页岩气藏水平井分段压裂渗流特征数值模拟

张小涛，吴建发，冯曦，等

目的：水平井完井和分段压裂后形成的复杂裂缝网络体系以及吸附气的解吸作用等因素都给页岩气藏的渗流机理研究带来较大挑战。为此，探索在数值模拟软件中构建体积压裂形成的裂缝网络系统，模拟页岩气藏水平井的生产动态，研究页岩气的渗流机理。方法：采用Eclipse2010.1数值模拟软件的煤层气（CBM）模型，应用块中心网格建立网格模型，其中x和y方向均采用不等间距设置网格。模型的物性参数参考长宁区块的宁201-H1井，吸附气的解吸附遵循 Langmuir等温吸附定律，模型的页岩气储量为9.92×108m3，总含气量为2.57 m3/t，其中游离气占总含气量的58%，吸附气占总含气量的42%。模拟水平井的水平段长度为1100 m，共压裂10段，设计裂缝半长均为100 m，模拟页岩气水平井分段压裂后的生产动态。结果：页岩气井在生产初期的产量递减异常显著，投产的第1年内产量递减最高可达80%以上，以后递减逐渐减缓，证实国内页岩气藏与国外已开发的页岩气藏具有相似的生产特征。在气井最初投产的 3～5年内，发生解吸的吸附气量较少，采出的基本都是游离气。随着地层压力降低，大量吸附气慢慢发生解吸，气井生产 30年后，吸附气的解吸作用可以使单井的累计产气量提高10%左右，表明吸附气的解吸作用对气井的生产动态影响较小，但不能忽略。瞬时吸附模式假定吸附气解吸后，压力能够瞬间达到平衡，而延时吸附模式假定吸附气解吸后的扩散过程遵循Fick扩散定律，瞬时吸附模式累计产气量比延时吸附模式高得多，瞬时吸附模式须谨慎应用。水平井投产后，首先采出的是压裂形成的主裂缝中的游离气，进而采出整个储层改造区域（SRV）内的游离气，在压力波及到SRV边缘之前，一直是体积压裂改造形成的裂缝网络系统向气井供气，气井的产量递减迅速。压力波及到SRV边缘之后，储层未被改造到的区域开始向气井供气，并且随着游离气逐渐被采出，储层中压力不断降低，吸附气开始解吸附，气井后期的产量虽然较低，但是相对稳定。当压裂形成的主裂缝较短或分段压裂的段数较少时，增加主裂缝的长度和段数都可以使累计产气量显著提高。当裂缝半长超过100 m后，再继续增加裂缝的长度，累计产气量的增幅越来越小，同样随着分段压裂级数的增加，累计产气量的增幅也越来越小。压裂造成的裂缝网络越复杂，网络体积越大，压后的产量越高，最终的累计产气量和采收率也越高。但是当这种压裂规模增加到一定程度后，再增加其规模、裂缝复杂性（裂缝密度）以及采出程度却没有增加多少。主裂缝导流系数对模型的采出程度有较大影响，在其他条件都相同时，提高压裂形成主裂缝的导流能力，可明显提高气藏的采收率。随着导流系数的不断增大，累计采气量的增幅也越来越小，导流能力的大小对于分段压裂的段数设计有重要影响。结论：页岩气井的瞬时吸附模式过高地估计了吸附气对产气量的贡献，采用延时吸附模式更为合理；页岩气井的单井控制范围有限，必须依靠增加水平井的数量，才能有效地提高页岩气藏的采收率；对于页岩气藏，选取异常高压“甜点”区钻井更容易获得高产页岩气井；只有具有充分导流能力的裂缝才可能成为有效裂缝，压裂出高导流能力的裂缝，不仅可以提高气藏采收率，同时还可以减少分段压裂级数，降低成本；增加水平段长度、裂缝半长以及主裂缝高度都有利于扩大页岩气藏水平井的储层改造区域体积（SRV），以实现页岩气藏的有效开发。

来源出版物：天然气工业, 2013, 33(3): 47-52

入选年份：2015