页岩气压裂井产量预测方法探析

应用常用的带吸附气模块的ECLIPSE商业软件，可对页岩气井压裂产量进行预测。裂缝的设置仍按“等效导流能力”的方法设置。所谓等效导流能力就是将裂缝的宽度放大一定比例后，将裂缝内的渗透率按相同的比例缩小，使它们的乘积即裂缝的导流能力保持不变。之所以要放大裂缝的宽度，这是因为如按原始的裂缝宽度放进气藏模型中，因裂缝的宽度很小（一般仅为2～3 mm），所以划分的网格数量会非常多，造成运算速度显著降低。另外，裂缝内支撑剂的渗透率通常达10D甚至100D以上，比基质的纳达西级渗透率要高10个数量级以上，也同样会极大地降低运算速度和效率。通过适当放大裂缝宽度和按同等比例降低裂缝的渗透率后，上述问题会同步解决。只要将裂缝的宽度放大倍数控制在一定范围内，最终的计算结果稳定性仍然较好。

与常规砂岩气藏不同，页岩压裂的裂缝不是单一的双翼对称的裂缝，而是纵横交错的复杂裂缝。为模拟复杂裂缝，特定义裂缝的连通系数为与井筒有效连通的裂缝条数与总裂缝条数之比。有关裂缝连通系数定义示意如图5—20所示。

图5—20　裂缝连通系数定义示意图

如图5—20（a）所示，与井筒有效连通的裂缝为4条，总裂缝条数为18条，则裂缝连通系数为0.22。而在图5—20（b）中，18条裂缝都与井筒连通，则裂缝连通系数为1。

上述两种连通系数的产量模拟结果如图5—21所示。由图5—21可知，两种裂缝连通系数下的产气量可相差1倍以上。因此，对页岩气压裂而言，不但要增加裂缝的条数，更重要的是要增加与井筒能有效连通的裂缝条数。

图5—21　不同裂缝连通系数下的产量及累计产量对比

增加次裂缝的条数对产量增加会有影响，但增加到一定程度后增幅会逐渐减缓,如图5—22所示。(www.xing528.com)

图5—22　次裂缝密度对产量的影响对比

由图5—22可知，裂缝条数从12条增加18条，裂缝密度增加50%，而10年的累计采气量只增加了15%。由此可以得出，仅持续增加裂缝密度对产量和采出程度的影响十分有限。这是因为页岩气基质渗透率太低，故网络裂缝十分有限，从而导致单井控制面积有限。如果想继续提高该类地层的采出程度，就势必要增加水平井数量。

通过上述类似的模拟还可发现，主裂缝数量对初始产量的影响明显，次生裂缝的发育程度对初始产量的影响不大，只是对投产后的产量递减率以及后期的稳产影响较大。

值得指出的是，最近有学者提出了一种新的计算页岩气产量的方法。得州大学奥斯汀分校的V.Sharb教授最近提出了一种计算页岩气产量的新方法，即一种新的计算模型，考虑了气体在干酪根中的扩散、干酪根表面的Langmuir 吸附以及纳米孔隙的流动。

该模型首先建立一个修正的地层模型来检验基础的物理传输机制和预测页岩气层的气体产量，并用视渗透率取代常规渗透率，同时考虑滑脱和扩散对渗透率的影响。模型中干酪根表面被认为是气体的来源，考虑了吸附和解吸附量。在初始状态下，平衡条件吸附量和解吸附量是相等的。采气时，由于压力下降，吸附量减小，表面开始解吸吸附气体。当在生产过程中解吸附量超过吸附量时，应用建立的吸附气体模型。气体在干酪根中的扩散通过从干酪根内部向干酪根表面提供气体来附加到地层模型中。在均衡条件下，气体在干酪根内部和表面的浓度是相同的，一旦气体吸附导致表面气体浓度降低，产生的气体浓度梯度便形成了气体扩散机制。虽然在地质结构中干酪根中的气体扩散是一个相当缓慢的过程，但气体浓度扩散在页岩气地层模型中是很重要的一部分。

发展的模型量化了每一种传输机制的影响，也证实若使用常规模型预测气体产量，则这些附加的物理传输机制会造成计算误差。新的模型能准确预测页岩气的产能，该模型假设为一维径向地层单相流，并且忽略裂缝的影响。

此外，该团队还建立了一个同时考虑滑脱和无滑脱流动、Knudsen 扩散、Landmuir 吸附－ 解吸的模型，然后用一个数值算法来建立气体在干酪根表面和内部的扩散模型。此模型适用于各种实际情况，能更好地反映不同传输机制相互作用，并量化每个传输机制的影响。