国外页岩气藏数值模拟技术调研
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油 气 地 球 物 理
２ １年 ７ ０２ 月
ＰＴ Ｏ Ｅ Ｅ Ｒ Ｌ ＵＭ Ｅ Ｐ Ｇ Ｏ ＨＹＳＣ ＩＳ
第 １卷 第 ３ Ｏ 期
国外页岩气藏数ห้องสมุดไป่ตู้模拟技术调研
张远弟 ” ，喻高明 ” ，宋刚祥 ” ，郭 锐 ，高 宇 ” ，万青 山”
Ｉ 长江大学石油 工程学院 ；２ 辽河油 田分 公司曙光工程技术 处 ） ）
［０ １】Ｃ．Ｌ ｉｏｌ，Ｅ ．Ｌ ｌｎ ． ．Ｃｐ ｌ ａ ．Ｐ ｏｏ ，Ｊ Ｃ．Ｅｄｅ ｔａ．Ｍｏ ｅｉｇ ｗｅｌ ｒｌ，ｅ １ ｄｌ ｌ ｎ ｐ ｒ ｒ ｎ ｃ ｉ ｓａｅｇ ｓ ｅｅｖ ｉ ［ ／ Ｐ ／ＡＧＥ ｅｅ ｏｒ ｅｆ ｍａ ｅ ｎ ｈ ｌ ａ ｒｓｒｏｒ Ｃ］Ｓ ＥＥ ｏ － ｓ ／ Ｒ ｓｒ ｉ ｖ
主， 而在 页岩 气藏 中 ， 附气 含量 较 高 。美 国 ５ 页 吸 大
了复杂的裂缝 网络系统 ， 裂缝是页岩气 的主要渗流 通道 ， 对裂缝特征模拟的准确与否直接关系到最终
数 值模 拟 结 果 的 可信 度 以及 对 实 际生 产 的支 持 水
平 。
针对页岩气藏数值 模拟 ， 国 Ｓｈｕ ｂｒ ｒ 美 ｃｌ ｅｇ 公 ｍ ｅ 司 的 Ｃ ａｇｎＭ．ｕ ＸＺ ａｇ （０９ 提 出 了一 种 ｈｎａ Ｄ 和 ．ｈｎ 等 ２０ ） 系统的研究方法 ， 中， 其 地质建模部分集成了速度建 模、 时深转换、Ｄ裂缝建模 、 ３ 蚂蚁追踪 、 大规模裂缝 系统模型建立等关键技： 。天然裂缝模 型的建立
美 国页岩气勘探开发 已有百余年历史 ， 页岩 大规模水力压裂方可经济开发。水力压裂裂缝和页 在 气数值模拟方面取得了一定成绩 ， 其经验可借鉴 以 岩气藏原生天然裂缝一起 ， 组成 了复杂 的裂缝 网络 指导我国在该方 向的研究工作 。为此 ， 笔者调研 了 系统 ， 该裂缝系统问题关系到气井产能及最终采收 美 国页岩气藏数值模拟方面的相关文献资料 ， 认为 率 。因此 ， 如何精确描述极为重要 ； ④页岩气藏虽已 对 页岩气藏复杂裂缝 网络系统 的准确建模是该类
在美 国开采百余年 ， 但大规模商业化开采也只始于
气 藏数值模拟工作 的关键 ， 可综合测井解 释资料 、 近二 三 十年 。 目前 ， 国内外 尚无 页岩气 藏 数 值模 拟 微裂缝监测资料及压裂施工记录等来建立。调研结 方面的标准做法和相关规范 ， 即使美国在这方面的 果表 明， 历史拟合过程 中， 天然裂缝渗透率 、 基质一 研究也是处在研究探索阶段 ， 尚未大规模用于开发 裂缝耦合 因子 、 水力压裂裂缝参数对页岩气藏产能 实践口 １ 。 模 拟敏感 性 最强 ， 是历史 拟 合 的重 要 可调参 数 。
就 是基 于 井 眼成 像 技术 解 释 的裂 缝数 据 、 井 解 释 测
岩气藏吸附气含量最低为 １％， ３ 最高超过７ ％， ０ 这就 使得页岩气藏的开采过程存在吸附一解析平衡转换 的问题 ； ③页岩气井完井后一般无天然产能 ， 需进行
收稿 日期 ：０ ２０ ．６ 改回 日期 ：０ ２０ ．２ ２ １ ．２０ ； ２ １ ．３ １ 作者简介 ： 张远弟 ， ， 田开发工程专业在读硕士研究生 ， 男 油气 研究方 向为油藏工程及数值模拟。
第 １卷 第３ Ｏ 期
张远弟 等 ： 国外页岩气藏数值模拟技术调研
－３ ４・
参数对页岩气井产能影响较大 ， 可作为历史拟合 的
主要 考 虑参 数 ， 成 功 的人 工水 力 压 裂处 理 是成 功 而
开 发 页岩气 藏 的关 键所 在 。
２ １ Ｏｋａ ｍａＣｉ ， ｌｈ ｍａ Ｕ； Ｓ ０１ ． ｌｈｏ ｔ Ｏｋ ａ ｏ ， ５ ｙ Ａ： ＰＥ， ０ ｌ ＳＰ ４１ ５ ２ １ ， Ｅ１ ０ ８
岩气藏数值模拟更为复杂 ： ①页岩气藏孔隙吼道半
径极 小 ， 接近平 均分 子 自由程 ， 甲烷 分子 直径 与 （．１ｎ 相 当 。 以美 国 Ｂｒｅ 页 岩 气 田为 例 ， ０ ４ｍ） ４ ａｎｔ ｔ 埋 深 为 １８－ ２９ｍ， 均 吼 道半 径小 于 ５ ｍ。 因此 ， ９２ ５２ 平 ｎ 达西定律是否依然适用 ， 是一个必须要考虑的问题 ； ② 常规气藏天 然气赋存形态 以简单 的游离状态 为
２ 地质建模 Ｉ 数值模拟难点
２１ 复 杂裂 缝 系统 模 拟 ．
由于页岩气藏具有低孔 、 特低渗、 吸附气含量比 例高 、 压裂 裂缝 复杂 等不 同于 常规气 藏 的特点 ， 使页
页 岩气 井 一 般需 大 规 模 压 裂 处 理 方 可 经 济 生 产， 因此 ， 地层 中原生 天然 裂缝 和压 裂裂缝 一起 组成
摘要 ： 页岩气藏勘探开发过 程 中数值模拟技 术的应用是 一个崭 新的研究课题 ， 目前 国 内夕 均无成熟 的经验 做法。 、 本 文调研 了国外页岩 气藏数值模 拟技 术研 究方面 的最新进展 ， 以期 对我 国该 方面 的研 究工作 提供 参考和借 鉴 。 调 研结果表 明 ， 天然裂缝和 水力压裂 裂缝组成 的复杂裂缝 网络 系统和 页岩 气渗流特 征的准确表 征是做好该 类 对 气藏模拟 的关键所在 ， 而天 然裂缝渗透 率、 基质一 裂缝耦合 因子、 水力压裂 裂缝参数对 页岩气藏 产能模拟敏感 性 最强， 可作 为历史拟 合 的可调参数 。通过 页岩 气藏数值模 拟 ， 可对 页岩 气井生产 动态预 、 测 剩余储 量分布 、 页岩 气藏加密钻井 、 水力压裂及 二次压裂施工等提供 有益 的参考 。 关键词 ： 数值模 拟 ； 页岩气藏 ； 地质建模 ； 天然裂缝渗透 率 ； 水力压裂 ； 基质一 裂缝耦 合 因子
Ｃｈ ａ ｔ ｒｚ ｉ ｎ ａ ｄ Ｓ ｍｕ ａｉ ｎ ｒ ａ ｃ ｅ ｉａ ｏ ｎ ｉ ｌ ｏ Ｃｏｎ ｅ ｅ ｅ ９ ２ ｔ ｂ ｒ２ ０ ． ｔ ｔ ｆ ｒ ｎｃ ，１ — １ Ｏｃｏ ｅ ０ ９
２ １年 ７ ０２ 月
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国外页岩气藏数ห้องสมุดไป่ตู้模拟技术调研
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主， 而在 页岩 气藏 中 ， 附气 含量 较 高 。美 国 ５ 页 吸 大
了复杂的裂缝 网络系统 ， 裂缝是页岩气 的主要渗流 通道 ， 对裂缝特征模拟的准确与否直接关系到最终
数 值模 拟 结 果 的 可信 度 以及 对 实 际生 产 的支 持 水
平 。
针对页岩气藏数值 模拟 ， 国 Ｓｈｕ ｂｒ ｒ 美 ｃｌ ｅｇ 公 ｍ ｅ 司 的 Ｃ ａｇｎＭ．ｕ ＸＺ ａｇ （０９ 提 出 了一 种 ｈｎａ Ｄ 和 ．ｈｎ 等 ２０ ） 系统的研究方法 ， 中， 其 地质建模部分集成了速度建 模、 时深转换、Ｄ裂缝建模 、 ３ 蚂蚁追踪 、 大规模裂缝 系统模型建立等关键技： 。天然裂缝模 型的建立
美 国页岩气勘探开发 已有百余年历史 ， 页岩 大规模水力压裂方可经济开发。水力压裂裂缝和页 在 气数值模拟方面取得了一定成绩 ， 其经验可借鉴 以 岩气藏原生天然裂缝一起 ， 组成 了复杂 的裂缝 网络 指导我国在该方 向的研究工作 。为此 ， 笔者调研 了 系统 ， 该裂缝系统问题关系到气井产能及最终采收 美 国页岩气藏数值模拟方面的相关文献资料 ， 认为 率 。因此 ， 如何精确描述极为重要 ； ④页岩气藏虽已 对 页岩气藏复杂裂缝 网络系统 的准确建模是该类
在美 国开采百余年 ， 但大规模商业化开采也只始于
气 藏数值模拟工作 的关键 ， 可综合测井解 释资料 、 近二 三 十年 。 目前 ， 国内外 尚无 页岩气 藏 数 值模 拟 微裂缝监测资料及压裂施工记录等来建立。调研结 方面的标准做法和相关规范 ， 即使美国在这方面的 果表 明， 历史拟合过程 中， 天然裂缝渗透率 、 基质一 研究也是处在研究探索阶段 ， 尚未大规模用于开发 裂缝耦合 因子 、 水力压裂裂缝参数对页岩气藏产能 实践口 １ 。 模 拟敏感 性 最强 ， 是历史 拟 合 的重 要 可调参 数 。
就 是基 于 井 眼成 像 技术 解 释 的裂 缝数 据 、 井 解 释 测
岩气藏吸附气含量最低为 １％， ３ 最高超过７ ％， ０ 这就 使得页岩气藏的开采过程存在吸附一解析平衡转换 的问题 ； ③页岩气井完井后一般无天然产能 ， 需进行
收稿 日期 ：０ ２０ ．６ 改回 日期 ：０ ２０ ．２ ２ １ ．２０ ； ２ １ ．３ １ 作者简介 ： 张远弟 ， ， 田开发工程专业在读硕士研究生 ， 男 油气 研究方 向为油藏工程及数值模拟。
第 １卷 第３ Ｏ 期
张远弟 等 ： 国外页岩气藏数值模拟技术调研
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参数对页岩气井产能影响较大 ， 可作为历史拟合 的
主要 考 虑参 数 ， 成 功 的人 工水 力 压 裂处 理 是成 功 而
开 发 页岩气 藏 的关 键所 在 。
２ １ Ｏｋａ ｍａＣｉ ， ｌｈ ｍａ Ｕ； Ｓ ０１ ． ｌｈｏ ｔ Ｏｋ ａ ｏ ， ５ ｙ Ａ： ＰＥ， ０ ｌ ＳＰ ４１ ５ ２ １ ， Ｅ１ ０ ８
岩气藏数值模拟更为复杂 ： ①页岩气藏孔隙吼道半
径极 小 ， 接近平 均分 子 自由程 ， 甲烷 分子 直径 与 （．１ｎ 相 当 。 以美 国 Ｂｒｅ 页 岩 气 田为 例 ， ０ ４ｍ） ４ ａｎｔ ｔ 埋 深 为 １８－ ２９ｍ， 均 吼 道半 径小 于 ５ ｍ。 因此 ， ９２ ５２ 平 ｎ 达西定律是否依然适用 ， 是一个必须要考虑的问题 ； ② 常规气藏天 然气赋存形态 以简单 的游离状态 为
２ 地质建模 Ｉ 数值模拟难点
２１ 复 杂裂 缝 系统 模 拟 ．
由于页岩气藏具有低孔 、 特低渗、 吸附气含量比 例高 、 压裂 裂缝 复杂 等不 同于 常规气 藏 的特点 ， 使页
页 岩气 井 一 般需 大 规 模 压 裂 处 理 方 可 经 济 生 产， 因此 ， 地层 中原生 天然 裂缝 和压 裂裂缝 一起 组成
摘要 ： 页岩气藏勘探开发过 程 中数值模拟技 术的应用是 一个崭 新的研究课题 ， 目前 国 内夕 均无成熟 的经验 做法。 、 本 文调研 了国外页岩 气藏数值模 拟技 术研 究方面 的最新进展 ， 以期 对我 国该 方面 的研 究工作 提供 参考和借 鉴 。 调 研结果表 明 ， 天然裂缝和 水力压裂 裂缝组成 的复杂裂缝 网络 系统和 页岩 气渗流特 征的准确表 征是做好该 类 对 气藏模拟 的关键所在 ， 而天 然裂缝渗透 率、 基质一 裂缝耦合 因子、 水力压裂 裂缝参数对 页岩气藏 产能模拟敏感 性 最强， 可作 为历史拟 合 的可调参数 。通过 页岩 气藏数值模 拟 ， 可对 页岩 气井生产 动态预 、 测 剩余储 量分布 、 页岩 气藏加密钻井 、 水力压裂及 二次压裂施工等提供 有益 的参考 。 关键词 ： 数值模 拟 ； 页岩气藏 ； 地质建模 ； 天然裂缝渗透 率 ； 水力压裂 ； 基质一 裂缝耦 合 因子
Ｃｈ ａ ｔ ｒｚ ｉ ｎ ａ ｄ Ｓ ｍｕ ａｉ ｎ ｒ ａ ｃ ｅ ｉａ ｏ ｎ ｉ ｌ ｏ Ｃｏｎ ｅ ｅ ｅ ９ ２ ｔ ｂ ｒ２ ０ ． ｔ ｔ ｆ ｒ ｎｃ ，１ — １ Ｏｃｏ ｅ ０ ９