reservoir quality and fracture property after fracturing on shale gas production，thus obtained the relationships between influencing factors.The research indicates that fractures on one side can not increase shale gas production;the volume of fractured shale gas reservoir is the key factor affecting productivity;the more the number of fractures is，the bigger the fractured volume is，the more efficient the fracturing stimulation is.

shale gas;productivity analysis;numerical simulation;fractured volume;fracturing

TE375

A

1006－6535(2012)03－0081－03

10.3969/j.issn.1006－6535.2012.03.020

20111010;改回日期:20111115

中油海洋工程有限公司项目“滨海区块深井压裂配套工艺研究”(2011ZW－05)

钱旭瑞(1985－)，男，助理工程师，2008年毕业于中国石油大学(华东)石油工程专业，现从事海洋石油作业平台修井、试油、新井投产、压裂技术管理工作。

编辑张耀星