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7页岩气产量递减规律研究

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页岩 产量 递减 规律 研究
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0 引 言页 岩 气是指赋存于泥页岩中 ,以游离态 、吸附态甚至溶解态存在的非常规天然气[1 页 岩 气具有储量大 、开发寿命长和清洁环保等优点 ,但由于其储层渗透率极低 ,流体流动性较差 ,气井产能一般较低 。近年来 ,页岩气已在美国实现了商业化开采[4of , , (1. 00083, 2. 00083, in of is is a to of a it to in of on in of it of of s 7 卷 第 6 期2015 年 12 月岩 性 油 气 藏2015页岩气产量递减规律研究张荻 萩1,2,李治 平1,2,苏 皓1,2( 地质大学 (北京 ) 能源学院 ,北京 100083; 地质大学 (北京 ) 非常规天然气能源地质评价与开发工程北京市重点实验室 ,北京 100083)摘 要 :页 岩气藏的渗透率极低 ,储层流体流动性较差 ,气井产能较低 ,其产量递减规律有别于常规气藏 。研究页岩气产量递减规律 ,对预测气田未来产量变化与最终开发指标及指导开发措施调整等均有重要意义 。 以美国德克萨斯州 岩 气田单井生产动态为例 ,研究了层状硅质 页岩与层状硅质页岩两大类页岩气田的产量递减规律 ,分析了复合递减模型以及广义双曲型曲线用于页岩气研究时参数发生的变化及其影响因素 。 通过 义 双曲递减法与复合递减模型法应用的对比表明 ,层状硅质 页岩与层状硅质页岩两大类页岩气田产量变化规律有较大差异 。关键词 :页岩气 ;递减规律 ; 减 曲线 ;广义翁氏模型 ;复合递减模型中图分类号 : 献 标志码 :A 文 章 编号 :1673015)06 日期 :2015 回 日期 :2015 项目 :国家重大科技专项 “煤层气排采工艺技术与数值模拟 ”(编号 :2011 助作 者简介 :张荻萩 (1991-),女 ,中 国地质大学 (北 京 )在读硕士研究生 ,研究方向为油 藏工程与油藏数值模拟等 。 地 址 :(100083)北京市海淀区学院路 29 号中国地质大学 (北 京 )能 源学院 。 气 田开发2015 年较大程度地缓解了其能源需求压力 。 中 国 页岩气资源量较大 ,但其勘探开发理论与技术研究均处于起步阶段[8]。 由于页岩气藏与常规气藏存在多方面的差 异 ,页 岩气井生产动态相对复杂多变 ,页岩气产量递减曲线的建立存在一定的不确定因素[9]。 因此 ,研 究 与借鉴美国页岩气产量递减规律 ,对预测我国页岩气田未来产量变化与最终开发指标及指导开发措施调整等均有重要意义 。 2 套页岩在美国页岩气产 量 增长中占有极重要的地位 。 上侏罗统 岩是一套发育于相对半封闭沉 积 环境下的层状黑色富含有机质的钙质 泥页岩 ,而石炭系岩则以层状硅 质 泥岩为主 ,发育于远离物源区的较深的静水缺氧海相环境[10 岩地质条件与储层特征的差 异 导致其气井产量递减规律也各不相同 。本文基于美国德克萨斯州 将 复 合递减模型[13]用于研究页岩气产量递减规律 。 通过复合递减模型及广 义 双曲型 减 曲线[14]的 应 用和对比 ,分析模型中有关参数的变化及其影响因素 ,找出适合于页岩气产量递减规律的模型并指明其适应范围 ,以期对我国页岩气产能评价等提供依据 。1 页岩气产量递减规律分析方法针 对 页岩气藏 ,国内外目前主要运用 减曲线法研究其递 减规律 ,形成了多元回归 、迭代求解 、曲线位移 、最佳拟合和典型曲线拟合等多种成熟方法[15]。 除 此 以外 , 6],7],8]和 [19]对典型曲线法也时有应用 。 在 以 通过 给定唯一的递减指数 n 值而建立的递减曲线 ,其 有 效性与准确性难以保证 。翁文波[20]于 1984 年 提 出了翁氏模型 ,陈元千等[21]于 1996 年重新推导了翁氏模型 ,得 到 了广义翁氏模型 ,从而拓宽了翁氏模型的应用范围 。 2008年 ,陈军 等[13]将 减曲线与广义翁氏模型联立 ,得到了复合递减模型 。 该模型在常规气 藏中的实验结果表明 ,由于其建立的递减曲线由 3 个 给 定的参数值 (b,c 与 n)决 定 ,因 此较 减 法的适应性更强 。由于页岩气藏与常规气藏存在很大差异 ,页岩储层渗透率极低 ,储层中存在少量裂缝 ,且天然气存在吸附气与游离气 2 种 状 态 ,开发井多为水平井 ,导致其渗流以非稳态流为主[22]。 笔者考虑复合递减模型法的应用范围较常规的 减 法更为广泛 ,可以用复合递减模型法来预测较为复杂气藏的开发动态[23故尝 试将其用于页岩气产能分析和产量递减规律研究 。1. 1 减 曲线法量递减的公式为qt=+1)式 中 :n 为 递 减指数 ,无量纲 ; 始递减率 ,无量纲 ;t 为 递 减时间 ,d;×103m3/d;t 时 间 的产气量 ,×103m3/d。 减 曲线有双曲型 、调和型 、指数型及广义双曲型等多种形式 。 对于常规油气藏 ,当递减指数n∈(0,1)时为双曲型递减 ,n=1 时 为 调和递减 ,n=0时 为 指数递减[14,25 对于页岩气等非常规油气藏 ,n 值 可 能大于 1,将 n∈R 的 曲 线称为 义 双曲型递减曲线 。针对广义双曲型递减情况 ,为求解其 n 值 ,可将式 (1)进 行 变换[13]为∈=1+)其 中 ,A= 式 (2)可 知 ,∈与 t 成 截 距为 1 的 线 性关系 。 由此采用重复线性回归方法 ,首先确定其截距值为 1,需 假 设一系列 n 值 ,将产气量和时间数据输入 式 (2)中 进 行回归 ,由此可得到一系列相关系数 ,当相关系数接近 1 时 ,即 可 确定 n 值 。1. 2 广义翁氏模型及复合递减模型翁 氏 模型采用 布概率函数描述油气藏的产量变化过程[20]。 陈 元 千等[21]利用概率统计学的伽马分布将其重新 推 导 ,推广为广义翁氏模型 ,拓宽了其使用范围 ,其表达式为qt=)式 中 :a,b 及 c 均 为 模型常数 ,无量纲 。陈军等[13]结 合 数递减和广 义 翁氏模型得到了复合递减模型 ,其表达式为qi+)为 求 解 b,c 及 n 的 值 ,将 式 (4)进 行 变换B=5)1 萩等 :页岩气产量递减规律研究 139岩 性 油 气 藏 第 27 卷 第 6 期岩 性 深 度 /均压力 /效厚度 /有 机碳 )/%镜质 体反射率 /%φ(脆性 矿物 )/%孔 隙 度 /%基质 渗透率 /水饱和度 /%平均 温度 /℃硅质页岩与钙质页岩 3 200~4 300 60 :B=。由 式 (5)可 见 ,B 与 t 成 正 比关系 ,由此可采取线性回归的方法求取参数 b 与 n 的值 。 首 先确定截距的值为 0,需 假 设一系列 b 值 与 一系列 n 值 ,再 输入 气藏产量和时间数据到复合递减模型中进行回归 ,由此可得到一系列相关系数 ,当相关系数接近 1时 ,即 可确定最优的参数 b 与 n,而此时的直线斜率即 为 将 这 3 个 参 数代入式 (4)即 可 得到复合模型表达式 。2 页岩气产量递减规律分析2. 1 页岩储层类型及特征本 文 以美国 2 套 重 要的含气页岩 例 ,研 究其产量递减规律 。 该 2 套 页 岩虽然具有相似性 ,但它们的形成环境 、岩性组合和矿物组成等又有较大的差异 ,由此导致其页岩气藏产量的变化趋势不同 。 岩 分布于德克萨斯 是 一 套发育于相对半封闭沉积环境下的层状富含有机质的钙质 泥页岩 。 德克萨斯州福特沃斯盆地 岩 发育于远离物源区的较深的静水缺氧海相环境 ,主力产气层 (上 岩 和下 岩 )以层状硅质泥岩为主 ,缺 乏粗粒的陆源碎屑物质 ,有利于优质页岩发育和有机质的保存[11]。 因 此 , 分别代表层状硅质 岩 主要为层状硅质 页岩 ,其有机质丰度较高 、演化程度高 ,总孔隙度高 ,矿物组成中钙质含量较高( 体积分数为 30%~50%),硅质 含量较低 (体积分数为 14%~35%),页 岩埋藏深 、地层为高压高温 (表 1)[12,27]。表 1 岩 储层特征 沃斯盆地 岩 主要为层状硅质页岩[28表 2),有 机质丰度高 ,硅质体积分数大(30%~50%),钙质体积分数较小 (<15%),厚 度大 ,埋深较小[34岩性 深度 / 平均压力 / 有效厚度 / 有 机碳 )/%镜 质 体反射率 /%φ(脆 性 矿物 )/%孔 隙 度 /%基质 渗透率 / 含水饱和度 /%平 均 温度 /℃黑 色 硅质页岩 2 0~60 3 (10 岩 储层特征 基于美国 岩 气田与 气田共 5 口水平井的日生产数据 ,分 别 用上述2 种模型进行计算与分析 ,由此确定页岩气实际生产数 据对该 2 种模型的适用性及适用条件 ,并 讨 论各模型中的参数分布规律 ,进而了解不同类型页岩气生产动态变化规律 。2. 2 状 硅质 013 年 ,美 国 德克萨斯州 岩 已 完钻井 2 508 口 (包 括 生产井 2 274 口 ),全 区产气量达 m3/d[116]。 本 文 选择 田 3 口井 (w1, )进行 分析 ,发现用 减法计算得到的递 减 指数 n∈(0,1),属于 曲型递减形式 ;用复合递减模 型 法计算得到的递减指数 n∈(反 映 n 值 在 页岩气藏中一般较小 。以 为 例 ,对其日生产数据[28]拟 合 发现 ,其与 曲型递减形式相符 ,与指数递减形式不符 。 经 线 性回归得到 :n==将 n 与 式 (2),经 变换 ,即可求得该井递减阶段产量表达式为qt=+t)(6)用复合递减模型法研究气井递减 规 律 ,线性回归结果为 :b=n=c=3(图 1)。 将 回归后的 b,c 与 n 值 代 入式 (4)即可求得该井递减阶段的产量表达式为)可 见 该井产量递减符合 曲 型递减与 义双曲型递减形 式 相符 ,与指数递减形式不符 。 经线性回归得到 :n==。 该 井 递减阶段产量表达式为qt=+t)(8)用复合递减模型法线性回归得到 :b=,n=c = 6(图 4)。 该井递减阶段产量表达式 为图 1 减法和复合递减模型法对比1 of w1 / 减法与复合递减模型法对比与误差计算 of w1 ×103 2 减法和复合递减模型法对比2 of w2 减法和复合递减模型法对比3 of w3 00 400 800 1 2001 000 1 400时 间 /×1036141210800 100 400 800500300 700复合递减模型法实 际 数据 减 法642200 900复合递减模型法实 际 数据 减 法时间 /×1030181614600 200 400 800 1 2001 000复合递减模型法实 际 数据 减 法1210842张 荻 萩等 :页岩气产量递减规律研究 141岩 性 油 气 藏 第 27 卷 第 6 期方 法 参数 岩 岩 ×103m3·3 5 9 6 3n 复 合 递减模型法表 5 复合递减模型法与 减法参数分布统计 of 6t(9)可 见该井产量递减符合 n>1 的 义 双曲型递减与 属 于 义双曲型递减形式 ,产量变化具有初始产量不高 、产量缓慢递减特征 。分 析 认为 , 岩 气藏产量变化趋势不同与其储层等地质特征差异有关 。 岩 为钙质 页岩 ,具有较低的硅质含量 ,较高的钙质含量 ,导致岩石杨氏模量较低 ,脆性较差 ;总孔隙度较高 ,基质渗透率较大[27];具 超高 压特征 。 当压力下降时 ,高应力可能影响已开启的水力压裂裂缝网络 ,导致裂缝系统整体导流能力下降 。 岩 总孔隙度较低 ,基质渗透率也较小 ,其渗流方式以非稳态流为主[10,29,32具 有 较高的硅质含量和杨氏模量 ,有利于水力压裂随时间的传导 ;存在大量开启和闭合裂缝 ,有利于减少天然气产量下降 。3 结 论(1) 与 常 规气藏 减 曲线中 n∈[0,1]、复合 递减模型中 b≥0 不 同 ,页 岩气藏中 义 双曲型递减曲线 n∈R,复 合 递减模型 气井具有初始产量不高 、产量缓慢递减的特征 。(3) 义双曲递减法与复合递 减 模型法均适用于预测页岩气递减期产量变化 , 但二者各有特点 。 义 双曲递减法只需取 1 个 参 数 (n)值 即可 进行预测 ,计算过程相对便捷 ,适用于快速预测页岩气产量递减 ,但针对不同页岩气藏其准确性较差 ;复合递减模型法需确定 3 个 参 数 (b,c 与 n),计算 过程较 义双曲递减法复杂 ,但 针 对不同类型页岩气藏 ,其计算结果相对更准确 ,适合精度要求较高时页岩气产量递减规律预测 。参 考 文献 ([1] 张 金 川 ,徐波 ,聂海宽 ,等 J] 气工业 ,2008,28(6):u et ]. 008,28(6):1362] 张小 龙 ,张同伟 ,李艳芳 ,等 J]气藏 ,2013,25(2):i et in of ]. 013,25(2):1163] 王 拓 ,朱 如凯 ,白斌 ,等 评价和开发新方法[J] 油气藏 ,2013,25(6):in,et of ]013,25(6):354] 黄 玉 珍 ,黄金亮 ,葛春梅 ,等 进步是推动美国页岩气快速发 展的关键 [J] 气工业 ,2009,29(5):7e et A of ]. 009,29(5):75] 李 新 景 ,胡素云 ,程克明 ]2007,34(4):u of ]. 007,34(4):3926] 闫 建 平 ,言语 ,司马立强 ,等 五性 ”之 间 的关系 [J] 油气藏 ,2015,27(3):u,et of ]015,27(3):877] 何 建 华 ,丁文龙 ,付景龙 ,等 J] 油气藏 ,2014,26(5):u et on in ]. 014,26(5):308] 王 冕 冕 ,郭肖 ,曹鹏 ,等 页岩气开发因素及勘探开发技术展望 [J] 油气藏 ,2010,17(6):et of ]. il 010,17(6):129] 白 玉 湖 ,杨皓 ,陈桂华 ,等 气产量递减典型曲线中关键参数的确定方法 [J] 油气藏 ,2013,20(2):et to of of ]. il 013,20(2):6510] 聂 海 宽 ,张金川 ,张培先 ,等 沃斯盆地 岩 气藏特征及启示 [J] 科技情报 ,2009,28(2):et ]. 009,28(2):8711] 朱 彤 ,曹 艳 ,张快 J] 萩等 :页岩气产量递减规律研究 143岩 性 油 气 藏 第 27 卷 第 6 期(本文 编辑 :李在光 )石 油 实验地质 ,2014,36(6):to ]. 2014, 36(6):71812] 房 大 志 ,曾辉 ,王宁 ,等 岩气开发数据 研 究高压页岩气高产因素 [J] 钻采工艺 ,2015,37(2):et on of ]. 015,37(2):5813] 陈 军 ,徐 广鹏 ,樊怀才 ,等 . 一种气藏产量递减复合模型研究[J]2008,31(3):u et on a ]. 008,31(3):3914] J. of ]. 944,160:22815] 胡 建 国 J] 石油地质 ,2009,30(6):An of ]. 009,30(6):72016] J. ]. 980,32(6):106517] W. ]. 972,24(1):3818] C. 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