1、壓裂頁巖氣井生產數據分析壓裂頁巖氣井生產數據分析v1 前言前言v2 背景背景v3 頁巖氣水平井的生產動態分析頁巖氣水平井的生產動態分析v4 產量預測產量預測v5 實例分析實例分析v6 結論結論 1 前言前言 長期以來，頁巖氣井的生產特征都沒有被很好的認識。頁巖的超低長期以來，頁巖氣井的生產特征都沒有被很好的認識。頁巖的超低滲透性確保了在氣井生產過程中壓力瞬態效應的連續分布，這使得生滲透性確保了在氣井生產過程中壓力瞬態效應的連續分布，這使得生產預測變得比較難而且存在多解性。在很多情況下，常規方法所表現產預測變得比較難而且存在多解性。在很多情況下，常規方法所表現出來的都太消極了，因為它們所假設的模

2、型都是基于衰減性系統。近出來的都太消極了，因為它們所假設的模型都是基于衰減性系統。近期以來，越來越多的比較合適的預測方法已經被開發出來，用來解釋期以來，越來越多的比較合適的預測方法已經被開發出來，用來解釋長期的瞬態效應。長期的瞬態效應。 考慮到不確定性和多解性的影響，我們提出了一種方法用來判定裂考慮到不確定性和多解性的影響，我們提出了一種方法用來判定裂縫性頁巖水平氣井的主要生產特征。縫性頁巖水平氣井的主要生產特征。它的焦點在于根據數據來確定主它的焦點在于根據數據來確定主要的流態和體積性質，然后定義一種恰當而簡單的氣藏模型用以進行要的流態和體積性質，然后定義一種恰當而簡單的氣藏模型用以進行生產預

3、測生產預測 頁巖氣藏是不同于常規氣藏的自產自儲形式，眾所周知，由于基頁巖氣藏是不同于常規氣藏的自產自儲形式，眾所周知，由于基質滲透率非常低（質滲透率非常低（1e-61e-4 md），一個大的低滲區域要想實現商），一個大的低滲區域要想實現商業化生產則需要在完井工藝和儲層改造之間做出改變。為了實現低滲業化生產則需要在完井工藝和儲層改造之間做出改變。為了實現低滲區域開采，大規模的多級水力壓裂方法被運用于制造（或增加）復雜區域開采，大規模的多級水力壓裂方法被運用于制造（或增加）復雜裂縫網絡來連通裂縫和井筒。裂縫網絡來連通裂縫和井筒。 2 2 背景背景1、獲取更可靠的產量預測和儲量評價信息；、獲取更可靠

4、的產量預測和儲量評價信息； 2、用這些信息來改進油氣田的開發策略并鉆更好的井。、用這些信息來改進油氣田的開發策略并鉆更好的井。1. .完井：水平井完井是完全穿透地層，水平井可以是下套管的或者是裸眼井。完井：水平井完井是完全穿透地層，水平井可以是下套管的或者是裸眼井。2.2.裂縫網絡：裂縫網絡是由多條平行平面裂縫組成，和水平井呈裂縫網絡：裂縫網絡是由多條平行平面裂縫組成，和水平井呈9090度，裂縫度，裂縫網絡被假定為是一個有限導流裂縫與一個有限區域范圍所構成的。網絡被假定為是一個有限導流裂縫與一個有限區域范圍所構成的。3.3.儲層體積改造（儲層體積改造（SRVSRV）：）：SRVSRV的描述是油

5、氣儲集孔隙體積的描述是油氣儲集孔隙體積(HCPV)(HCPV)的連通性，的連通性，HCPVHCPV是受裂縫網絡所影響的。他是由裂縫網絡和基質巖塊所組成的。是受裂縫網絡所影響的。他是由裂縫網絡和基質巖塊所組成的。4.4.基質巖塊：基質巖塊是基質的組成部分，位于裂縫網絡之中，并對裂縫之基質巖塊：基質巖塊是基質的組成部分，位于裂縫網絡之中，并對裂縫之間的空間進行填充。基質被假設為均質的且有非常低的滲透率（間的空間進行填充。基質被假設為均質的且有非常低的滲透率（1e-6 1e-6 到到1e-4 1e-4 mdmd）。）。5 5無限大油藏（未改造的）：無限大油藏（未改造的）：SRVSRV被無限大邊界儲層

6、所包圍，均質頁巖氣藏被無限大邊界儲層所包圍，均質頁巖氣藏有著相同的滲透率和基質巖塊孔隙度。有著相同的滲透率和基質巖塊孔隙度。關于頁巖氣模型的組成部分，我們需要考慮以下幾點：關于頁巖氣模型的組成部分，我們需要考慮以下幾點：3 頁巖氣水平井的生產動態分析頁巖氣水平井的生產動態分析頁巖氣井產量遞減規律的模式和常規的致密氣井相似，早期產量是由高滲透率低頁巖氣井產量遞減規律的模式和常規的致密氣井相似，早期產量是由高滲透率低存儲系數的裂縫網絡所控制的，因此迅速下降。超低滲透率基質提供了長期穩定的生存儲系數的裂縫網絡所控制的，因此迅速下降。超低滲透率基質提供了長期穩定的生產。產。有三幅圖特別適合致密氣和頁巖

7、氣產能分析，他們是：有三幅圖特別適合致密氣和頁巖氣產能分析，他們是：1.雙對數曲線圖雙對數曲線圖2.平方根平方根-時間圖（特征曲線）時間圖（特征曲線）3.流動物質平衡圖流動物質平衡圖正確的應用這些曲線圖能夠在數據中準確認識主要流態的表現形式以及估算儲層正確的應用這些曲線圖能夠在數據中準確認識主要流態的表現形式以及估算儲層體積，如體積，如 ，視表皮因子和烴類孔隙體積，視表皮因子和烴類孔隙體積(HCPV)。有了這些信息，我們就可以。有了這些信息，我們就可以構造一個適合的油藏模型，可以被用來生成一種典型曲線類型（或系列典型曲線）構造一個適合的油藏模型，可以被用來生成一種典型曲線類型（或系列典型曲線）

8、,并對儲層進行長期的生產預測。并對儲層進行長期的生產預測。kA 半對數導數的倒數（和半對數導數的倒數（和PTA導數相同，但是圖形顯示是相反的）在解釋導數相同，但是圖形顯示是相反的）在解釋裂縫性頁巖氣藏中是一個很有用的方法，裂縫性頁巖氣藏中是一個很有用的方法，因為它不受表皮因子的影響。頁因為它不受表皮因子的影響。頁巖氣生產與其他多種儲層生產相比，表現為線性流巖氣生產與其他多種儲層生產相比，表現為線性流+一個重要的視表皮因一個重要的視表皮因子的特征。子的特征。 3.1 雙對數曲線圖雙對數曲線圖 雙對數曲線圖被用來鑒別流動區（流態），雙對數曲線圖被用來鑒別流動區（流態），對錄入性的噪音數據和有對錄入

9、性的噪音數據和有問題的產量問題的產量/壓力數據進行前期過濾處理是非常重要的。由出水而導致的壓力數據進行前期過濾處理是非常重要的。由出水而導致的氣井在井筒中的生產能力下降的生產數據需要十分謹慎的處理，這些數據氣井在井筒中的生產能力下降的生產數據需要十分謹慎的處理，這些數據將會影響儲層流動區（態）的正確解釋。將會影響儲層流動區（態）的正確解釋。3.2 線性流和表皮因子的恒定產量的無量綱方程線性流和表皮因子的恒定產量的無量綱方程 常常顯示在水平頁巖氣井的雙對數曲線圖上的流態大多是線性流之后常常顯示在水平頁巖氣井的雙對數曲線圖上的流態大多是線性流之后為邊界控制流特征。然而，雙線性流和徑向流有時會在早期

10、生產時間內為邊界控制流特征。然而，雙線性流和徑向流有時會在早期生產時間內出現。他們通常由裂縫中的不穩定流所引起的。出現。他們通常由裂縫中的不穩定流所引起的。 stCpDD（1）DDDtCtddp21ln（2） 式中：式中： 和和 分別是是無因次壓力和時間，分別是是無因次壓力和時間， 是一個常數，是一個常數， 是表是表皮系數。對皮系數。對1式兩邊取半對數導數，無因次壓力下降是由于表皮系數（式兩邊取半對數導數，無因次壓力下降是由于表皮系數（s）的消失而引起的，因為它是一個常數：的消失而引起的，因為它是一個常數：DpDtCs在少于在少于1年數據的井中線性流和視表皮因子的復合模型是目前最常見的流態，年

11、數據的井中線性流和視表皮因子的復合模型是目前最常見的流態，這已經被所有正在生產的頁巖氣井所證實這已經被所有正在生產的頁巖氣井所證實 頁巖氣模擬動態數據的雙對數圖頁巖氣模擬動態數據的雙對數圖 3.3 平方根平方根-時間曲線時間曲線-線性流特征圖形線性流特征圖形平方根平方根-時間曲線圖，是說明長期頁巖氣井動態（性能）的一個最重要時間曲線圖，是說明長期頁巖氣井動態（性能）的一個最重要的曲線，的曲線，這是因為裂縫性頁巖氣藏中通常是線性流占據主導地位。在平方這是因為裂縫性頁巖氣藏中通常是線性流占據主導地位。在平方根根-時間曲線圖上線性流顯示的是一條直線。要確定線性流的存在，則在雙時間曲線圖上線性流顯示的

12、是一條直線。要確定線性流的存在，則在雙對數導數圖上應該出現一個清晰的對數導數圖上應該出現一個清晰的1/2斜率趨勢。斜率趨勢。 線性流參數線性流參數 在裂縫性頁巖氣井中的主要流態是線性流。在某些情況下，所觀察到在裂縫性頁巖氣井中的主要流態是線性流。在某些情況下，所觀察到的線性流可能在幾年里都是準確的。為了這項研究的目的，我們將假設所的線性流可能在幾年里都是準確的。為了這項研究的目的，我們將假設所觀察到的線性流是由基質向裂縫系統內發生的不穩定流引起的，這是一個觀察到的線性流是由基質向裂縫系統內發生的不穩定流引起的，這是一個合理的假設，合理的假設，但是，如果裂縫間距非常密集或者導流能力低，那么就未必

13、但是，如果裂縫間距非常密集或者導流能力低，那么就未必是這樣的情況了（有可能產生雙線性流特征，裂縫內部的一種線性流）。是這樣的情況了（有可能產生雙線性流特征，裂縫內部的一種線性流）。 是平方根-時間曲線的斜率， 是地層溫度， 是儲層孔隙度， 是氣體粘度， 是綜合彈性壓縮系數。 mTgtcitgcmTkALFP)(18 .630（3）2)(xhLFPk 考慮一個單一垂直裂縫的長度考慮一個單一垂直裂縫的長度“x”。3式中的式中的A將被定義為裂縫的長度將被定義為裂縫的長度x，有，有效厚度效厚度h，則我們可以用方程式，則我們可以用方程式3來計來計算滲透率。算滲透率。如果我們考慮一個套管水平井和多如果我們

14、考慮一個套管水平井和多重的等間距平行裂縫，那么這個面重的等間距平行裂縫，那么這個面積變成了所有單一裂縫面積的總和積變成了所有單一裂縫面積的總和。 式中式中y是儲層改造寬度，是儲層改造寬度， 是是SRV區域，區域，L是裂縫間距，聯解方程式是裂縫間距，聯解方程式3和方程式和方程式4，我們得到滲透率：，我們得到滲透率：SRVAhLAyhLxyhASRV（4）22)()(hALLFPxyhLLFPkSRV（5） 在裂縫性頁巖氣井中出現的是基質向裂縫流動的線性流特征，由于在裂在裂縫性頁巖氣井中出現的是基質向裂縫流動的線性流特征，由于在裂縫的有限導流而產生的壓力損失，使得一個顯著的表皮效應能被觀察到，盡縫

15、的有限導流而產生的壓力損失，使得一個顯著的表皮效應能被觀察到，盡管在井筒中都沒有機械表皮損傷，可這個表皮效應對井產能有明顯的影響，管在井筒中都沒有機械表皮損傷，可這個表皮效應對井產能有明顯的影響，是產量預測的一個重要參數。平方根是產量預測的一個重要參數。平方根-時間曲線圖上時間曲線圖上Y軸的截距軸的截距b，代表恒定，代表恒定壓力損失壓力損失(constant pressure loss)，視表皮系數可通過下面的方程式來計，視表皮系數可通過下面的方程式來計算：算：視表皮系數視表皮系數 bTkhs14173.4 流動物質平衡流動物質平衡-邊界控制流特征邊界控制流特征 邊界控制流模型是常規儲層系統中

16、壓力瞬變所能調查到的周圍所有非邊界控制流模型是常規儲層系統中壓力瞬變所能調查到的周圍所有非流動邊界的響應結果，這些邊界可能為自然屬性，如斷層、地層尖滅或在流動邊界的響應結果，這些邊界可能為自然屬性，如斷層、地層尖滅或在多井油藏中相鄰井排水區域的邊緣。這樣的機理不大可能出現在裂縫性頁多井油藏中相鄰井排水區域的邊緣。這樣的機理不大可能出現在裂縫性頁巖氣藏中，由于基質滲透率過低而使得壓力調查范圍并不會到達很遠的區巖氣藏中，由于基質滲透率過低而使得壓力調查范圍并不會到達很遠的區域內。域內。但是在一些頁巖氣生產數據集中明顯的能看到邊界控制流。我們認但是在一些頁巖氣生產數據集中明顯的能看到邊界控制流。我們

17、認為這不是真正的邊界控制流，而是相鄰裂縫之間的壓力干擾，使得基質巖為這不是真正的邊界控制流，而是相鄰裂縫之間的壓力干擾，使得基質巖塊壓力下降而產出流體塊壓力下降而產出流體。 3.5 其它分析圖表其它分析圖表4 產量預測產量預測4.1 SRV的虧空的虧空 在有界的在有界的SRV（在外部儲層無壓力供給的條件下）假設下，產量預測相對簡單。（在外部儲層無壓力供給的條件下）假設下，產量預測相對簡單。事實上，在沒有單獨的基質滲透率或裂縫間距資料的時候，預測有界的事實上，在沒有單獨的基質滲透率或裂縫間距資料的時候，預測有界的SRV儲量也儲量也是可行的。從平方根是可行的。從平方根-時間圖和時間圖和FMB圖中收

18、集到的大部分參數是足夠的。圖中收集到的大部分參數是足夠的。Wattenbarger等（等（1998）在他們的研究中詳細的討論過這個假設（理論），如果在）在他們的研究中詳細的討論過這個假設（理論），如果在數據中沒有出現邊界控制流，那么儲層改造寬度數據中沒有出現邊界控制流，那么儲層改造寬度y則是未知的，必須對這個參數進行則是未知的，必須對這個參數進行單獨預測計算。微地震監測結果或壓裂縫間距也可以提供儲層改造寬度單獨預測計算。微地震監測結果或壓裂縫間距也可以提供儲層改造寬度y的估計。的估計。4.2 外部儲層外部儲層(未壓裂儲層區域未壓裂儲層區域)的貢獻的貢獻 頁巖氣井的初始產能來自完井作業后的壓裂縫

19、網絡的泄流區域以及水平井頁巖氣井的初始產能來自完井作業后的壓裂縫網絡的泄流區域以及水平井段的泄流區域，比如巖石體積改造。如上面所討論，可以通過生產分析選取段的泄流區域，比如巖石體積改造。如上面所討論，可以通過生產分析選取體積參數來預測體積參數來預測SRV的產量。然而，的產量。然而，SRV外部未壓裂儲層對頁巖氣井長期生外部未壓裂儲層對頁巖氣井長期生產提供了重要供給作用，供給作用的大小取決于基質滲透率和產提供了重要供給作用，供給作用的大小取決于基質滲透率和SRV與未改造與未改造儲層間的邊界之間的區域面積所共同決定的。這個區域的表達式為：儲層間的邊界之間的區域面積所共同決定的。這個區域的表達式為：h

20、yxAouter)( 由于我們主要不知道基質滲透率（只能確定有限范圍內的），未改造外部儲由于我們主要不知道基質滲透率（只能確定有限范圍內的），未改造外部儲層體積作用的大小也是一個未知數，處理這個問題層體積作用的大小也是一個未知數，處理這個問題最明智是方法是在我們所期最明智是方法是在我們所期望的基質滲透率范圍內建立最低和最高的產量預測。望的基質滲透率范圍內建立最低和最高的產量預測。圖中，它們以恒定壓裂解析模型為基礎，假設一個為存在圖中，它們以恒定壓裂解析模型為基礎，假設一個為存在SRV邊界，另一個無限邊界，另一個無限邊界作用儲層里的邊界作用儲層里的SRV。這里使用的。這里使用的SRV的形態和大小

21、是典型的多裂縫水平頁巖的形態和大小是典型的多裂縫水平頁巖氣井，從典型曲線上可以清楚的看到基質滲透率在氣井，從典型曲線上可以清楚的看到基質滲透率在“下限下限” 1e-6 md附近時，附近時， SRV的外部儲層不能對的外部儲層不能對SRV內部儲層做出任何有效的供給（典型曲線將會在內部儲層做出任何有效的供給（典型曲線將會在230年年后才會出現邊界效應）。相反，基質滲透率在后才會出現邊界效應）。相反，基質滲透率在“上限上限” 1e-4 md附近時，外部儲附近時，外部儲層將會對層將會對SRV內部儲層產生顯現的供給作用（典型曲線僅僅在內部儲層產生顯現的供給作用（典型曲線僅僅在2年后就會表現出邊年后就會表現

22、出邊界效應）。界效應）。實例實例1. Barnett頁巖（頁巖（3.5年）年）5 實例分析實例分析圖中所示的井參數和曲線分析，這個例子中的生產數據顯示出線性流與邊界控圖中所示的井參數和曲線分析，這個例子中的生產數據顯示出線性流與邊界控制流，線性流與邊界控制流的過渡大約在一半的生產時間內所發生。綜合屬性制流，線性流與邊界控制流的過渡大約在一半的生產時間內所發生。綜合屬性參數（參數（ 和和 ）可通過適當的曲線分析來測定）可通過適當的曲線分析來測定 。SRVAkALFP 由于邊界控制流的出現，儲層改造寬度由于邊界控制流的出現，儲層改造寬度y就能從生產數據中預測出來。運用線性就能從生產數據中預測出來。

23、運用線性流參數和假設的基質滲透率流參數和假設的基質滲透率1e-4 md，計算出裂縫間距是，計算出裂縫間距是174ft。三種產量預測，每一個預測說明了外部儲層對三種產量預測，每一個預測說明了外部儲層對SRV內部儲層的不同供給特征，內部儲層的不同供給特征，SRV有有界情況（外部儲層無供給影響），界情況（外部儲層無供給影響），1e-6 md 和和1e-4 md的情況則顯示了外部儲層供給的情況則顯示了外部儲層供給特征。特征。實例實例2. Marcellus 頁巖（頁巖（7個月）個月）詳細分析見圖，雙對數曲線圖可以清楚的看到一個詳細分析見圖，雙對數曲線圖可以清楚的看到一個1/2斜率的導數曲線。歸一化產量

24、斜率的導數曲線。歸一化產量數據曲線略微比數據曲線略微比1/2斜率平坦一些，表現出是一個視表皮特征。在平方根斜率平坦一些，表現出是一個視表皮特征。在平方根-時間圖上證時間圖上證實了線性流與表皮特征的出現，它顯示的是正實了線性流與表皮特征的出現，它顯示的是正y軸截距的一條直線。由于邊界控制流軸截距的一條直線。由于邊界控制流不存在，則不存在，則FMB分析曲線是無效的，沒有包括在內分析曲線是無效的，沒有包括在內 。由于邊界控制流沒有出現，則儲層改造寬度由于邊界控制流沒有出現，則儲層改造寬度y不能通過生產數據進不能通過生產數據進行預測。因此，我們需要利用相關井的微地震監測數據來單獨對行預測。因此，我們需

25、要利用相關井的微地震監測數據來單獨對y參數進行預測。參數進行預測。圖中所示三種產量預測，每一個預測說明了外部儲層對圖中所示三種產量預測，每一個預測說明了外部儲層對SRV內部儲層的不同內部儲層的不同供給特征，供給特征，SRV有界情況（外部儲層無供給影響），有界情況（外部儲層無供給影響），1e-6 md 和和1e-4 md的的情況則顯示了外部儲層供給的特征。情況則顯示了外部儲層供給的特征。 6 結論結論面對低滲透的和非常規天然氣生產的一個主要問題是了解這些井的面對低滲透的和非常規天然氣生產的一個主要問題是了解這些井的長期特征，常規模型往往過于悲觀，因為他們沒有考慮到長期存在長期特征，常規模型往往過于悲觀，因為他們沒有考慮到長期存在的提供了附加壓力供給的瞬變現象的影響，我們提倡的模型和方法的提供了附加壓力供