页岩气藏生产井产量递减规律研究

姚 猛 胡 嘉 李 勇 雷 刚 彭 攀 糜利栋

1.中国石油大学石油工程教育部重点实验室，北京 102249；2.长江大学石油工程学院，湖北 荆州 434023；3.胜利油田临盘采油厂，山东 临邑 251507

0 前言

对于资源量巨大的页岩气［1］，快速精确评估其储量和未来开发潜力，预测其区块产能显得尤为重要。由于页岩气的特殊渗流机理［2-3］，以往用于产量递减分析的方法已不能准确研究页岩气的递减规律。国内外专家、学者对于页岩气藏模型及其递减规律做过相应研究，白玉湖［4］采用常规的Arps 产量递减方法对页岩气的递减规律进行了粗略研究；甘柏松［5］采用数值模拟的方法，研究了影响页岩气单井累计产量的各种因素；蒋佩［6］等提出了一种理想经验模型，以分析致密气和页岩气井的产量和储量。但他们使用的方法仅适用于常规天然气产量递减分析，没有考虑页岩气的特殊性；而且其中提出的新方法操作复杂，不利于推广，也没有提出计算页岩气井井控面积的方法。

针对页岩气藏独特的流动机理，通过实际页岩气井资料研究，优选了5 种产量递减分析方法，且这5 种方法相互验证，规避了上述不利因素，对页岩气藏生产井产量递减分析提供了坚实理论依据。且计算页岩气井井距对优化井网井距、制定开发方案非常重要。

1 页岩气产量递减规律

由于页岩气藏自生自储，独立成藏，其流动经历解吸附、扩散和渗流，导致其递减规律和其它常规天然气藏的递减规律不同。因此在研究页岩气井递减规律时，要选择相适应的递减分析方法。

分析整理美国5 大页岩气田的开采数据，其单井产量典型递减曲线见图1。从图1 可知，页岩气井初始产量在前两年递减很快，但后期产量较小，保持平稳，下降很慢。这就导致页岩气井开采周期长，需多次重复压裂以提高产能，获得经济效益。页岩气井递减曲线形态可解释为：开采初期，由于页岩气储层裂缝发育，在裂缝中的页岩气为自由气，能以较高的产量生产，且在裂缝内形成压降，但此时的压降不能形成瞬间动态平衡，只能使吸附于裂缝和基质的天然气缓慢解析而采出；随着页岩气藏的开发，其产量不断降低，使得解析出的吸附气与生产量越来越接近，从而导致后期产量出现低产平稳现象。

图1 美国主要页岩气气田单井产量典型递减曲线

当运用Arps 常规产量递减分析方法研究美国主要页岩气田单井产量规律时，计算出其理论递减指数n ＞1，说明常规递减分析方法已不适用于页岩气井，为此优选出5 种产量递减分析方法，通过相互验证，以用于页岩气井产量递减分析研究。

2 页岩气井生产数据

某页岩气藏的一口实际生产井数据见图2。该井为我国首批页岩气开采试验井，位于四川盆地，为压裂直井，目的层位为龙马溪组，测试资料齐全。具体气藏参数见表1。

图2 该页岩气井生产资料

表1 页岩气藏生产井基本参数

3 页岩气气井产量递减类型

3.1 Blasingame 产量递减分析

Blasingame 方法将试井分析中的曲线拟合技术应用于生产数据分析，充分考虑了生产动态中压力变化特征，并成功解决了常规分析方法中压力必须保持稳定的局限性。传统的Arps 递减分析方法不能分析径向流不稳定阶段的变井底流压生产情形；而且在后期边界控流制动阶段也只是用经验递减系数来分析变井底流压的影响，没考虑流体PVT 随地层压力的变化。Blasingame 产量递减分析能克服上述两个缺陷；且三条曲线拟合减小了结果的多解性。同时可以用于径向流、裂缝、水平井、拟稳态水驱和多井模型等情况。

使用Blasingame 方法对该页岩气井进行拟合（见图3），拟合结果：OGIP 为23.024×105m3。

图3 Blasingame 曲线拟合

3.2 Fetkovich 产量递减分析

Fetkovich 以均质地层不稳定渗流理论为基础，结合Arps 经验公式，建立了一套完善的受控于渗流机理的产量递减曲线分析方法。其图版前半部分表示为不稳定流动阶段有界封闭边界（或有限供给边界）中心一口井，以定井底流压生产时的解析解；后半部分代表的是依据经验规律所得到的产量递减规律。

使用Fetkovich 方法对该页岩气井进行拟合（见图4），拟合结果：OGIP 为23.953×105m3。

3.3 AG 产量递减分析

AG（Agarwal Gardner Rate vs Time Typecurve Analysis）方法采用等效定速和恒压方法，提出用于研究生产数据分析的一种典型递减曲线。与Fetkovitch 不同的是，AG 方法全部为解析解画的图版，其理论基础是定压或定产条件下压力不稳定分析渗流理论。

使用AG 方法对该页岩气井进行拟合（见图5），拟合结果：OGIP 为23.491×105m3。

图4 Fetkovich 曲线拟合

图5 AG 曲线拟合

3.4 FMB 产量递减分析

FMB（物质平衡）是用来估算储层以往以及未来动态进行情况的一种油藏工程基本方法, 它以储层的质量守恒定律为基础。

使用FMB 方法对该页岩气井进行拟合（见图6），拟合结果：OGIP 为23.063×105m3。

3.5 NPI 产量递减分析

NPI（无因次产量规整化压力和物质平衡） 方法利用产量规整化的压力积分形式,由Blasingame 提出, 主要通过积分建立一种可靠的、不受数据分散影响的分析方法。NPI 递减曲线典型图版的横坐标与Blasingame 以及AG 方法相同, 横坐标为物质平衡拟时间, 纵坐标为产量规整化拟压力。

使用NPI 方法对该页岩气井进行拟合（见图7），拟合结果：OGIP 为23.885×105m3。

图6 FMB 曲线拟合

图7 NPI 曲线拟合

由于页岩气藏储层和渗流规律的特殊性，应结合多种递减分析方法研究页岩气井产量递减规律，上述5 种方法均有各自优缺点，从所得结果看出，数值都比较接近，可通过取平均储量以提高精度。

4 对比Saphir 软件中页岩气井控半径

通过以上5 种方法拟合得到各自储量，在考虑吸附气基础上，可通过容积法，计算出这口井的井控半径。

式中：Gt为总页岩气地质储量，m3；Ga为吸附气量，m3；Gf为游离气量，m3；

式中：A 为含气面积，m2；h 为有效厚度，m；φ 为有效孔隙度；Sgi为原始含气饱和度；α 为吸附气系数；r为井控半径，m。

带入数值，计算出该压裂井井控半径为576.815 9 m，且通过Saphir 试井软件分析得到渗流半径为568.55 m，相对误差为1.45 %，在工程误差许可范围内。故上述5种产量递减方法在研究页岩气井产量递减时都适用，但为提高精度，应同时使用多种方法，以相互验证。

5 结论

a）通过分析美国主要页岩气田的生产数据，发现页岩气井产量递减规律与常规气藏的规律不同，主要表现在初期递减速度很快，后期保持平稳，且递减指数n ＞1，常规Arps 递减分析方法已不适用。

b）由于页岩气藏特殊的储层条件以及渗流规律，在研究其递减规律时，要结合多种分析方法，相互验证，最大限度减小各种方法的缺陷，以取得精确的结果。

c）页岩气井控制半径是一个非常重要的参数，对井网井距、布井方式、页岩气采收率、生产年限等都起着决定性作用。

d）页岩气藏的开发在国内属于起步阶段，加之地下储层物性和流体的复杂性，各种参数的计算都存在不确定性，可借助试井资料对页岩气递减分析结果进行验证。

［1］闫存章，黄玉珍，葛春梅，等.页岩气是潜力巨大的非常规天然气资源［J］.天然气工业，2009, 29(5): 1-6.Yan Cunzhang, Huang Yuzhen, Ge Chunmei, et al. Shale Gas: Enormous Potential of Unconventional Natural Gas Resources［J］. Natural Gas Industry, 2009, 29(5): 1-6.

［2］于荣泽，张晓伟，卞亚南，等.页岩气藏流动机理与产能影响因素分析［J］.天然气工业，2012, 32(9): 10-15.Yu Rongze, Zhang Xiaowei, Bian Yanan, et al. Flow Mechanism of Shale Gas Reservoirs and Influential Factors of Their Productivity［J］. Natural Gas Industry, 2012, 32(9): 10-15.

［3］胡 嘉,姚 猛.页岩气水平井多段压裂产能影响因素数值模拟研究［J］.石油化工应用，2013, 32(5): 34-39.Hu Jia, Yao Meng. Multiple Fracturing of Horizontal Well in Shale Gas Productivity Factors Numerical Simulation Researching ［J］.Petrochemical Industry Application, 2013, 32(5): 34-39.

［4］白玉湖，杨 皓，陈桂华，等.页岩气产量递减典型曲线应用分析［J］.可再生能源，2013, 31(5): 115-119.Bai Yuhu, Yang Hao, Chen Guihua, et al. Application and Analysis of Yield Decline Type Curve of Shale Gas［J］. Renewable Energy Resources, 2013, 31(5): 115-119.

［5］甘柏松.页岩气单井产量和累计产量影响因素分析［J］.石油天然气学报，2013, 35(3): 127-129.Gan Baisong. The Influential Parameters Analysis on Single Well and Accumulated Productions of Shale Gas Well［J］. Journal of oil and Gas Technology, 2013, 35（3）:127-129.

［6］蒋 佩，王怒涛，姚锋盛，等. 非常规天然气产量递减分析新方法及其应用［J］.天然气与石油，2012, 30(2): 52-55.Jiang Pei, Wang Nutao, Yao Fengsheng, et al. Foreign New Methods for Analysis on Unconventional Gas Production Rate Decline and Their Application［J］. Natural Gas and Oil, 2012, 30(2): 52-55.