中国地质大学（武汉）资源学院 1 页岩气水平井分段压裂渗流机理研究综述褚志伟中国地质大学（武汉）资源学院，湖北武汉 430074摘要：页岩气是赋存于页岩裂隙、微细孔隙及层面内的天然气。
赋存方式主要包括吸附气和游离气，其储层的渗透率极低，渗流机理与常规气藏有着很大的区别，因此页岩气的开发方式与常规气藏有着很大的区别。
目前，作为页岩气最为有效的开发方式，水平井技术和大规模分段压裂技术得到了广泛的应用。
然而在进行水平井分段压裂后，产生的多级复杂人工裂缝对研究水平井分段压裂情况下页岩气的渗流机理的认识与研究带来看较大的挑战。
因此，本文总结了关于页岩气水平井分段压裂渗流机理的研究现状，分析了相关文献采用的研究方法优点和存在的不足，以期对相关的研究提供一定的理论借鉴。
关键词：页岩气；水平井；分段压裂；渗流机理.Review of seepage flow characteristics of multi-stagefracturing in horizontal shale gas wellChu ZhiweiNature Resources Faculty of China University of Geosciences ,Wuhan,Hubei 430074Abstract: Occurrence of Shale gas is in the shale fracture, pore and micro level. Occurrence mode mainly includes the adsorbed gas and free gas, the reservoir permeability is extremely low, the percolation mechanism and conventional gas reservoir has the very big difference, so the shale gas development way and the conventional gas reservoir has the very big difference. At present, as the development of shale gas is the most effective way, horizontal well technology and large-scale staged fracturing technology has been widely used. However in the horizontal well staged fracturing, the multistage complex fractures of the horizontal well staged fracturing cases, shale gas percolation mechanism of knowledge and research challenges look larger.herefore, this article summarizes the research on mechanism of shale gas horizontal well staged fracturing seepage status quo, analysis of the related literature research methods the advantages and the deficiencies, in order to provide certain theoretical reference for related research.Key words:shale gas; horizontal well; staged fracturing; percolation mechanism.1引言页岩气是以吸附、游离或溶解状态赋存于泥页岩中的非常规天然气,与常规天然气藏最显著的区别在于它是一个“自生、自储”系统。
其开发寿命长、清洁环保, 但又面临成藏隐蔽、采收率不稳定、开开发技术要求高、成本高的不利因素。
研究表明, 我国主要盆地和地区的页岩气资源量十分丰富,约为15×1012m3-30×1012m3。
页岩气藏一般天然裂缝发育，但大部分天然裂缝必须经压裂才能张开。
因此商业化开发页岩气藏必须要进行水力压裂，裂缝是页岩气的主要运输通道，水平井完井技术和压裂增产工艺措施是实现页岩气藏成功经济开发的关键技术。
目前,针对页岩气水平井分段压裂渗流机理的相关研究开展的较少，国内的一些学者开展了该方面的理论研究。
因此，本文总结了相关研究的成果，并分析了所采取的研究方法的优点和存在的不足。
褚志伟 22页岩气渗流基本过程页岩气在页岩中有其特殊的赋存运移机理, 与常规气藏最主要的区别在于页岩气以吸附状态赋存于页岩的基质孔隙中, 其流入生产井筒需要经历三个过程：1）在钻井、完井降压的作用下，吸附在页岩表面气体在其内表面脱离，页岩气由基质系统向裂缝内表面进行解析，解析出来的气体进入裂缝孔隙中成为游离气；2）在浓度差的作用下,游离相页岩气从高浓度区向低浓度区运动,即页岩气由基质系统向裂缝系统进行扩散,当浓度趋于平衡时,扩散现象停止；3）在流动势的作用下,页岩气通过裂缝孔隙系统向生产井筒进行渗流。
3分段压裂裂缝形态通常水平井分段压裂裂缝存在两种极限情况：纵向和横向（图1）当水平井井筒方位与最大水平主应力方位垂直时，可产生横向裂缝；当两者方位一致时，可产生轴向裂缝；当两者夹角处于其他情况时，裂缝形太会非常的复杂。
由于水平井轴向裂缝有效泄流面积相对横向裂缝来说小很多，一般希望水平井压裂产生横向裂缝作为裂缝网络的主裂缝。
页岩气井最佳的压裂效果是产生垂直于水平井段的横向主裂缝的同时，产生垂直于横向裂缝的二级裂缝，以提高裂缝与地层的接触面积有利于页岩气的解吸附和气体在储层中的流动，据统计水平井分段压裂的裂缝以横向裂缝为主。
4分段压裂渗流特征模拟分析张小涛等（2013）开展了水平井分段压裂渗流特征的模拟分析研究。
在研究方案中，研究人员采用了“双重介质模型”，即：假设页岩由基岩和裂缝两种孔隙介质构成。
模型一般假设页岩气在裂缝中流动是达西流动和高速非达西流，在基岩孔隙中的运移机制是菲克扩散或考虑克林伯格效应的非达西流动。
基于以上的假设和理论基础，运用Eclipse2010建立了如下分析模型：运用该分析模型，主要得出了一下研究结论：1）页岩气井在生产初期的产量递减异常显著，根据国外的页岩气藏数据资料统计，页岩气井在投产的第1年内产量递减最高在80%以上，以后递减逐渐减缓；2）在分段压裂水平井投产初期，首先采出的是压裂形成的主裂缝中的游离气，进而采出整个储层改造区域（SRV）内的游离气。
当生产1a左右时间后，压力波及了SRV 区域的边缘。
在此之前一直是体积压裂改造形成的裂缝网络系统向气井供气。
因此气井的产量递减迅速，这与产量递减现象是相吻合的；3）当气井生产足够长时间后，压力波及范围已基本不变。
单井控制范围较小，只能靠增加水平井的数量来提高整个气藏的采出程度；4）只有压裂缝具有一定的导流能力时，才可能成为对气藏开发有效的裂缝。
而且压裂缝的导流能力越强，裂缝周围储层中的流体就越容易往裂缝中流动，进而流入井筒中，因此裂缝导流能力的强弱对于分段压裂的级数具有重要影响。
刘晓旭等（2013）通过对国内第一口进中国地质大学（武汉）资源学院 3行分段压裂的页岩气水平井W201-H1井型压力恢复测试，得到了第一次关井压力恢复双对数曲线图，如图3所示。
根据对压裂恢复曲线的分析，得出了水平井分段压裂流态特征：1）井储效应井储效应出现在气井开井或关井的短时间内，其影响持续时间较短；2）早期线性流分段压裂水平井早期第一个明显的流态是垂直于裂缝的线性流动，即早期线性流。
3）早期径向流如果裂缝间距够大，早期线性流之后就会出现早期径向流。
分段压裂水平井的早期径向流发生在单个裂缝内部，类似于未压裂水平井的系统径向流，而垂直缝就类似于未压裂的水平段；4）裂缝边界流随着气井生产的进行，压力波进一步向储层内部传递，在某一时间点，相邻裂缝间的压力扰动前缘汇合。
这样就会裂缝干扰效应，此时对应的流动为裂缝边界流；5）复合线性流裂缝边界流之后，压力扰动将逐渐覆盖储层有效压裂体积的整个范围，并进入复合线性流，其特征如同气体流入一条大的裂缝；6）系统径向流如果页岩气井生产时间够长，随着泄流面积的增大，整个水平井段和裂缝系统就如同1口影响范围扩大了的直井。
在距离水平井段和裂缝系统较远的储层内就会出现系统径向流。
5结论通过对相关学者关于“页岩气水平井分段压裂渗流机理研究”的综述，可以得到一下结论：1）页岩气水平井生产早期产量递减较快，后期产量趋于稳定，主要原因是前期主要以游离气为主，后期以吸附气为主；2）页岩气水平井分段压裂形成的裂缝应以平行于最大水平主应力的垂直裂缝为主，因此应使水平井水平段的延伸方向垂直于最大主应力的方向；3）页岩气分段压裂水平井以横向缝为主，渗流形态依次表现为：（井筒与裂缝）井储效应→早期线性流（或双线性流）→裂缝边界流→复合线性流→系统径向流→外边界效应。
在页岩气井的生命期内通常只出现前4种流态。
6不足上述学者的研究主要存在以下的不足：1）没有考虑天然裂缝对水平井分段压裂裂缝的形成以及渗流特征的影响；2）采用的渗流方程为达西渗流方程，该方程适用于常规油气藏流体渗流特征的研究，但应用于页岩气渗流特征的研究应考虑实际的流体特征；3）采用的分析模型为均质模型，与实际有较大的差别，会对模拟结果产生影响。
参考文献刘晓旭，杨学锋，陈远林等，2013.页岩气分段压裂水平井渗流机理及试井分析.天然气工业，33（12）：77-81.李建秋，曹建红，段永刚等，2011.页岩气井渗流机理及产能递减分析.天然气勘探与开发，34（2）：34-39.周德华，焦方正，贾长贵等，2014.JY1HF 页岩气水平井大型分段压裂技术.石油钻探技术，42（1）：75-80.张小涛，吴建发，冯曦等,2013.页岩气藏水平井分段压裂渗流特征数值模拟.开发工程，33（3）：47-52.李亚洲，李勇明，罗攀等，2013.页岩气渗流机理与产能研究.断块油气藏，20（2）：186-190.。