【頁巖氣產(chǎn)能評價技術探究4000字（論文）】

頁巖氣產(chǎn)能評價技術研究目錄TOC\o"1-2"\h\u17904摘要 17832引言 172181.儲層分布復雜 236172.賦存方式多樣化 2132653.多尺度多介質(zhì)微觀運移機理 223861一、頁巖氣產(chǎn)能評價方法 2109711.1絕對無阻流量表征產(chǎn)能 2227551.2可采儲量表征產(chǎn)能 327793二、產(chǎn)能評價方法優(yōu)化 5287122.1經(jīng)驗一點法修正 586252.2確定頁巖氣三項式產(chǎn)能方程 612184三、頁巖氣產(chǎn)能影響因素 6225412.1地質(zhì)因素 6315242.2工程因素 717320四、結(jié)論 832565參考文獻 9摘要頁巖氣作為一種重要的非常規(guī)天然氣資源，日益受到人們的重視。基于頁巖氣復雜的多尺度滲流機制，頁巖氣的產(chǎn)能評價方法方法也備受爭議。結(jié)合國內(nèi)外頁巖氣生產(chǎn)資料及研究現(xiàn)狀，提出了采用絕對無阻流量及可采儲量表征產(chǎn)能的方法，針對其產(chǎn)能預測的局限性又提出了裂縫性系統(tǒng)下的三項式產(chǎn)能評價優(yōu)化方法。在產(chǎn)能評價的基礎上分析了產(chǎn)能影響因素，為準確預測頁巖氣井產(chǎn)能，研究頁巖氣生產(chǎn)動態(tài)規(guī)律奠定基礎。引言近年來美國掀起的“頁巖氣革命”使美國的頁巖氣開發(fā)取得重大成功，美國躋身為世界天然氣生產(chǎn)大國。同時，全球開始聚焦于頁巖氣勘探開發(fā)事業(yè)，世界各國相繼開展頁巖氣研究工作。截至2012年年底，美國的頁巖氣占總天然氣產(chǎn)量的30%，加拿大則占到了15%，而中國頁巖氣占了不到1%。但從資源總量上看，我國頁巖氣資源量相與美國頁巖氣總量大體相當。頁巖氣是一種特殊的非常規(guī)天然氣資源，主要存儲于頁巖儲層中基于復雜的頁巖構(gòu)造，相比于常規(guī)油氣藏，頁巖氣一般有以下典型特征：1.儲層分布復雜頁巖致密性強，具有低孔隙度、超低滲透率的特點，頁巖氣在頁巖基質(zhì)無法直接進行氣體傳輸。因此在氣藏內(nèi)部廣泛發(fā)育的天然裂縫系統(tǒng)是構(gòu)成氣體傳輸?shù)闹饕ǖ馈?.賦存方式多樣化頁巖孔隙結(jié)構(gòu)復雜，頁巖氣具有自生自儲的特點，主要以游離態(tài)、溶解態(tài)和吸附態(tài)三種狀態(tài)賦存在頁巖儲層中。其中，絕大部分氣體以游離方式存儲在頁巖納微米孔隙、天然裂縫和人工壓裂裂縫中；吸附氣主要吸附于有機質(zhì)顆粒表面（如干酪根等）；少量的溶解氣溶解在固體有機質(zhì)中(如瀝青）。3.多尺度多介質(zhì)微觀運移機理頁巖氣滲流涵蓋宏觀尺度、介觀尺度、分子尺度以及微納觀尺度，為典型的多場耦合多介質(zhì)的運移過程。頁巖氣的運移產(chǎn)出機理主要有以下三個階段：吸附在頁巖儲層基質(zhì)表面的天然氣解吸附后形成自由氣存儲在基質(zhì)孔隙中；解吸產(chǎn)生的游離氣與原生游離氣通過基質(zhì)孔隙流到天然裂縫和誘導裂縫中；氣體以滲流的方式匯入壓裂縫，最終流向井筒。由此可知，在頁巖氣開采過程中，無論是開采技術還是開發(fā)技術方案，頁巖氣都與其他常規(guī)油氣藏具有很大差異。因此，采用合理的產(chǎn)能評價方法詳細分析頁巖氣動態(tài)變化，準確預測產(chǎn)能是科學開發(fā)頁巖氣的基礎。本文通過對頁巖氣產(chǎn)能評價方法以及產(chǎn)能影響因素兩方面進行研究，總結(jié)出了目前頁巖氣產(chǎn)能評價的先進方法。一、頁巖氣產(chǎn)能評價方法1.1絕對無阻流量表征產(chǎn)能油氣田開發(fā)過程中，絕對無阻流量是用來對氣井進行產(chǎn)能評價、合理配產(chǎn)的重要參數(shù)，通過產(chǎn)能試井的方法求取無阻流量，具體有回壓試井法、等時試井法、修正等時試井法和一點法試井等ADDINNE.Ref.{519C6928-D14E-4AA9-9C16-FB09FF7B38A9}[1]。二項式產(chǎn)能方程為：當井底流壓為一個大氣壓時，此時氣井產(chǎn)量即為無阻流量。其產(chǎn)能方程為：式（2）也可表示為一點法的產(chǎn)能方程形式：其中：式中：根據(jù)五點法，根據(jù)生產(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù)可以直接且準確預測產(chǎn)能及壓力變化。1.2可采儲量表征產(chǎn)能研究表明，壓裂改造后的裂縫系統(tǒng)并不能全面的反映試井階段的頁巖氣產(chǎn)能，包括頁巖氣吸附解吸附在內(nèi)的其他產(chǎn)能也需要準確預測。因此，油田開發(fā)實踐活動表明選用可采儲量來表征產(chǎn)能也是預測產(chǎn)能的有效手段ADDINNE.Ref.{675201B5-8DA3-46E9-A83C-6A9F20125E40}[2]。主要可通過非穩(wěn)態(tài)產(chǎn)能預測、無物質(zhì)平衡法、經(jīng)驗公式法、數(shù)值模擬法以及經(jīng)驗遞減法五種方式來實現(xiàn)。1.2.1非穩(wěn)態(tài)產(chǎn)能預測方法由于頁巖氣在開采過程中主要以非穩(wěn)定滲流階段為主，因此頁巖氣非穩(wěn)態(tài)產(chǎn)能變化規(guī)律能更好的反映氣井實際產(chǎn)能。目前對于多段壓裂水平井主要有裂縫等效法、三線性流法、雙孔線性流法和五線性流法等五種方法。在這里我們簡單介紹五線性流法ADDINNE.Ref.{5478A9EA-75BB-484D-A37A-3948DB2DDCD6}[3]。作為使用較多的產(chǎn)能預測方法，其模型中考慮井底氣流匯集影響的氣井井底無因次壓力表示為：式中：氣井井底無因次流量為：式中：1.2.2數(shù)值模擬法在油田開發(fā)過程中，油田開發(fā)設計人員更傾向于利用數(shù)值模擬方法來模擬實際氣田生產(chǎn)狀況，對油田生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行歷史擬合從而達到預測氣井產(chǎn)能變化的目的，它可以更精細、更直觀的反映頁巖氣真實生產(chǎn)狀態(tài)ADDINNE.Ref.{2FD6A8D1-FE9B-4B68-A111-3EE8A629684F}[4]。1.2.3物質(zhì)平衡法物質(zhì)平衡法用于定容封閉的頁巖氣藏，該方法需要計算廢棄地層壓力，代入物質(zhì)平衡方程即可求出可采儲量。物質(zhì)平衡方程如下ADDINNE.Ref.{C78E0A60-16FC-467D-B618-9A95999B53D1}[1]：式中：圖1.2物質(zhì)平衡法評價頁巖氣可采儲量1.2.4經(jīng)驗遞減法相較于其他產(chǎn)能評價方法，經(jīng)驗遞減法應用簡單，參數(shù)要求低，因此常用來分析產(chǎn)量遞減情況。國內(nèi)外大量研究資料表明，產(chǎn)能遞減法主要包括改進的Arps雙曲遞減法、冪律指數(shù)、擴展指數(shù)以及Duong遞減法等四種方法ADDINNE.Ref.{16D70F72-6448-42C3-A1E8-CA4867D395EA}[5]。由于經(jīng)驗遞減法需要氣井生產(chǎn)期至少為半年以上，且基于國內(nèi)外頁巖氣開采方式、壓裂改造工藝等方面的差異性，目前普遍采用擴展指數(shù)遞減法來進行產(chǎn)能動態(tài)分析及預測。擴展指數(shù)法靈活性強，適用于處于遞減期且生產(chǎn)期較長的頁巖氣藏，預測產(chǎn)量范圍有限但可以不用依賴于預處理數(shù)據(jù)，因此主要用以預測處于遞減期階段的氣井產(chǎn)能。二、產(chǎn)能評價方法優(yōu)化2.1經(jīng)驗一點法修正在試井過程中，當二項式或指數(shù)式受到地層內(nèi)在或其他因素影響，出現(xiàn)相關性系數(shù)較差或倒置現(xiàn)象而引起產(chǎn)量不穩(wěn)定時，可以采用試湊法來對曲線進行校正。在得到校正后的無阻流量后，可以結(jié)合單井二項式產(chǎn)能方程推導出焦石一點法公式ADDINNE.Ref.{0BFF4541-259A-4F71-AD6F-C2512FD72C8B}[6,7]：式中：PD—無因次壓力；qsc—標況下的氣產(chǎn)量；104m3/d2.2確定頁巖氣三項式產(chǎn)能方程基于頁巖氣復雜的多尺度的滲流機理，當在裂縫結(jié)構(gòu)中高速滲流時，基質(zhì)、裂縫系統(tǒng)間可能發(fā)生竄流現(xiàn)象，此時，二項式方程可能無法適用。因此，李鵬在二項式方程的基礎上提出了三項式產(chǎn)能方程進一步對多尺度微觀滲流機理下的頁巖氣開展研究ADDINNE.Ref.{2FBE6A75-0972-4548-83B3-B3DEE137E82A}[5]。在原二項式方程的基礎上添加三次項，得到三次項方程如下：通過代入試井實測數(shù)據(jù)進行多元回歸求解求出三次項方程系數(shù)：a=-6.99，b=-20.219，c=0.0034，d=1257.6。因此得到三項式產(chǎn)能方程為：表1產(chǎn)能試井數(shù)據(jù)三、頁巖氣產(chǎn)能影響因素頁巖氣產(chǎn)能受多種因素的影響，除頁巖物性參數(shù)：如礦物組成、頁巖有機質(zhì)含量及成熟度、頁巖儲層孔隙度、滲透率及裂縫發(fā)育程度等因素外，還受到工程因素：如壓裂工藝水平、壓裂技術等影響。2.1地質(zhì)因素2.1.1礦物組成頁巖儲層中富含粘土礦物（如伊利石、蒙皂石）以及少量的脆性礦物（如長石、白云石等）。其中，高含量脆性礦物有助于頁巖發(fā)育大量天然裂縫，更易受水力壓裂技術影響而形成人工裂縫，從而有效提高頁巖氣井產(chǎn)能。另外，粘土礦物含量也對含氣量有極大的影響ADDINNE.Ref.{A976B6B4-DEF8-4125-993A-704160E5DBA3}[8]。高含量的粘土礦物中氣體吸附能力越強，頁巖的含氣性就越好；反之，高含量的脆性礦物中氣體吸附能力越弱，含氣性則越差。2.1.2有機質(zhì)豐度及成熟度頁巖氣大量賦存于富含有機質(zhì)的成熟的黑泥頁巖中，有機質(zhì)（TOC）含量是衡量頁巖含氣性好壞的重要標準，有機碳(TOC)含量越高，則頁巖的含氣性越好。頁巖氣有生物成因氣和熱成因氣兩種成因類型，通常以干酪根類型衡量有機質(zhì)生烴能力大小，它決定了頁巖中最終產(chǎn)物的油氣兩相性質(zhì)ADDINNE.Ref.{20001FB9-03AB-4249-B055-1516A95EEF05}[11]。頁巖氣一般以吸附狀態(tài)賦存于干酪根中，在開采過程中，氣體會隨儲層壓力的降低逐漸解吸附，從干酪根中擴散出來。2.1.3滲透率頁巖儲層致密性強，具有低孔隙度、超低滲透率的特點，因此頁巖氣在基質(zhì)中滲流阻力較大，流動較慢，因此發(fā)育較好的天然微裂縫成為了頁巖氣滲流的主要通道。2.2工程因素基于頁巖氣復雜的滲流機理及儲層分布特征，常規(guī)的油藏工程理論已經(jīng)無法指導頁巖氣開發(fā)。為提高頁巖氣采收率，使油田獲得最大化的經(jīng)濟效益，頁巖氣壓裂水平工藝是目前頁巖氣開采過程中的關鍵技術。根據(jù)國內(nèi)外調(diào)研資料可知，全球95%以上的頁巖氣井都需要采用人工壓裂技術以開發(fā)頁巖氣。頁巖氣壓裂過程中，影響產(chǎn)能評價的工程因素主要有以下幾點：2.2.1改造體積對于復雜的裂縫儲層，需要利用人工壓裂技術調(diào)控裂縫體積來提高產(chǎn)氣量。有關學者通過研究裂縫型儲層內(nèi)頁巖氣滲流機理得出，在數(shù)值模擬模型中，壓裂改造體積越大，裂縫產(chǎn)氣效果越好。以下為錢旭瑞等學者通過研究所得出的產(chǎn)量與改造后裂縫體積的關系曲線，結(jié)果表明，改造體積的大小是影響裂縫頁巖氣產(chǎn)量的重要工程因素。圖2.1不同改造體積下產(chǎn)氣量預測曲線2.2.1支裂縫條數(shù)在對裂縫進行壓裂改造過程中，裂縫由于受到壓裂作用會變形形成支裂縫，從而對產(chǎn)能產(chǎn)生一定影響。錢旭瑞等學者在采用數(shù)值模擬方法對壓裂后支裂縫條數(shù)對產(chǎn)能的影響進行研究后認為，當支裂縫條數(shù)相同時，頁巖氣產(chǎn)能無太大變化。主縫條數(shù)相同時，支裂縫條數(shù)會對產(chǎn)能有一定影響。四、結(jié)論（1）提出針對常規(guī)頁巖氣井中可以采用無阻流量或可采儲量來表征產(chǎn)能的產(chǎn)能評價方法，分析了其適用性以及產(chǎn)能求取方法，認為其雖然能直觀反映氣井產(chǎn)能，但仍具有一定局限性。（2）在常規(guī)產(chǎn)能評價方法的基礎上提出兩種新型且適用性較強的產(chǎn)能評價方法，尤其針對多段壓裂水平井情況下當出現(xiàn)基質(zhì)、裂縫竄流現(xiàn)象時產(chǎn)能的預測及評價，既彌補了先前產(chǎn)能評價方法分析產(chǎn)能不夠全面的缺點，又增強了產(chǎn)能預測評價的準確性及全面性。（3）從地質(zhì)因素和工程因素兩方面分析頁巖氣產(chǎn)能影響因素，特別是針對多段壓裂水平井中復雜的裂縫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對頁巖氣產(chǎn)能的影響程度。認為壓裂工藝中改造后的裂縫體積以及支裂縫條數(shù)對頁巖氣井產(chǎn)能具有重要影響。參考文獻ADDINNE.Bib[1]郭艷東等,頁巖氣多段壓裂水平井產(chǎn)能影響因素研究.科技通報,2018.34(04):第72-78+83頁.[2]張小濤等,頁巖氣井產(chǎn)能評價方法研究.天然氣地球科學,2016.27(3):第549-553頁.[3]張晉,頁巖氣分段壓裂水平井產(chǎn)能評價方法及應用,2016,中國石油大學(北京).第80頁.[4]袁淋等,頁巖氣藏壓裂水平井產(chǎn)能及影響因素分析.天然氣與石油,2014.32(02):第57-61+2頁.[5]張文龍,涂廣玉與吳世東,頁巖氣藏的產(chǎn)能分析和預測.當代化工,2016.45(07):第1622-1624頁.[6]梅海燕等,頁巖氣藏壓裂水平井產(chǎn)能及其影響因素.大慶