李旭成 李曉平 強(qiáng)小軍 李 可

（1.“油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·西南石油大學(xué) 2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司采油五廠）

頁(yè)巖氣產(chǎn)能分析理論及方法研究綜述

李旭成1李曉平1強(qiáng)小軍2李 可1

（1.“油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·西南石油大學(xué) 2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司采油五廠）

頁(yè)巖氣以其儲(chǔ)量豐富、開(kāi)采潛力巨大在世界能源中占有重要的地位。在長(zhǎng)期的頁(yè)巖氣開(kāi)采實(shí)踐中，頁(yè)巖氣產(chǎn)能的理論研究不斷發(fā)展和深化。通過(guò)經(jīng)驗(yàn)法、解析法以及數(shù)值模擬法對(duì)頁(yè)巖氣產(chǎn)能進(jìn)行描述和計(jì)算評(píng)估，這些產(chǎn)能研究理論由于研究方法的基本條件和分析手段的不同，在推動(dòng)頁(yè)巖氣產(chǎn)能研究理論進(jìn)步的同時(shí)也給頁(yè)巖氣的開(kāi)采實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)了困難。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的頁(yè)巖氣產(chǎn)能分析理論及計(jì)算方法進(jìn)行梳理和總結(jié)，闡述了目前頁(yè)巖氣產(chǎn)能分析理論在我國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)采中的適應(yīng)性問(wèn)題，指出建立針對(duì)頁(yè)巖氣壓裂特點(diǎn)的裂縫擴(kuò)展和產(chǎn)能預(yù)測(cè)模型，開(kāi)展頁(yè)巖氣藏氣水兩相流動(dòng)規(guī)律的研究是未來(lái)發(fā)展的方向。參28

頁(yè)巖氣 壓裂水平井產(chǎn)能理論方法

0 引言

頁(yè)巖氣藏中的氣體主要賦存在巖石基質(zhì)以及天然裂縫當(dāng)中［1］，頁(yè)巖儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，孔隙直徑較小，納米級(jí)孔隙普遍發(fā)育，大量的頁(yè)巖氣是以吸附態(tài)儲(chǔ)存于頁(yè)巖中，這給頁(yè)巖氣吸附氣的描述帶來(lái)困難。目前，只能通過(guò)巖心實(shí)驗(yàn)分析來(lái)得到地層中吸附氣的含量。因此，吸附氣的含量在頁(yè)巖氣中占有很大的比例，對(duì)其產(chǎn)能會(huì)產(chǎn)生巨大的影響［2］。為了更好的了解頁(yè)巖氣產(chǎn)能分析的研究進(jìn)展，本文從經(jīng)驗(yàn)法、解析法、數(shù)值模擬法這三種產(chǎn)能分析方法作為切入點(diǎn)，對(duì)頁(yè)巖氣產(chǎn)能的分析理論及計(jì)算方法、研究現(xiàn)狀進(jìn)行全面的綜述。

1 頁(yè)巖氣產(chǎn)能研究方法概述

1.1 經(jīng)驗(yàn)法

早期對(duì)頁(yè)巖氣的產(chǎn)能分析研究主要集中于確定解吸氣和吸附氣的存在性，進(jìn)而確定出準(zhǔn)確的圖版參數(shù)對(duì)頁(yè)巖氣藏的產(chǎn)能進(jìn)行描述。

Lane和Watson［3］等人運(yùn)用不同的數(shù)值模擬模型（考慮解吸和不考慮解吸的單孔隙模型以及考慮解吸和不考慮解吸的雙孔隙模型）對(duì)吸附參數(shù)進(jìn)行了確定，分別對(duì)不同的模型進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)擬合，通過(guò)對(duì)擬合結(jié)果的比較，最終確定出是否存在解吸機(jī)理。Lane等人認(rèn)為通過(guò)氣藏的生產(chǎn)數(shù)據(jù)可以確定出相應(yīng)的滲透率，但卻不能得到相應(yīng)的頁(yè)巖氣的解吸參數(shù)。Hazlett和Lee［4］致力于尋找一個(gè)能夠用于頁(yè)巖氣藏修正參數(shù)，他們認(rèn)為早期和中期氣體在雙孔隙中的流動(dòng)情況主要由裂縫來(lái)決定，此時(shí)，孔隙流動(dòng)效率λ幾乎不起任何作用，而到了生產(chǎn)后期，這一參數(shù)對(duì)產(chǎn)能有很大的影響。W.K.Sawyer［5］等利用Excel程序和歷史擬合的方法對(duì)頁(yè)巖氣藏產(chǎn)能進(jìn)行了模擬和預(yù)測(cè)研究，由于頁(yè)巖氣藏的特殊地質(zhì)構(gòu)造及儲(chǔ)層物性，穩(wěn)產(chǎn)年限長(zhǎng)，這種不需要建立在基礎(chǔ)模型上的預(yù)測(cè)手段也能獲得相對(duì)較好的效果。Li fan和Fang luo［6］等運(yùn)用產(chǎn)量遞減分析方法對(duì)Barnett頁(yè)巖氣藏8700多口水平井進(jìn)行了分組評(píng)價(jià)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該氣藏產(chǎn)量遞減遵循雙曲線遞減，且遞減指數(shù)介于1.3～1.6之間，初始遞減率在56%到74%之間。李武廣［7］等人根據(jù)翁氏模型理論基礎(chǔ)，結(jié)合多元線性回歸系數(shù)求解法，對(duì)實(shí)際頁(yè)巖氣生產(chǎn)井進(jìn)行了產(chǎn)能預(yù)測(cè)，分析頁(yè)巖氣井產(chǎn)量變化規(guī)律。為減小頁(yè)巖氣產(chǎn)量遞減預(yù)測(cè)的不確定性，該方法預(yù)測(cè)要在頁(yè)巖氣井出現(xiàn)了產(chǎn)量上升、穩(wěn)產(chǎn)、下降三個(gè)階段時(shí)才比較準(zhǔn)確，其優(yōu)點(diǎn)在于不僅可以對(duì)整個(gè)頁(yè)巖氣的生產(chǎn)階段進(jìn)行預(yù)測(cè)還可以對(duì)生產(chǎn)狀況相似的新井進(jìn)行產(chǎn)量預(yù)測(cè)。白玉湖［8］等人提出了一種確定典型曲線應(yīng)用中一些重要參數(shù)的新方法。該方法在對(duì)于處理存在關(guān)井狀態(tài)的井時(shí)，直接忽略掉關(guān)井的時(shí)間，將再次開(kāi)井的時(shí)間點(diǎn)前移至關(guān)井時(shí)間點(diǎn)，無(wú)需考慮生產(chǎn)時(shí)率對(duì)典型曲線造成的影響。隨后，李欣［9］等人提出了有別于常規(guī)氣藏的多級(jí)壓裂水平井不穩(wěn)定生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析方法，該方法主要是利用生產(chǎn)數(shù)據(jù)和時(shí)間的雙對(duì)數(shù)曲線來(lái)計(jì)算分析頁(yè)巖氣多級(jí)壓裂水平井的孔隙體積和原始地質(zhì)儲(chǔ)量，此方法的優(yōu)點(diǎn)在于即使氣藏的孔隙度、滲透率、儲(chǔ)層厚度和井的泄流面積不能很好的確定，也能計(jì)算出壓裂氣體體積（S R V）、直線流的孔隙體積和原始地質(zhì)儲(chǔ)量。但是，該方法僅僅適用于單相氣體流動(dòng)，如果有兩相以上流體流動(dòng)，則需要對(duì)模型進(jìn)行進(jìn)一步的修改。

從經(jīng)驗(yàn)法可以看出，此方法多是基于頁(yè)巖氣藏的開(kāi)采實(shí)踐，對(duì)頁(yè)巖氣開(kāi)采的實(shí)際產(chǎn)量數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合對(duì)比和分析，找出影響頁(yè)巖氣產(chǎn)能的關(guān)鍵因素以及頁(yè)巖氣產(chǎn)量的遞減情況，并通過(guò)長(zhǎng)期生產(chǎn)數(shù)據(jù)的變化來(lái)判斷在頁(yè)巖氣開(kāi)采過(guò)程中是否存在明確的滲流過(guò)程。這種方法對(duì)于頁(yè)巖氣產(chǎn)能的預(yù)測(cè)具有明顯的局限性，它受到地理位置、氣藏基本地質(zhì)情況、開(kāi)采方案、開(kāi)采工具以及現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)操作人員等因素的影響比較大。不能把這種經(jīng)驗(yàn)圖表和公式直接應(yīng)用到我國(guó)頁(yè)巖氣的開(kāi)采實(shí)際中，而我國(guó)又缺乏相應(yīng)的頁(yè)巖氣開(kāi)采經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)數(shù)據(jù)的積累，所以這種頁(yè)巖氣產(chǎn)能預(yù)測(cè)方式在我國(guó)不可取。

1.2 解析法

解析法有兩種：①建立數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)得到頁(yè)巖氣井的產(chǎn)能公式的解析解；②利用保角變換、等值滲流阻力法、鏡像反映原理和勢(shì)函數(shù)疊加等方法，得到頁(yè)巖氣井的產(chǎn)能公式。由于頁(yè)巖氣的特殊存儲(chǔ)性質(zhì)，較一般水平井產(chǎn)能公式更為復(fù)雜，一般很少單純的建立數(shù)學(xué)模型，對(duì)頁(yè)巖氣壓裂水平井的產(chǎn)能公式進(jìn)行推導(dǎo)，而是多采用各種變換等方式得到相應(yīng)的頁(yè)巖氣藏壓裂水平井的產(chǎn)能公式。

Carlson Mercer［10］在瞬時(shí)徑向流模型中采用了菲克擴(kuò)散定律，將氣體擴(kuò)散公式中的壓力項(xiàng)做了替換，計(jì)算后得到了一個(gè)Laplace空間下的氣體累積產(chǎn)量公式，實(shí)現(xiàn)了頁(yè)巖氣藏中裂縫寬度和裂縫長(zhǎng)度的預(yù)測(cè)。

J.P SPIVEY在考慮了非線性Langmuir等溫吸附的情況下，通過(guò)定義修正的時(shí)間和壓力，將其改寫(xiě)為無(wú)因次的形式，并通過(guò)Stehfest反演算法，得到了相應(yīng)邊界條件下在Laplace空間域中的無(wú)因次流量解；并結(jié)合數(shù)值模擬的方法，分析了供給半徑、儲(chǔ)容系數(shù)、竄流系數(shù)、Langmuir體積和井底流壓這五種參數(shù)對(duì)解析法和模擬法計(jì)算產(chǎn)能所產(chǎn)生誤差的影響。

Fisher［11］等人提出了復(fù)雜裂縫形態(tài)理論，并認(rèn)為頁(yè)巖氣井壓裂后形成的復(fù)雜的裂縫形態(tài)可以簡(jiǎn)化為多裂縫或交錯(cuò)分布的形態(tài)，建立了離散裂縫產(chǎn)能預(yù)測(cè)模型。M.Tabatabaei等對(duì)美國(guó)Bakken盆地致密多層頁(yè)巖氣藏壓裂水平井的流動(dòng)進(jìn)行了分析，分析介質(zhì)從基質(zhì)到裂縫再到井筒的流動(dòng)情況，提出了一個(gè)精確的產(chǎn)能評(píng)價(jià)公式。

段永剛［12］等從頁(yè)巖氣滲流機(jī)理入手，以點(diǎn)源函數(shù)方法為基礎(chǔ)，應(yīng)用菲克擬穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散模型，研究了頁(yè)巖氣在基質(zhì)和裂縫中的單相流動(dòng)，以點(diǎn)源函數(shù)為基礎(chǔ)建立了頁(yè)巖氣藏壓裂井滲流數(shù)學(xué)模型，該數(shù)學(xué)模型為：

通過(guò)一系列的數(shù)學(xué)變換，運(yùn)用疊加原理并結(jié)合鏡像反映法，最終求取了頁(yè)巖氣無(wú)限導(dǎo)流壓裂井的壓力響應(yīng)的計(jì)算表達(dá)式：

此壓力響應(yīng)并未考慮井筒儲(chǔ)集效應(yīng)和表皮效應(yīng)，基于這一缺陷，段永剛等人通過(guò)采用Everdingen和Hurst方法，得出了考慮井筒儲(chǔ)集和表皮效應(yīng)的Laplace空間無(wú)因次擬壓力解，并通過(guò)Stehfest數(shù)值反演和計(jì)算機(jī)編程得出了頁(yè)巖氣藏壓裂井的雙對(duì)數(shù)典型曲線。隨后，段永剛［13］又利用Langmuir等溫吸附方程描述了頁(yè)巖氣的吸附解吸現(xiàn)象，通過(guò)點(diǎn)源函數(shù)及質(zhì)量守恒法，結(jié)合頁(yè)巖氣滲流特征建立雙重介質(zhì)壓裂井滲流數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用其先前推導(dǎo)頁(yè)巖氣藏連續(xù)點(diǎn)源分布的方法得出了考慮解吸的頁(yè)巖氣藏連續(xù)點(diǎn)源解：

李建秋［14］等在研究頁(yè)巖氣藏特征及滲流規(guī)律的基礎(chǔ)上，建立了考慮解吸作用的頁(yè)巖氣井滲流微分方程，求解了定生產(chǎn)壓力圓形封閉地層中心一口垂直頁(yè)巖氣井的無(wú)因次Laplace空間流量解，此無(wú)因次流量解為：

對(duì)上式進(jìn)行Stehfest數(shù)值反演，繪制了頁(yè)巖氣井無(wú)因次的產(chǎn)能遞減曲線。并在研究中發(fā)現(xiàn)，頁(yè)巖氣井達(dá)到擬穩(wěn)態(tài)流動(dòng)的時(shí)間比常規(guī)氣井晚，頁(yè)巖氣井生產(chǎn)時(shí)間較常規(guī)氣井長(zhǎng)；Langmuir體積對(duì)產(chǎn)能遞減的影響是線性的，而Langmuir壓力的影響是非線性的。

李曉強(qiáng)［15］等提出了一個(gè)考慮頁(yè)巖基質(zhì)中達(dá)西流和擴(kuò)散流的雙重流動(dòng)機(jī)理模型，建立了雙重孔隙介質(zhì)、雙重滲流機(jī)理公式，得出了模型的無(wú)因次Laplace空間解。結(jié)果表明，當(dāng)基質(zhì)滲透率在納達(dá)西范圍的時(shí)候，基質(zhì)顆粒的表面主要以達(dá)西流為主，基質(zhì)顆粒的中心以擴(kuò)散流為主；且在計(jì)算中若忽略了基質(zhì)中的擴(kuò)散流動(dòng)，會(huì)大大低估頁(yè)巖氣的產(chǎn)能。其無(wú)因次體積流量表達(dá)式為：

高樹(shù)生［16］等在物理模擬研究滑脫效應(yīng)的基礎(chǔ)上，根據(jù)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)特征，建立了考慮人工壓裂和氣體滑脫效應(yīng)的氣井產(chǎn)能公式，研究了不同儲(chǔ)層壓力條件下滑脫系數(shù)對(duì)于氣井產(chǎn)能和生產(chǎn)壓差的影響程度。研究發(fā)現(xiàn)，氣體的滑脫效應(yīng)只在儲(chǔ)層孔隙壓力很小的情況下才表現(xiàn)出來(lái)，而在儲(chǔ)層壓力高的情況并不明顯，尤其是當(dāng)壓力大于10 MPa時(shí)，可以忽略滑脫效應(yīng)對(duì)產(chǎn)能的影響。該氣井產(chǎn)能公式為：

謝維楊［17］結(jié)合頁(yè)巖氣藏水平井壓裂后產(chǎn)生水力壓裂縫這一情況，建立了水力壓裂縫導(dǎo)流的頁(yè)巖氣藏水平井后期穩(wěn)定開(kāi)采的滲流模型，通過(guò)運(yùn)用等值滲流阻力法，并考慮吸附解吸影響，推導(dǎo)出水力壓裂縫導(dǎo)流的頁(yè)巖氣藏水平井穩(wěn)定滲流產(chǎn)能公式。在實(shí)例分析中，對(duì)水力裂縫數(shù)量、裂縫間距等參數(shù)對(duì)氣井的產(chǎn)能的影響進(jìn)行了研究。該低滲透多裂縫壓裂水平井穩(wěn)定產(chǎn)能公式為：

王坤、張烈輝［18］等針對(duì)頁(yè)巖氣藏中兩條互相垂直裂縫井，建立了考慮裂縫的有限導(dǎo)流和滑脫效應(yīng)影響的頁(yè)巖氣藏裂縫井穩(wěn)態(tài)產(chǎn)能數(shù)學(xué)模型，并推導(dǎo)出了相應(yīng)的穩(wěn)態(tài)滲流產(chǎn)能公式，在此基礎(chǔ)上研究了不同滑脫系數(shù)下裂縫穿透比對(duì)產(chǎn)能的影響。其研究結(jié)果表明，在低壓流動(dòng)情況下，氣井產(chǎn)能受滑脫效應(yīng)影響更加明顯，且滑脫系數(shù)越大，裂縫導(dǎo)流能力越強(qiáng)，氣井的產(chǎn)能就會(huì)越大。該穩(wěn)態(tài)產(chǎn)能公式為：

任俊杰、郭平［19］等人綜合考慮頁(yè)巖氣解吸擴(kuò)散和滲流特征，建立了頁(yè)巖氣藏壓裂水平井產(chǎn)能模型，應(yīng)用LAPLAC變換和Duhamel原理并結(jié)合Stehfest數(shù)值反演的方法求解了產(chǎn)能模型，根據(jù)模型繪制了頁(yè)巖氣藏壓裂水平井產(chǎn)能遞減曲線；該模型的無(wú)因次流量與無(wú)因次擬壓力的關(guān)系為：

在整個(gè)解析法中，各學(xué)者均采用了不同的模型對(duì)頁(yè)巖氣的產(chǎn)能進(jìn)行了預(yù)測(cè)，國(guó)外學(xué)者考慮的多是單井模型，Carlson運(yùn)用了瞬時(shí)徑向流模型，F(xiàn)isher則運(yùn)用了離散裂縫模型，對(duì)比發(fā)現(xiàn)，對(duì)于頁(yè)巖氣需要壓裂進(jìn)而產(chǎn)生復(fù)雜裂縫而言，F(xiàn)ishe模型更加接近實(shí)際情況。對(duì)于國(guó)內(nèi)學(xué)者建立的頁(yè)巖氣壓裂井滲流數(shù)學(xué)模型對(duì)比發(fā)現(xiàn)，段永剛等人的頁(yè)巖氣滲流模型的發(fā)展基本存在三個(gè)階段，首先是處于最基本的頁(yè)巖氣在雙重介質(zhì)中的單相流，進(jìn)而考慮井筒的儲(chǔ)集效應(yīng)和表皮效應(yīng)，最后加入了符合頁(yè)巖氣性質(zhì)的等溫吸附模型，建立了更為完善的滲流模型。其研究可以通過(guò)反演得出頁(yè)巖氣藏的點(diǎn)源解，但局限于單一的流動(dòng)機(jī)理且僅適用于直井情況，此時(shí)的模型并未考慮氣體的滑脫效應(yīng)以及裂縫的導(dǎo)流狀態(tài)。而李曉強(qiáng)則側(cè)重于另一角度對(duì)頁(yè)巖氣雙重流動(dòng)機(jī)理進(jìn)行了研究，認(rèn)為基質(zhì)中的擴(kuò)散流對(duì)產(chǎn)能有很大的影響。在后續(xù)的研究進(jìn)展中，高樹(shù)生和王坤、張烈輝等人同時(shí)在模型中考慮了氣體的滑脫效應(yīng)，但前者假設(shè)裂縫為理想的無(wú)限導(dǎo)流，而后者在建立模型的時(shí)候考慮的更為實(shí)際的裂縫有限導(dǎo)流情況?；诂F(xiàn)階段頁(yè)巖氣多采用水平井開(kāi)采，謝維楊和任俊杰建立了頁(yè)巖氣水平井壓裂模型，前者在研究過(guò)程中將假設(shè)條件定為理想狀態(tài)，即滲流為等溫滲流，不考慮氣體的擴(kuò)散以及滑脫效應(yīng)，建立的穩(wěn)定滲流產(chǎn)能公式在開(kāi)發(fā)前期并不適用。而后者在研究過(guò)程中，綜合考慮頁(yè)巖氣的解吸附，擴(kuò)散以及滲流特征，并考慮了井筒儲(chǔ)集效應(yīng)和表皮效應(yīng)，得到了無(wú)因次時(shí)間與產(chǎn)量的關(guān)系，繪制了頁(yè)巖氣壓裂水平井產(chǎn)能遞減曲線，對(duì)產(chǎn)能的影響因素分析更為準(zhǔn)確。

國(guó)內(nèi)對(duì)于頁(yè)巖氣產(chǎn)能的解析法的研究大多是從產(chǎn)能理論模型的建立和產(chǎn)能計(jì)算公式的推導(dǎo)兩個(gè)方面入手。這主要是因?yàn)槲覈?guó)對(duì)于頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)還處于起步階段，沒(méi)有辦法對(duì)大量的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合和分析，只能單純的從理論上來(lái)研究頁(yè)巖氣的產(chǎn)能。但是這種產(chǎn)能預(yù)測(cè)方法存在兩個(gè)主要問(wèn)題：首先，產(chǎn)能公式的推導(dǎo)和模型的建立都是建立在對(duì)頁(yè)巖氣的滲流規(guī)律正確認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，而現(xiàn)在國(guó)內(nèi)對(duì)于頁(yè)巖氣解析、吸附和擴(kuò)散以及頁(yè)巖氣的流動(dòng)過(guò)程和規(guī)律的認(rèn)識(shí)大多是從國(guó)外直接引進(jìn)過(guò)來(lái)的，這就存在一個(gè)可行性和適用性的問(wèn)題，畢竟國(guó)外的地質(zhì)特征、沉積環(huán)境和天然裂縫分布和國(guó)內(nèi)存在一定的差異。因此，在沒(méi)有對(duì)我國(guó)頁(yè)巖氣滲流規(guī)律有一個(gè)明確清晰地認(rèn)識(shí)之前，這種方法的計(jì)算結(jié)果只能做一個(gè)大致參考而不能過(guò)分依賴(lài)；其次，這些模型和理論公式本身的驗(yàn)證中存在一定的問(wèn)題，通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研，我們可以發(fā)現(xiàn)很多文獻(xiàn)在在進(jìn)行模型驗(yàn)證時(shí)選取的參數(shù)都是根據(jù)國(guó)外實(shí)際開(kāi)采中各參數(shù)的數(shù)量級(jí)自行選取的，這并不一定適應(yīng)國(guó)內(nèi)的開(kāi)采實(shí)際，因此國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣的產(chǎn)能預(yù)測(cè)不能過(guò)分依賴(lài)這些分析結(jié)果。

1.3 數(shù)值模擬法

數(shù)值模擬法主要分為兩種：①在各種直井模擬軟件的基礎(chǔ)上，通過(guò)準(zhǔn)確描述頁(yè)巖氣的解吸附機(jī)理來(lái)模擬頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)；②應(yīng)用數(shù)值模擬方法建立頁(yè)巖氣壓裂水平井的產(chǎn)能預(yù)測(cè)模型。目前關(guān)于數(shù)值模擬模型主要包括雙重介質(zhì)模型、多重介質(zhì)模型以及等效介質(zhì)模型。

在數(shù)值模擬法中，Carlson［20］和Williamson［21］等人主要是基于基本的雙重介質(zhì)模型的模擬研究對(duì)已開(kāi)發(fā)氣藏的生產(chǎn)情況進(jìn)行歷史擬合來(lái)進(jìn)行產(chǎn)能預(yù)測(cè)以及分析產(chǎn)能的相關(guān)影響因素。其中Carlson的模型中并未考慮到吸附氣的影響，所以模型的使用范圍受限，只能用于開(kāi)發(fā)的初期。之后Bustin［22］等人建立的模型在雙重介質(zhì)的基礎(chǔ)上，考慮了氣水兩相流動(dòng)和氣體的解吸附，分析裂縫的間距以及基巖擴(kuò)散對(duì)產(chǎn)能的影響。但這一模型仍未考慮氣體的滑脫效應(yīng)以及應(yīng)力敏感。Wu［23］等人在隨后的研究中建立了考慮這些因素的裂縫性氣藏多重介質(zhì)模型，并對(duì)比了該模型與雙重介質(zhì)模型的區(qū)別。Moridis等人在Bustin和Wu的研究基礎(chǔ)上，考慮多組分吸附，建立了頁(yè)巖氣等效介質(zhì)模型。研究了吸附曲線、裂縫類(lèi)型對(duì)產(chǎn)能的影響。通過(guò)對(duì)比等效介質(zhì)、雙孔隙、雙滲透率模型的模擬情況，發(fā)現(xiàn)雙滲透模型與實(shí)際情況擬合較好。但以上的研究均認(rèn)為流體為達(dá)西流動(dòng)，但是在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，裂縫中存在非達(dá)西流動(dòng)，因此C.M Freeman［24］等人在考慮了這一因素的前提下，結(jié)合多組分吸附和克努森擴(kuò)散的基礎(chǔ)上，用Langmuir等溫吸附方程探討了油藏各種參數(shù)及其物理現(xiàn)象對(duì)多重裂縫水平井在超低滲油藏條件下的影響。SCHEPERS［25］等人建立了頁(yè)巖氣藏三重介質(zhì)模型，針對(duì)頁(yè)巖吸附氣和游離氣并存的特點(diǎn)，綜合考慮了氣體的解吸附擴(kuò)散和達(dá)西流動(dòng)的滲流模式以及氣水兩相滲流規(guī)律；進(jìn)而對(duì)產(chǎn)能進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。

孫海成［26］利用數(shù)值模擬手段分析了頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的基質(zhì)滲透率、裂縫連通性、裂縫密度（改造體積）、頁(yè)巖氣儲(chǔ)層主裂縫與次裂縫對(duì)產(chǎn)量的影響，研究發(fā)現(xiàn)，頁(yè)巖氣儲(chǔ)層滲透率都很低，必須通過(guò)水平井完井以及壓裂改造形成相互連通的有效裂縫。錢(qián)旭瑞［27］以室內(nèi)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，運(yùn)用數(shù)值模擬方法，研究了頁(yè)巖儲(chǔ)層性質(zhì)和壓裂后裂縫性質(zhì)對(duì)頁(yè)巖氣產(chǎn)能的影響規(guī)律，研究發(fā)現(xiàn)影響頁(yè)巖氣產(chǎn)能的主要因素為脆性礦物的含量，粘土的含量，以及網(wǎng)狀裂縫的復(fù)雜程度，其中裂縫網(wǎng)絡(luò)的總體積對(duì)氣井的產(chǎn)能影響最大。程元方［28］等人借鑒適用于非常規(guī)煤層氣藏雙重孔隙介質(zhì)模型和考慮溶洞情況的三重孔隙介質(zhì)模型，基于頁(yè)巖氣儲(chǔ)層特征和成藏機(jī)理，提出了頁(yè)巖氣藏三孔雙滲介質(zhì)模型，研究了頁(yè)巖氣解吸擴(kuò)散滲流規(guī)律，提出考慮儲(chǔ)層流體重力和毛細(xì)管力影響的滲流微分方程，并利用數(shù)值模擬軟件對(duì)頁(yè)巖氣井產(chǎn)能進(jìn)行了預(yù)測(cè)。結(jié)果表明基質(zhì)滲透率和裂縫導(dǎo)流能力是頁(yè)巖氣開(kāi)采的主控因素，只有對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行大規(guī)模壓裂改造形成連通性較強(qiáng)的裂縫網(wǎng)絡(luò)后才能獲得理想的頁(yè)巖氣產(chǎn)量和采收率。

綜合調(diào)研發(fā)現(xiàn)，通過(guò)數(shù)值模擬的手段來(lái)模擬分析頁(yè)巖氣的解析和吸附、基巖的孔隙度、滲透率、天然裂縫的形態(tài)分布、擴(kuò)散系數(shù)以及滑脫效應(yīng)等參數(shù)和現(xiàn)象對(duì)頁(yè)巖氣產(chǎn)能的影響，雖然能夠很好地指導(dǎo)頁(yè)巖氣的壓裂施工設(shè)計(jì)，但是由于對(duì)參數(shù)的分析受模擬軟件的水平和參數(shù)的設(shè)定影響較大，軟件的選取以及參數(shù)的確定沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，在產(chǎn)能評(píng)價(jià)中仍然存在較多的問(wèn)題，在我國(guó)的實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該加強(qiáng)注意。

2 結(jié)論及建議

（1）目前，頁(yè)巖氣藏產(chǎn)能動(dòng)態(tài)分析的方法主要分為：經(jīng)驗(yàn)法、解析法、及數(shù)值模擬方法，單一的采取某一種方法進(jìn)行預(yù)測(cè)，效果并不是很理想，結(jié)合多種方法以及應(yīng)用動(dòng)態(tài)分析軟件可以取得更好的效果。

（2）對(duì)于數(shù)值模擬方法，一般是在模擬壓裂水平井的基礎(chǔ)上通過(guò)描述頁(yè)巖氣滲流吸附機(jī)理對(duì)其進(jìn)行研究，目前還沒(méi)有一種針對(duì)頁(yè)巖氣壓裂水平氣井的數(shù)模軟件。同時(shí)，現(xiàn)有的文獻(xiàn)關(guān)于氣體在裂縫中的流動(dòng)情況所建立的模型各不相同，對(duì)于氣體的流動(dòng)機(jī)制還沒(méi)有形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。

（3）產(chǎn)能預(yù)測(cè)模型研究面臨的主要問(wèn)題是復(fù)雜的裂縫形態(tài)和多變的滲流模式，目前的模型在裂縫形態(tài)上沒(méi)有考慮不規(guī)則的壓裂改造區(qū)域以及網(wǎng)狀裂縫不規(guī)則分布的情況，需要建立針對(duì)頁(yè)巖氣井分段壓裂特點(diǎn)的裂縫擴(kuò)展和產(chǎn)能預(yù)測(cè)模型。

（4）頁(yè)巖氣藏均需要進(jìn)行水力壓裂增產(chǎn)，調(diào)研文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)氣藏壓裂液返排不足50%，大部分滑溜水存在于地層中，頁(yè)巖氣藏勢(shì)必存在氣水兩相流動(dòng)，對(duì)頁(yè)巖氣藏氣水兩相流動(dòng)規(guī)律的研究將是以后的研究重點(diǎn)。

符號(hào)說(shuō)明

Lf—裂縫長(zhǎng)度，m；

h—儲(chǔ)層有效厚度，m；

Re—泄油半徑，m；

Tsc—標(biāo)準(zhǔn)條件下溫度，K；

T—頁(yè)巖氣儲(chǔ)層溫度，K；

psc—標(biāo)準(zhǔn)條件下壓力，mPa；

b—滑脫系數(shù)；

Φw—擬井底流壓；

Φe—擬邊界壓力；

rD—無(wú)因次半徑；

pD—無(wú)因次壓力；

VD—無(wú)因次濃度；

xD、yD—無(wú)因次空間坐標(biāo)變量；

tD—無(wú)因次時(shí)間；

hD—無(wú)因次厚度；

VE—平衡狀態(tài)下氣體濃度，m3／m3；

Vic—初始條件下頁(yè)巖氣濃度，m3／m3；

I0、I1—修正一類(lèi)貝塞爾函數(shù)，0階段或1階；

K0、K1—修正二類(lèi)貝塞爾函數(shù)，0階或1階；

zwD—空間任意點(diǎn)無(wú)因次坐標(biāo)；

K∞—儲(chǔ)層絕對(duì)滲透率，mD；

pe—供給邊界壓力，mPa；

d—裂縫間距半長(zhǎng)，m；

pwf—井底流壓，mPa；

rw—水平井井筒半徑，m；

rwe—等效直井半徑，m；

N—裂縫條數(shù)；

qm—頁(yè)巖氣擴(kuò)散速率；

λ—竄流系數(shù)；

ω—儲(chǔ)容系數(shù)；

s—拉普拉斯變量；

α—吸附系數(shù)；

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（修改回稿日期 2013－10－15 編輯 文敏）

李旭成，男，1989年出生，西南石油大學(xué)石油工程學(xué)院在讀碩士；從事油氣田開(kāi)發(fā)方面的研究。地址：（610500）四川成都新都區(qū)西南石油大學(xué)。電話：13518108967。E－mail：lxchemlock＠163.com