第19卷第6期Production characteristics and law of shale gas reservoir under complex conditionsWang Nan 1,2,Zhong Taixian 3,Liu Xingyuan 4,Lei Danfeng 1，2(ngfang Branch,Research Institute of Petroleum Exploration and Development,PetroChina,Langfang 065007,China;2.National Energy Shale Gas R &D (Experiment)Centre,Langfang 065007,China;3.PetroChina Company Limited,Beijing100007,China;4.China Petroleum Materials Corporation,CNPC,Beijing 100029,China)Abstract:This paper focuses on analysis of shale gas reservoir characteristics,production mechanism and productivity characteristics after fracturing.In the study of shale gas reservoir,four components of porous medium for shale reservoir have been analyzed.It is proved that the organic matter is the main reservoir body and seepage channel for free gas.The content of organic matter and the characteristics of pore development directly influence the reserves and production of shale gas reservoir.This paper also analyzes the flow mechanism such as shale gas adsorption,desorption and diffusion,calculates the volumes of free gas and adsorbed gas based on those mechanism and explain the correlation between gas content and pressure history curve.In the analysis of shale gas productivity,the case is used to determine the characteristics of initial high production of single well,fast production decline at late stage and long production cycle.It is confirmed that the hydraulic fracture is the most important flow channel for shale gas.The pattern of hydraulic fracture is key factor to determine the productivity of shale gas.In this study,the production mechanism,characteristics and law of complex shale gas reservoir are summarized,which can provide theory support for improving the productivity of shale gas well and developing the shale gas reservoir on a large scale.Key words:shale gas;development;production mechanism;productivity;reservoir characteristics;decline analysis1储集机理1.1储层特征页岩储层具有分布广、单层厚度大、含气量低等特征，页岩气藏的存储形式可分为吸附气和游离气。
吸附气主要赋存在有机质颗粒与黏土颗粒的表面，而游离气则赋存于页岩基质孔隙和次生裂缝中［1-5］。
页岩储层作为多孔渗流介质，主要分为4个部分，分别是非有机质基质、有机质干酪根、天然裂缝及人工水力裂缝。
非有机质基质主要是页岩的矿物组分，一般占页岩总体积的90%以上［6］。
在对四川威远地区井1页岩层进行矿物组分分析时发现：岩石碎屑成分主要为石复杂条件下页岩气藏生产特征及规律王南1，2，钟太贤3，刘兴元4，雷丹凤1，2（1.中国石油勘探开发研究院廊坊分院，河北廊坊065007；2.国家能源页岩气研发（实验）中心，河北廊坊065007；3.中国石油天然气股份公司，北京100007；4.中国石油物资公司，北京100029）摘要从页岩气藏的储层特征、生产机理及压裂施工后气井的产能特征着手，首先分析了页岩储层多孔介质的4个组成部分，确定了有机质孔隙是页岩气主要的储集体，有机质含量及孔隙发育特征直接影响页岩气藏的储量和产量；对页岩气藏的吸附、解析、扩散等渗流机理进行了细致分析，推算游离气与吸附气量，并用压力变化关系曲线解释含气量关系；在产能特征方面运用实例分析了页岩气井产能，确定了单井初期产量高、后期递减迅速和生产周期长等特征，证实了水力裂缝是页岩气藏最主要的气体渗流通道，水力裂缝的形态最终决定气井的产能。
研究结果从多方面总结了页岩气藏复杂的生产机理及特征规律，为提高页岩气井产能、规模化开发页岩气藏提供了理论支撑。
关键词页岩气；开发；生产机理；产能；储层特征；递减分析中图分类号：TE349文献标志码：A引用格式：王南，钟太贤，刘兴元，等.复杂条件下页岩气藏生产特征及规律［J ］.断块油气田，2012，19（6）：767-770.Wang Nan ，Zhong Taixian ，Liu Xinyuan ，et al.Production characteristics and law of shale gas reservoir under complex conditions ［J ］.Fault -Block Oil &Gas Field ，2012，19（6）：767-770.收稿日期：2012-05-12；改回日期：2012-09-19。
作者简介：王南，男，1982年生，工程师,工程经济学硕士，2008年毕业于英国拉夫堡大学,主要从事非常规天然气储层评价、试井分析方面的研究工作。
E -mail ：wn215@ 。
断块油气田FAULT -BLOCK OIL ＆GAS FIELD doi:10.6056/dkyqt2012060222012年11月2012年11月断块油气田英、长石、方解石、白云石和黏土矿物。
其中石英和黏土矿物所占比例较高，占总矿物组分的60%以上；方解石、白云石一般在10%~20%，主要是充填页岩孔隙；黄铁矿质量分数较低，通常呈颗粒状不均匀地分布在岩石内。
石英具有脆性，有利于裂缝发育，但石英的增加会降低页岩的孔隙，使气体的储集空间减小［7］。
方解石和白云石在埋藏过程中会产生胶结作用，同样会减少孔隙。
这些都证明岩石组分变化会影响页岩的岩石力学性质和孔隙结构，在一定程度上减小或增大页岩气的储集空间。
有机质是页岩基质的另一重要组成部分，吸附气从有机质中生成，同时也吸附在有机质表面，因此有机质既是吸附气的生气源，也是储集体。
页岩中有机质越多，吸附气越多。
另外，在有机质成熟过程中，还会生成一些有机质孔隙。
图1为井1经过氩离子抛光后的岩心扫描图像，从中可以发现，页岩有机质孔隙相当发育，且孔隙间相互连通，孔隙直径为5~60nm，部分游离气就储存在这些干酪根发育的孔隙中。
可以说有机质在大量生气阶段或充注过程中，既保存了较高的残余有机质丰度，储集了大量的吸附气，又能新增很多微孔隙，容纳部分游离气，有助于提高基质系统的渗透性。
a放大60000倍b放大3000倍图1氩离子抛光后不同尺度下的页岩孔隙表征页岩层中同时还发育天然裂缝，将一些单独发育的孔隙及其他裂缝连接在一起，形成裂缝体系。
裂缝在页岩层中既是游离气的储集体，又是渗流通道。
裂缝发育的数量和形态决定游离态页岩气的储集空间。
1.2页岩气等温吸附机理页岩气的赋存状态为吸附状和游离状，其组分主要为甲烷，以单层分子形式吸附在孔隙表面，或存在于页岩微孔隙中。
页岩气的吸附机理可以用朗格缪尔等温吸附方程来描述：V（p）=V L pp L+p（1）式中：V（p）为在特定压力下的吸附气量，m3/t；p为压力，MPa；V L为朗格缪尔体积，m3/t；p L为朗格缪尔压力，MPa。
朗格缪尔吸附理论认为，在等温条件下，一定体积的页岩吸附气体积分数随着压力的增大而增加，当压力增大到某个临界值时，吸附气体积分数保持不变，不再随压力增大而增加，此时，吸附气体积分数就达到了极大值，即V L。
当吸附气量达到（1/2）V L时，V L和p L控制了等温吸附曲线的形态，如果2种参数产生变化，等温吸附曲线形态也会随之变化（见图2）。
图2朗格缪尔等温吸附曲线朗格缪尔等温吸附过程是可逆的，因此推断页岩吸附气解吸过程也遵循等温吸附曲线，吸附气的采收率可以通过等温吸附曲线来确定［8］。
页岩气开采可分为2个阶段（见图3）。
图3页岩开采过程示意在原始储层条件下，页岩中的有机质对甲烷的吸附处于饱和状态（见图3中A点）。
原始地层压力为p i、总含气量为V、气藏游离气量为V F、吸附气量为V A，V F 大于V A。
随着地层孔隙压力的降低，游离气首先被采出，此为第一阶段（见图3中线段AB）。
第一阶段只有768第19卷第6期游离气产出，无吸附气产出；由于游离气的产出，地层孔隙压力降至B点，达到吸附气解吸压力p d时，吸附气开始解吸（见图3中线段BC），吸附气与游离气同时产出（见图3中线段BD），此为第二阶段。
随着吸附气与游离气的同时产出，地层压力不断下降，直至废弃压力p a，气井停止生产。