董守涛
中石化胜利石油工程有限公司井下作业公司 山东东营 257077
摘要：页岩储层孔喉细小、渗透率低，水力压裂后形成主裂缝及诱导裂缝网络加剧了页岩气流动的复杂性。为了准确表征页岩气拟稳态渗流特征，提出了离散裂缝耦合多重连续介质系统数学表征方法，并针对储层裂缝分布形态，利用商业数值模拟器建立了考虑吸附/解吸的页岩气藏离散裂缝耦合多重连续介质数值模拟模型。模型中采用局部网格加密的方法描述离散裂缝网络，基于建立的多重连续介质系统数学方法表征压裂后形成的密集分布微小裂缝体系。利用建立的模型，系统分析了储层横向/纵向动用程度以及裂缝导流能力、裂缝半长、裂缝排布方式等裂缝参数对页岩气泄气面积和气井产能的影响。
关键词：页岩气；缝网压裂；连续介质模型；动用程度；数值模拟
1前言
页岩气储层渗透率极低，在成岩作用、多阶段构造演化、气体赋存状态及介质尺度等方面都与常规油气藏存在较大差异，其既是烃源岩又是储集层，储层中发育大量的微纳米孔隙和干酪根有机质，是典型的原地成藏。近年来，随着长井段水平井技术和分段压裂技术的发展，非常规油气资源的开发成为可能。页岩气储层压裂过程中容易产生裂缝网络系统，形成的多尺度天然裂缝-人工裂缝相互交织会在储层中形成宏观优势流动区域，影响渗流场压力和流体组分的分布。
2多重连续介质基质-裂缝网格划分
目前，常采用Warron-Root双重介质模型描述基质-裂缝交互渗流机制，当本文模型与双重介质模型网格剖分相同时二者描述的流体运移规律相同。采用Matlab软件对笔者建立的离散裂缝耦合多重连续介质模型及Warron-Root双重介质模型进行编程求解。图1所示为当本文模型的网格剖分与Warron-Root双重介质模型相同时生产井井底压力的变化规律。
图1本文模型和Warron-Root模型井底压力对比
图2不同形状因子对井底压力的影响
由图2可知，形状因子值越大，基质-裂缝窜流量就越大，表明从基质流出到裂缝的渗流阻力越小。在多重连续介质系统中，采用多层嵌套方法表征基质内流体的流动规律。进行计算分析时，将基质分成了6层。取Km/Kf=0.00001，0.0001，0.001，0.01，0.1，研究不同岩石基质与裂缝渗透率比值下井底压力变化规律及多重连续介质不同层的压力分布规律。：基质与裂缝的渗透率比值较大时，井底压力下降快，分析认为，基质渗透率与裂缝渗透率相近时流体交换流动阻力小；相反，如果基质与裂缝的渗透率比值较小，如Km/Kf=0.00001，则井底压力下降不明显，说明流体从渗透率极低的基质中流出来较困难。基质与裂缝的渗透率比值较大时，流体在基质内部的流动阻力较小，流动速度较快，各层压裂达到拟稳态的时间较短；反之，则流体的流动阻力较大，流动速度较慢，达到拟稳态流动的时间较长。
3页岩气储层动用规律
在深入分析页岩气藏物性参数及流动特征的基础上，基于前文提出的离散裂缝耦合多重连续介质模型建立了考虑页岩气吸附/解吸的多重孔隙介质压裂水平井复杂缝网数值模拟模型。模拟研究单元取水平井的一侧，网格数为60×40×2，研究工区尺寸1200m×800m×20m，采用多重连续介质模型对每个网格中流体的流动规律进行表征，并以离散裂缝局部加密表征具有缝网系统复杂特征的人工主裂缝及诱导大裂缝。人工主裂缝垂直于水平井段，开启并沟通周围的天然裂缝形成诱导大裂缝，主裂缝和缝网均为天然气流通通道。同时，将诱导次裂缝与主裂缝相互交织形成的裂缝网络所包含的区域称之为储层改造体积（stimulatedreservoirvolume，SRV）；通过调整主、次缝的条数和缝间距来改变缝网的动用程度，采用扩展朗缪尔等温吸附方程表征页岩气在基质中的动态吸附和解吸过程。模型参数：渗透率0.0001mD，孔隙度为2%，页岩气藏深度1400.00m，页岩气组分有CO2和CH4，地层温度为60℃，模拟气藏长度1200.00m，宽度800.00m，气藏厚度20.00m，扩散系数1.08×105m2/d，基质-裂缝耦合系数0.08，岩石密度2000kg/m3，临界体积0.098m3/kg·mol，气藏的初始压力10MPa，模拟时间15年。
4裂缝纵向动用程度对页岩气产量的影响
为了评价页岩气藏裂缝网络参数对产能的影响，提出压裂水平井裂缝纵向动用程度的概念，即缝网压裂所产生的沿垂直于水平井段方向上的有效泄流（气）体积占页岩气藏储层的比值。可知，水平井裂缝纵向动用程度与水力压裂主裂缝的长度正相关，与裂缝网络中的次缝间距负相关。运用数值模拟方法，研究了水平井裂缝纵向动用程度对页岩气产量及压力分布的影响。保证水平井长度相同，主裂缝和裂缝网络的导流能力均为0.1D·cm，主缝半长均为100m，间距为80m，研究次缝间距分别为10，20和30m时的页岩气产量变化规律。缝间距越小纵向动用程度越大。储层改造区域内次裂缝沟通了更多的基质储层，提高了储层纵向动用程度、增大了接触面积，流体流动效率也随之提高，泄气面积大幅度增大。
5结束语
由于页岩气在基质/干酪根内部流动阻力较大，流体流动速度极慢，达到拟稳态流动的时间较长，因此在页岩气建模过程中应选择多重连续介质模型，准确描述页岩气的流动状态。基于多重连续介质模型耦合页岩气渗流机理，考虑人工主裂缝与复杂裂缝网络特征，建立了数值模拟模型。研究表明，页岩气开发中，当储层改造体积相同时，SRV范围内能够被沟通的裂缝是贡献产量的主力，因而最大限度地开启或沟通天然裂缝，增加裂缝网络与井筒及主裂缝之间的沟通是提高页岩气产量必备条件。
参考文献：
[1]陆程，刘雄，程敏华，李兵.页岩气体积压裂水平井产能影响因素研究[J].特种油气藏，2014，21(04):108-112+156.
论文作者:董守涛
论文发表刊物:《防护工程》2018年第21期
论文发表时间:2018/12/11
标签：裂缝论文; 页岩论文; 基质论文; 介质论文; 模型论文; 流体论文; 表征论文; 《防护工程》2018年第21期论文;