页岩气藏渗流特征及数值模拟研究进展

摘 要 通过 对页岩气藏解 吸一 扩散 理论 、非达 西渗流 、开采 过程 中孑Ｌ、渗 演化特 征进行 总结的基 础上 ，分析 了页岩气 藏的扩散 和渗流 规律 ；同时对 页岩气 藏试井解 释技术 、数 值模拟模 型建立 、页 岩气藏 和压 裂水平井耦合方法等数值模 拟技术进行 了综述 ，总 结 了页 岩气藏模 拟的关键 技术 。针 对 目前页 岩气 藏在开发过程 中存在 的 问题 和挑 战 ，提 出 自己的见解 ，并 对未来 的发 展趋势 进行 了 展 望 。 关键 词 页岩气 解吸 非达西 应力敏感 数值模 拟 体积压裂
当 自然 裂缝 系统 内的压 力 降低 至解 吸压 力 以 下 时 ，页岩气 开 始从 原生 孔 隙 内解 吸 ，并被 释 放 到 次生 孔 隙系 统 。 因此 裂缝 附近原 生孔 隙 内 的吸 附 气浓 度 降低 ，微 孔 隙 中 的气 体 在 浓 度差 的作 用 下 发生 扩 散 ，在压 力 降作用 下 吸 附气 不 断地 被 释放 。
精 细 石 油 化 工 进 展
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ＡＤＶＡＮＣＥＳ ＩＮ ＦＩＮＥ ＰＥＴＲＯＣＨＥＭＩＣＡＬＳ
第 １９卷第 ４期
页岩 气 藏 渗 流 特 征 及 数 值 模 拟 研 究进 展
廉 培 庆 ，段 太 忠
１．中国石化石油勘探开发研究 院 ；２．页岩油 气富集机理与有效 开发 国家重点实验室 ：北京 １０００８３
Hale Waihona Puke 页 岩气 是一 种 非 常规 天 然 气 ，具 有 高效 清 洁 等 优点 。 随着 天 然 气 需 求量 的 日益增 加 ，页 岩气 已成 为满 足常 规 天 然 气需 求 的现 实补 充 ，许 多 发 达 国家 将 页岩气 列 为 国 家 能源 重 点 发 展 战略 ，美 国 、加拿 大 已进 行商 业 开采 ，并 获得 巨大 成功 。据 专 家估 算 ，我 国 的 页 岩 气 可 采 资 源 量 约 为 ２６× １０ １ＴＩ ，与 美 国 的 页 岩 气 储 量 大 致 相 当 ¨－４１。 我 国对 页岩气 的开 发 研 究 尚处 于起 步 阶段 ，虽 然 涪 陵页岩 气 藏 已取得 每年 ５０ Ｘ １０ １ＴＩ 的产 能 ，但 无 法 满 足 日益 增 长 的 能 源需 求 。因 此 ，研 究 页 岩 气 的渗 流机 理及 开 采 理 论 ，对 我 国后 续 能 源 的供 给 和社会 经 济 的发展 具有 重要 的战 略意 义 Ｊ。
页 岩气从 气 藏 流人 生产 井筒 需要 经历 ４个 阶 段 Ⅲ２ ：１）在 生 产 压 差作 用 下 ，裂 缝 内游 离 态 的 页 岩气开始向井筒流动 ，裂缝 内压力降低 ，基质孔隙
收 稿 日期 ：２０１８—０５—３０。 作者简介 ：廉培庆 ，博士 ，高级工 程师 ，从 事油 气藏 渗流理 论 和 提 高 采 收 率 研 究 。 基金项 目：国家重 大科 技专项 “复 杂油气 藏定 量表 征技 术 ” （２０１６ＺＸ０５０３３—００３）和国家 自然科 学基 金“基 于 多点地 质 统计学的离散裂缝 网络建模新方法 ”（４１７０２３５９）联合资助 。
１ 页岩气 渗 流机 理研 究现 状 及分 析 ２０００年 以来 ，由于 页 岩 储 层 描 述 技 术 、水 平
井 钻井 和 完井 技 术 的 进 步 ，以及 天 然 气 价 格 较 高 的原 因 ，美 国的页 岩气 产量 出现 了爆 发 式增 长 ，这 促 进 了页 岩 气 渗 流 理 论 的 发 展 。虽 然 美 国 的 页 岩气 开采 技 术路 线 已经非 常 明 确 ，但 中 国的 地
页岩 气藏 孔 隙致 密 ，渗 透 率低 ，储 集方 式 和运 移 规律 复 杂 ，涉及 气体 吸 附 、扩 散 以及 滑脱 效应 等 现 象 ，常规 的达西 方 程 无 法 准 确 描 述 页 岩 气 的渗 流规律 。 国外 已对 页 岩 气 运 移 机 理 与 数 值 模 拟方 法 开展 了初 步 研究 ，取 得 了不错 的进 展 ，在 Ｂａｒｎｅｔｔ、Ｍａｒｃｅｌｌｕｓ等 区块 获得 成 功应 用 ¨ 。 目 前 我 国 尚无成 型 的 页 岩 气 开 发 理 论 ，随着 涪 陵 页 岩 气藏 的成功 开 发 ，迫 切 需 要 发 展 适 合 我 国页 岩 气 藏 的渗 流理 论 和数 值模 拟技 术 。本 文在 分析 总 结 页 岩气 渗 流机 理 的基 础 上 ，综 述 了页 岩 气 数 值 模 拟技 术 的发 展 现 状 ，分 析 了 目前 开 发 中存 在 的 问题 ，并 对 未来 发 展方 向进 行 了展 望 。
质 条件 与美 国不 同 ，美 国技 术 是 否适 合 中 国还 需 要 进一 步 实践 证 明¨ 。近年来 ，许 多学 者 针对 页岩气 开 采理 论 开 展 了大 量研 究 ，主要 体 现 在 以 下 ３个 方 面 。 １．１ 页岩气 解 吸 一扩 散理 论
与常 规气 藏储 层 不 同 ，页 岩 既 是 天 然 气 的烃 源 岩 ，也是 聚 集 和 保 存 天 然 气 的储 层 和 盖 层 。页 岩 的平均 孔 隙直径 非 常小 ，多数 孔 隙为 纳米 级 ，孔 隙度 和渗 透率 均 非 常低 。ＳＯＮＤＥＲＤＥＬＤ等 卜 ３＿ 对 北 美 页岩气 藏 的基 岩孔 隙度 和 渗透 率进 行 了统 计 ，结 果 表 明 基 岩 渗 透 率 平 均 为 １０ ～ ｌ０ Ｉｘｍ ，孔 隙 度平 均 为 １％ ～５％ 。与 常 规 油 气 藏 相 比 ，页岩 气藏 具 有 截 然不 同 的孔 隙结 构 和储 集 方 式 。页 岩气 中 的吸 附气 主要 吸 附在有 机质 孔 隙表 面 ，气体 在有 机 质 中具 有 非 常复杂 的运移 机 制 ，既 有分 子 布 朗 运 动 、吸 附解 吸机 制 、扩 散 机 制 ，又 有 滑脱 效 应和 非 达西 流动 。