王歡，廖新維，趙曉亮，趙東鋒，廖長霖

〔1.中國石油大學(xué)，北京 102249；2.石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 中國石油大學(xué)，北京 102249〕

引 言

隨著常規(guī)油氣藏的衰竭，非常規(guī)油氣藏的開發(fā)越來越受重視，“非常規(guī)”概念反映的是在當(dāng)前的技術(shù)、知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)條件下的概念[1]，伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，今天的非常規(guī)油氣藏也必將成為未來的常規(guī)油氣藏。隨著非常規(guī)油氣藏（如頁巖氣、頁巖油、致密氣和致密油等）的開發(fā)，出現(xiàn)了一些新的完井增產(chǎn)方法和技術(shù)，其中一個(gè)重要的技術(shù)就是儲(chǔ)層體積改造技術(shù)，國內(nèi)也稱其為體積壓裂技術(shù)。儲(chǔ)層體積改造的目的是為了實(shí)現(xiàn)非常規(guī)油氣藏開發(fā)所追求的一個(gè)重要目標(biāo)――盡可能增大巖石與裂縫或裂縫網(wǎng)絡(luò)的接觸面積[2]。本文在文獻(xiàn)調(diào)研的基礎(chǔ)上，分別從儲(chǔ)層體積改造的概念、措施，裂縫監(jiān)測和模擬技術(shù)，以及改造井滲流規(guī)律和產(chǎn)能特征等方面介紹了目前非常規(guī)油氣藏開發(fā)的相關(guān)技術(shù)和方法。

1 儲(chǔ)層體積改造的概念

體積改造是一個(gè)較新的概念，一些學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了定義和闡述[3-5]。體積改造的概念有廣義和狹義之分，廣義的體積改造技術(shù)包括提高縱向剖面動(dòng)用程度的分層壓裂技術(shù)和提高儲(chǔ)層滲流能力及增大儲(chǔ)層泄油面積的水平井分段改造技術(shù)（圖1）。狹義的體積改造技術(shù)則是指通過壓裂手段產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)裂縫的儲(chǔ)層改造技術(shù)，利用水平井分段多簇射孔，高排量、大液量、低黏液體，以及轉(zhuǎn)向材料與技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)天然裂縫和巖石層理的溝通，在主裂縫的側(cè)向強(qiáng)制形成次生裂縫，甚至多級(jí)次生裂縫，使主裂縫與多級(jí)次生裂縫交織形成裂縫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，最大限度地?cái)U(kuò)大裂縫面與油藏基質(zhì)的接觸面積，減小油氣各方向從基質(zhì)到裂縫的滲流距離，大幅改善儲(chǔ)層整體滲透率，在長、寬、高3個(gè)方向上實(shí)現(xiàn)油藏的體積改造。該技術(shù)不僅可以大幅度提高生產(chǎn)井單井產(chǎn)量，同時(shí)還能最大限度提高儲(chǔ)層動(dòng)用程度和采收率。

圖1 水平井和直井體積改造示意圖

2 儲(chǔ)層體積改造技術(shù)

儲(chǔ)層體積改造技術(shù)不同于常規(guī)的壓裂改造技術(shù)，常規(guī)壓裂改造理念是盡可能追求大的裂縫半長（150～450 m），并保證措施后的傳導(dǎo)率，無支撐劑回流到井筒。直井體積壓裂設(shè)計(jì)理念：壓裂采用低黏度水，通常用滑溜水，低濃度支撐劑（113.5～227 kg/m3），在最高施工壓力下追求高的泵入速度（0.106～0.159 m3/s），單位厚度較大的支撐劑體積（1.5～2 t/m）和大液量（1000～1500 m3）[6]。其目標(biāo)是盡可能開啟和溝通天然裂縫網(wǎng)絡(luò)。水平井分段多簇壓裂儲(chǔ)層體積改造措施：采用儲(chǔ)層增產(chǎn)體積與網(wǎng)絡(luò)方位確定井位和井距，盡可能使水平井鉆井方向與裂縫發(fā)育方向垂直，此時(shí)儲(chǔ)層增產(chǎn)體積最大，水平井布井井距也可達(dá)到最大；當(dāng)裂縫間距無法采用大的儲(chǔ)層增產(chǎn)體積進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，可以鉆密度較高的分支井并采用同步壓裂和交錯(cuò)壓裂方式增大儲(chǔ)層增產(chǎn)體積。同步壓裂技術(shù)是同時(shí)對(duì)2個(gè)或多個(gè)相鄰的水平井進(jìn)行壓裂，目的是為了產(chǎn)生更多緊密的水力裂縫，提高井間裂縫網(wǎng)絡(luò)的發(fā)育程度和均勻性，增大裂縫網(wǎng)絡(luò)面積，以提高井的初始產(chǎn)量和最終采收率。

目前進(jìn)行儲(chǔ)層體積改造通常采用水力壓裂技術(shù)，即在低滲透油氣藏壓裂過程中，采用更多液體、更低支撐劑濃度、更高排量泵入以產(chǎn)生足夠的裂縫幾何形狀和導(dǎo)流能力來獲得商業(yè)油流。水力壓裂技術(shù)主要包括滑溜水壓裂及改進(jìn)的混合壓裂技術(shù)。滑溜水壓裂即使用淡水或2%的KCI鹽水作為主壓裂液，主要添加劑為降摩阻劑（體積濃度為0.05%～0.10%的聚丙烯酰胺），其他使用較少的添加劑包括防垢劑、除氧劑和殺菌劑，偶爾也使用表面活性劑?；旌蠅毫咽侵负芯€性膠或交聯(lián)凝膠液體段的水力壓裂，混合壓裂的液體泵注程序中除滑溜水之外還包括線性膠或（和）交聯(lián)凝膠液體階段，以達(dá)到提高攜帶支撐劑能力的目的。儲(chǔ)層體積改造不同實(shí)現(xiàn)工藝見表1。

表1 儲(chǔ)層體積改造不同實(shí)現(xiàn)工藝

3 壓裂裂縫描述與模擬方法

3.1 微地震監(jiān)測技術(shù)

非常規(guī)油氣藏水力壓裂后，會(huì)在措施井周圍一定范圍內(nèi)形成改造區(qū)，如何認(rèn)識(shí)該區(qū)域內(nèi)裂縫方位、長度、高度和走向是微地震監(jiān)測技術(shù)在油氣藏開發(fā)應(yīng)用中的主要目的。微地震監(jiān)測技術(shù)是一種以聲發(fā)射學(xué)和地震學(xué)為理論依據(jù)的交叉學(xué)科新技術(shù)[7]。微地震事件指的是由水力壓裂造成的應(yīng)力和孔隙壓力改變導(dǎo)致的微小地震，這些微地震是沿著已有較脆弱面產(chǎn)生滑移和拉張變形造成的。微地震監(jiān)測通常是在措施井周圍的直井或水平井中放置檢波器（直井觀測井最好，水平觀測井次之，地面監(jiān)測最差），通過接收的壓縮波（縱波P波）和剪切波（橫波S波）信號(hào)來計(jì)算微地震事件所在的位置[8]。

壓裂措施后進(jìn)行效果評(píng)價(jià)，對(duì)比微地震事件到達(dá)的時(shí)間和P波、S波的特征，同一事件由2個(gè)接收器接收和辨認(rèn)，并用速度模型來校準(zhǔn)和匹配2個(gè)事件到達(dá)的時(shí)間[9]。微地震監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用可以獲得以下儲(chǔ)層裂縫信息和起到以下作用：①裂縫高度，長度和走向；②裂縫復(fù)雜程度，如形成的裂縫是網(wǎng)絡(luò)縫還是兩翼板狀縫；③裂縫位置；校正水力裂縫模型；④天然裂縫特征；⑤識(shí)別和避開地質(zhì)危害，如斷層、水體和喀斯特地形[10-11]。根據(jù)監(jiān)測得到的微地震云圖不但可以確定裂縫的幾何形狀，還可以預(yù)測巖石變形或失效的模式（拉張或剪切）[12]。

3.2 儲(chǔ)層改造體積描述參數(shù)

非常規(guī)油氣藏的特點(diǎn)就是儲(chǔ)層物性極差，滲透率甚至低至1×10-9μ m2。生產(chǎn)井不經(jīng)過水力壓裂等改造措施，無自然產(chǎn)能，因此非常規(guī)油氣藏的開發(fā)都要經(jīng)過儲(chǔ)層體積改造，那么用哪些參數(shù)來描述儲(chǔ)層體積改造的特征就成為一個(gè)關(guān)鍵的問題。2009和2010年，Cipolla等人將措施后的非常規(guī)儲(chǔ)層分為改造區(qū)和非改造區(qū)進(jìn)行描述，并認(rèn)為改造后有裂縫支撐區(qū)域的傳導(dǎo)率和無裂縫支撐區(qū)域的傳導(dǎo)率為2個(gè)關(guān)鍵參數(shù)[12-13]。2010年，Kalantari研究認(rèn)為離散裂縫網(wǎng)絡(luò)由以下幾個(gè)參數(shù)表征：裂縫分布、裂縫幾何形狀、裂縫走向、裂縫寬度[14]。并認(rèn)為離散裂縫網(wǎng)絡(luò)無法直接應(yīng)用到實(shí)際油藏模擬中，需將其粗化成雙重介質(zhì)模型。同年，Arvind等人研究認(rèn)為，對(duì)于壓裂井來說，弄清壓裂縫網(wǎng)的范圍和形狀是最重要的[15]。他們提出了一種體積壓裂模擬方法（VFMA），將每個(gè)壓裂段周圍分為不同的影響區(qū)來模擬壓裂改造體積。該方法非常適用于多井或油田范圍的模擬。VFMA方法將改造體積分為3個(gè)區(qū)：裂縫支撐區(qū)、破碎區(qū)和非改造區(qū)。裂縫支撐區(qū)離井筒最近且有最大的傳導(dǎo)率，破碎區(qū)分布于裂縫支撐區(qū)周圍，非改造區(qū)是體積壓裂沒有影響到的區(qū)域。裂縫滲透率和sigma是VFMA模型歷史擬合中2個(gè)最重要的參數(shù)。

常規(guī)的裂縫參數(shù)，如裂縫形狀、走向和角度已經(jīng)不能充分描述裂縫網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜程度。Wang等人在2013年提出了描述水力壓裂裂縫的3種新參數(shù)R、D和β，R表示儲(chǔ)層改造產(chǎn)生的裂縫體積與施工液量的比值，R值越大表示裂縫越多；D表示水平縫與垂直縫體積的差值與總裂縫體積之比，D值越小，裂縫越復(fù)雜。β值等于1－D，因此β越大，裂縫越復(fù)雜[17]。同年，Li等人認(rèn)為兩翼縫幾何參數(shù)（縫長、縫高、縫寬和傳導(dǎo)率）已經(jīng)不能充分描述復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)的特征[18]，提出應(yīng)該用裂縫密度、支撐裂縫傳導(dǎo)率、非支撐裂縫傳導(dǎo)率和儲(chǔ)層改造體積來描述復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)。同年，Suliman等人基于微地震密度和網(wǎng)格塊的傳導(dǎo)率，將SRV（說明含意）分為3個(gè)區(qū)域來描述：①水力壓裂SRV區(qū)，包括所有與微地震事件相關(guān)的區(qū)域，SRV形狀高度不規(guī)則，該區(qū)域被認(rèn)為是水力壓裂所造成的，但部分區(qū)域可能對(duì)產(chǎn)能沒有貢獻(xiàn)；②SRV傳導(dǎo)區(qū)，該區(qū)域包含一個(gè)以上的微地震事件，有效滲透率明顯高于基質(zhì)滲透率，單井預(yù)測最終采收率主要取決于SRV傳導(dǎo)區(qū)的大??；③SRV激發(fā)區(qū)，該區(qū)域包含2個(gè)以上微地震事件，位于近井筒地帶，有效滲透率最高，主要影響生產(chǎn)井初始階段的產(chǎn)量[19]。

3.3 裂縫模擬方法

3.3.1 單孔介質(zhì)模型

在油藏模擬模型中有以下不同方式來處理裂縫，如兩翼板狀縫、板狀縫網(wǎng)、局部網(wǎng)格加密、離散裂縫網(wǎng)絡(luò)、水力裂縫支撐區(qū)域和基于微地震的裂縫網(wǎng)絡(luò)。目前非常規(guī)儲(chǔ)層體積改造的油藏模擬模型主要有2種：單孔介質(zhì)模型和雙孔介質(zhì)模型。模擬分為直接法和間接法，前者是應(yīng)用高滲透率的網(wǎng)格代表裂縫，常規(guī)數(shù)值模擬器中結(jié)構(gòu)網(wǎng)格系統(tǒng)只限于模擬板狀縫、正交裂縫網(wǎng)絡(luò)和線網(wǎng)模型；后者是將建立的離散裂縫網(wǎng)絡(luò)粗化成雙重介質(zhì)油藏模型或者是增大儲(chǔ)層改造區(qū)域的整體滲透率[20]。盡管這些方法可以快速預(yù)測井的產(chǎn)能，但卻忽視了裂縫結(jié)構(gòu)與單井產(chǎn)量的直接聯(lián)系，不能深刻了解裂縫網(wǎng)絡(luò)的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)。

Li等人在 2011年對(duì)比研究了單孔介質(zhì)系統(tǒng)+板狀縫、雙孔介質(zhì)系統(tǒng)+裂縫網(wǎng)絡(luò)和雙孔介質(zhì)系統(tǒng)，認(rèn)為雖然它們之間可以相互替代，但卻具有不同的泄油形式和剩余油分布狀況[21]。Anish和Dieudonne等人研究認(rèn)為以對(duì)數(shù)排列形式進(jìn)行局部網(wǎng)格加密（LGR）可以準(zhǔn)確模擬壓裂頁巖油藏中的滲流，能有效反映裂縫附近大的壓力降與飽和度變化[22-23]。2013年，Monti等人提出一種可以模擬水力裂縫尺寸隨時(shí)間變化的方法。他們引入一種滲透率降級(jí)規(guī)則或依賴于時(shí)間/壓力而變化的表皮參數(shù)來模擬水力裂縫隨時(shí)間的衰退。并利用單孔介質(zhì)模型結(jié)合局部網(wǎng)格加密技術(shù)模擬了幾類非常規(guī)儲(chǔ)層改造情況[24]。

3.3.2 雙孔介質(zhì)模型

雙孔介質(zhì)模型，流體存在于2種連續(xù)介質(zhì)中，通常是基質(zhì)和裂縫?；|(zhì)作為儲(chǔ)集空間，裂縫作為流體高滲通道（圖2）?；|(zhì)和裂縫的接觸面由因子控制，該因子與基質(zhì)塊尺寸有關(guān)，不受模擬網(wǎng)格尺寸的影響[21]。該因子可作為雙孔介質(zhì)模型歷史擬合的調(diào)整參數(shù)。需要指出的是當(dāng)雙孔介質(zhì)系統(tǒng)基質(zhì)和裂縫具有統(tǒng)一的滲透率，并且與單孔介質(zhì)系統(tǒng)滲透率相等時(shí)，它們的模擬結(jié)果相同；在雙孔介質(zhì)系統(tǒng)中，只要基質(zhì)和裂縫的孔隙度之和與雙孔介質(zhì)系統(tǒng)的孔隙度之和相等，因子就不起作用。

2010年，Du等人指出雙孔介質(zhì)模型的優(yōu)點(diǎn)：雙重介質(zhì)模型相對(duì)于單孔介質(zhì)+局部裂縫的模型計(jì)算更快；可以充分合并物性的非均質(zhì)性，模擬中可以直接考慮一些重要的參數(shù)，例如多組分的朗繆爾等溫線、瞬時(shí)吸附和與時(shí)間相關(guān)的擴(kuò)散作用；考慮了基質(zhì)塊中的瞬變現(xiàn)象[25]。

雙重滲透率模型允許基質(zhì)到基質(zhì)和裂縫到裂縫的同時(shí)滲流，2013年，Wei等人利用該模型與網(wǎng)格加密相結(jié)合的方法來模擬頁巖基質(zhì)到裂縫中的滲流。模型中裂縫顯式模擬，裂縫周圍的基質(zhì)采用次網(wǎng)格描述，網(wǎng)格尺寸在遠(yuǎn)離裂縫方向上呈對(duì)數(shù)增加來合理模擬裂縫與基質(zhì)間較大的壓力降，該方法可以合理模擬基質(zhì)到裂縫滲流的瞬態(tài)流特征[26]。同年，Tadesse等人采用雙孔介質(zhì)模型研究了致密氣藏參數(shù)：網(wǎng)格形狀、儲(chǔ)層滲透率、井型、控制方式和裂縫傳導(dǎo)率[27]。他們認(rèn)為雙孔介質(zhì)模型的數(shù)值法比解析法有更好的靈活性，可以模擬多相流及其他一些物理現(xiàn)象，如重力效應(yīng)和非均質(zhì)性等，但缺點(diǎn)是計(jì)算時(shí)間長。

圖2 描述裂縫性油藏的方糖雙孔介質(zhì)模型

3.3.3 離散裂縫模型

數(shù)值模擬描述裂縫的方法通常是設(shè)置高滲透率的網(wǎng)格來表示裂縫，這種方法只能模擬平面二維板狀縫和線網(wǎng)模型中的正交裂縫網(wǎng)絡(luò)[28]。水力裂縫通常用板狀縫來模擬，主要參數(shù)有裂縫半長、縫寬、縫高和裂縫傳導(dǎo)率。 Cinco-Ley、Samaniego和Thambynayagam采用解析方法描述了水力壓裂油藏，油藏采用解析解，離散裂縫面采用數(shù)值解[29-30]。

Cipolla等人于2009年通過對(duì)比儲(chǔ)層體積改造油藏?cái)?shù)值模擬的2種模型（離散裂縫網(wǎng)絡(luò)模型和雙重介質(zhì)模型），認(rèn)為精確模擬頁巖氣藏中流體的滲流規(guī)律需要用離散裂縫網(wǎng)絡(luò)模型，而雙孔介質(zhì)模型不能充分體現(xiàn)致密基質(zhì)塊中流體的瞬態(tài)流特征[13]。同年，Du等人結(jié)合地震解釋和儲(chǔ)層屬性特征、井筒成像和測井解釋、巖心分析，以及水力壓裂改造和微地震數(shù)據(jù)建立了含有離散裂縫網(wǎng)絡(luò)的油藏模型[31]。

Cipolla、Mirzaei和Cipolla應(yīng)用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格自動(dòng)生成技術(shù)和最新油藏?cái)?shù)值模擬求解技術(shù)實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)的生產(chǎn)模擬。但是，這種方法建立模型比較費(fèi)時(shí)，并且需具備專業(yè)的油藏?cái)?shù)值模擬技術(shù)[11]。同年，Weng等人研究認(rèn)為線網(wǎng)模型較兩翼縫模型在模擬頁巖氣藏中的復(fù)雜裂縫方面有較大的改進(jìn)，可以預(yù)測裂縫網(wǎng)絡(luò)規(guī)模以及支撐劑所在裂縫網(wǎng)絡(luò)中的位置[32]。同時(shí)也指出了其缺點(diǎn)：裂縫網(wǎng)絡(luò)模式不能與已有的天然裂縫直接銜接；通過校正微地震數(shù)據(jù)獲得與改造體積一致的裂縫間距，但如果油藏特性和注入?yún)?shù)發(fā)生較大變化時(shí)，校正的裂縫間距卻不能靈活的用于其他井，甚至同一口井的其他段；當(dāng)利用參數(shù)分析來優(yōu)化措施時(shí)，結(jié)果可能出現(xiàn)偏差，原因是模型假設(shè)間距是固定的，并且沒有考慮措施參數(shù)對(duì)裂縫網(wǎng)絡(luò)模式的影響；裂縫網(wǎng)絡(luò)的幾何形狀被假設(shè)為以注入點(diǎn)對(duì)稱分布的橢圓形，不能模擬改造區(qū)微地震數(shù)據(jù)反映出的不對(duì)稱或不規(guī)則的裂縫網(wǎng)絡(luò)。他們提出的非常規(guī)裂縫模型 (UFM)，可以解決裂縫網(wǎng)絡(luò)中的滲流與裂縫彈性變形的耦合問題，并且可以模擬水力壓裂裂縫和固有裂縫的相互作用（確定水力裂縫擴(kuò)展是否穿過天然裂縫或受到遏制，是否沿天然裂縫繼續(xù)擴(kuò)展）。并且UFM還可以通過計(jì)算臨近裂縫的應(yīng)力陰影考慮相鄰水力裂縫間的相互作用。但模型不足之處是其假設(shè)所有的天然裂縫和水力壓裂裂縫都是垂直的。

數(shù)值模型模擬離散裂縫較為費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而解析模型則較為簡便，2012年，Zhou等提出了模擬裂縫網(wǎng)絡(luò)生產(chǎn)的半解析邊界元方法[20]。該方法可以快速建立模型且模擬速度快。模型中每一個(gè)裂縫都是顯式表示，因此可以充分靈活地模擬復(fù)雜結(jié)構(gòu)裂縫網(wǎng)絡(luò)，如正交裂縫或非正交裂縫。

Ali等人同樣認(rèn)為常規(guī)雙孔介質(zhì)模型不能充分模擬由天然裂縫和水力裂縫組成的復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)，并認(rèn)為應(yīng)用離散模型模擬大量的天然裂縫不實(shí)用且不具有優(yōu)勢[33]。他們提出了一個(gè)三區(qū)混合模型：基質(zhì)、離散裂縫和連續(xù)裂縫區(qū)域。應(yīng)用離散裂縫模擬水力裂縫，連續(xù)雙重介質(zhì)模擬天然裂縫。

3.4 體積壓裂井滲流模型

水平井開發(fā)致密油藏，井筒、裂縫形狀和油藏有多種組合類型，2010年，Clarkson和Pedersen總結(jié)出以下8種組合類型：①單孔介質(zhì)油藏+水平井裸眼完井，這種組合在超低滲透油藏中應(yīng)用效果不佳，因?yàn)榻佑|表面積有限；②雙孔介質(zhì)油藏（天然裂縫）+水平井裸眼完井或形成復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)（儲(chǔ)層體積改造）的多裂縫水平井；③單孔介質(zhì)油藏，水平井周圍一定范圍內(nèi)是儲(chǔ)層改造體積；④形成儲(chǔ)層改造體積的多裂縫水平井，天然裂縫油藏（雙重介質(zhì)），油層增產(chǎn)體積區(qū)域與背景儲(chǔ)層具有不同的裂縫間距、滲透率和孔隙度。另外4種模型與上述4種模型的不同之處就是具有獨(dú)立的水力裂縫，且水力裂縫與裂縫網(wǎng)絡(luò)有不同的傳導(dǎo)率[34]。

Imad Brohi等人于2011年建立了線性耦合模型，該模型分為內(nèi)區(qū)油藏和外區(qū)油藏[35]。內(nèi)區(qū)油藏用雙孔介質(zhì)來模擬多級(jí)壓裂水平井，并采用雙孔介質(zhì)線性流求解，外區(qū)油藏用單孔介質(zhì)油藏線性流求解，兩區(qū)接觸面處壓力和流量連續(xù)。模型基本假設(shè)：油藏水平均質(zhì)等厚；油藏恒溫；油藏中的流體為單相氣體或液體；水平井末端沒有流體流入。模型中涉及到3個(gè)線性流：①內(nèi)區(qū)油藏中流體由基質(zhì)向裂縫的線性流，該線性流與水平井筒平行；②流體由裂縫向水平井筒的線性流，該線性流與水平井筒垂直；③流體由外區(qū)油藏向內(nèi)區(qū)油藏的線性流，該線性流與水平井筒垂直。模型中偏微分方程在Laplace空間中求解，應(yīng)用Stehfest算法反演到時(shí)間空間中。

2012年，Zhao建立的模型采用的解法為變換積分法（ITM），該方法可以直接將源匯解應(yīng)用到相應(yīng)的空間解中，因此流體在兩維或三維空間中的滲流解就可以用紐曼積分法在相應(yīng)的空間中對(duì)源匯解進(jìn)行積分獲得[36]。該模型分為4個(gè)區(qū)域：區(qū)域1為近井筒人工多級(jí)水力壓裂裂縫區(qū)，該區(qū)域可以集成沿井筒和裂縫的復(fù)雜表皮分布；區(qū)域2為SRV區(qū)，可以描述不同參數(shù)，如裂縫網(wǎng)絡(luò)、基質(zhì)—裂縫傳導(dǎo)率的不同，對(duì)SRV區(qū)的影響；區(qū)域3為表示致密儲(chǔ)層原始地質(zhì)信息的區(qū)域；區(qū)域4是反應(yīng)油藏外邊界條件的區(qū)域。同年，Zhou等人利用半解析邊界元方法，建立了可以描述儲(chǔ)層體積改造復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)的模型[20]。網(wǎng)絡(luò)中每條裂縫顯式處理，可以靈活考慮任意復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如正交或非正交裂縫網(wǎng)絡(luò)?？紤]了連通的裂縫網(wǎng)絡(luò)中的達(dá)西和非達(dá)西滲流，以及它們在時(shí)間和空間上的疊加效果，同時(shí)該模型也可以將滲透率應(yīng)力敏感性考慮進(jìn)去。模型基本假設(shè)：長方體模型，0

圖3 復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)，井筒（紅色），連接點(diǎn)編號(hào)（黑色）和裂縫面（藍(lán)色）（刪除，并在圖中加圖例）

2013年，Nassir等人建立的滲流模型中流體為單相，等溫，儲(chǔ)層為單孔單滲 介質(zhì)[37]。流體和地質(zhì)力學(xué)數(shù)值解通過有限元方法求解，并實(shí)現(xiàn)了在一個(gè)網(wǎng)格塊中形成多級(jí)裂縫。每一個(gè)裂縫組都有在剪切方向和法向上的本構(gòu)模型。同年，Xu等人建立了天然裂縫性頁巖氣、致密氣藏解析模型，包含內(nèi)區(qū)（SRV改造區(qū)）和外區(qū)（非改造區(qū)）[38]。水平井位于油藏中部，水平井兩端產(chǎn)量忽略不計(jì)。模型假設(shè)條件如下：油藏是雙孔介質(zhì)系統(tǒng)，恒溫等厚；內(nèi)區(qū)Kf1、ω1、λ1的值比外區(qū)Kf2、ω2、λ2（用文字?jǐn)⑹?，不用符?hào)）的值大；裂縫到井筒與內(nèi)區(qū)基質(zhì)到裂縫的流動(dòng)都為線性流，流體由外區(qū)基質(zhì)流向外區(qū)裂縫，以及由外區(qū)裂縫流向內(nèi)區(qū)裂縫，基質(zhì)作為裂縫的源均勻分布；儲(chǔ)層流體為氣態(tài)單相流；不考慮井筒儲(chǔ)集和表皮效應(yīng)。

4 體積壓裂井滲流規(guī)律和產(chǎn)能特征

4.1 滲流規(guī)律

儲(chǔ)層體積改造油氣藏水平井滲流特征分析方法包含直線法、典型曲線分析法和油藏?cái)?shù)值模擬法[34]。很多學(xué)者針對(duì)非常規(guī)油氣藏體積改造水平井的滲流階段和規(guī)律進(jìn)行了研究[35,38-41]。經(jīng)過儲(chǔ)層體積改造的水平井滲流階段主要可以劃分為7個(gè)階段。

（1）階段1為裂縫線性流。該流動(dòng)階段包括內(nèi)外區(qū)裂縫的流動(dòng)。由于裂縫比基質(zhì)滲透率高，外區(qū)裂縫系統(tǒng)的流動(dòng)在早期也能觀察到。在無因次產(chǎn)量和無因次時(shí)間的雙對(duì)數(shù)圖（以下簡稱雙對(duì)數(shù)圖）上表現(xiàn)為1/2斜率段。

（2）階段2為第1過度流。有2種情況，一種是雙線性流，包括裂縫和內(nèi)區(qū)基質(zhì)線性流，在雙對(duì)數(shù)圖上表現(xiàn)為1/4斜率段；另一種是裂縫邊界流。

（3）階段3為內(nèi)區(qū)基質(zhì)線性流。雙對(duì)數(shù)圖上表現(xiàn)為1/2斜率段，該段持續(xù)的時(shí)間取決于基質(zhì)塊的大小和基質(zhì)的滲透率。

（4）階段4為第2過度流。內(nèi)區(qū)基質(zhì)線性流結(jié)束，內(nèi)區(qū)邊界控制流開始占主導(dǎo)地位，同時(shí)外區(qū)油藏對(duì)產(chǎn)量有一定的貢獻(xiàn)。

（5）階段5為外區(qū)雙線性流。當(dāng)外區(qū)油藏為無限大時(shí)，該階段可以觀察到。該雙線性流包括外區(qū)裂縫線性流和基質(zhì)內(nèi)的線性流，雙對(duì)數(shù)圖上表現(xiàn)為1/4斜率段。

（6）階段6為外區(qū)基質(zhì)線性流。當(dāng)外區(qū)基質(zhì)滲流占主導(dǎo)地位時(shí)，非改造區(qū)對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)占主導(dǎo)地位。該流動(dòng)階段在雙對(duì)數(shù)圖上表現(xiàn)為1/2斜率段。

（7）階段7為外邊界主導(dǎo)流。對(duì)于封閉油藏，無因次產(chǎn)量在雙對(duì)數(shù)圖上快速下降。

4.2 產(chǎn)能特征

Mayerhofer等人在2006年研究了頁巖氣藏儲(chǔ)層體積改造井的產(chǎn)能影響因素[43]，包括儲(chǔ)層改造體積、縫網(wǎng)間距、縫網(wǎng)密度、縫網(wǎng)導(dǎo)流能力、近井地帶主裂縫導(dǎo)流能力和裂縫表皮的影響。

（1）儲(chǔ)層改造體積的影響。隨著儲(chǔ)層改造體積的增大，措施生產(chǎn)井產(chǎn)量增大，但是這種產(chǎn)量增大的趨勢在減小，原因是在裂縫網(wǎng)絡(luò)中裂縫導(dǎo)流能力低造成較大的壓力降，從而導(dǎo)致壓力在裂縫網(wǎng)絡(luò)中向更遠(yuǎn)處傳播困難。

（2）縫網(wǎng)間距的影響。文中研究認(rèn)為如果裂縫網(wǎng)絡(luò)沒有完全聯(lián)通，而是形成了具有一定間距的各個(gè)獨(dú)立的小縫網(wǎng)，當(dāng)縫網(wǎng)間距占到水平段長度的20%時(shí)，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)量有近20%的下降。

（3）縫網(wǎng)密度的影響。裂縫間距越小采氣速度越快（基質(zhì)滲透率為0.0001×10－3μ m2），裂縫間距為7.62m和15.24m的最終采收率都達(dá)到了80%，裂縫間距為30.48m時(shí)也接近這個(gè)值。

（4）縫網(wǎng)導(dǎo)流能力的影響?？p網(wǎng)導(dǎo)流能力越大，氣井產(chǎn)量就越高。

（5）近井地帶主裂縫導(dǎo)流能力的影響。將近井地帶91.44 m內(nèi)的裂縫傳導(dǎo)率從1.524×10－3μ m2·m增大到15.24×10－3μ m2·m，可以使產(chǎn)量增加15%。該參數(shù)雖然沒有儲(chǔ)層改造體積和縫網(wǎng)傳導(dǎo)率等參數(shù)對(duì)產(chǎn)量的影響大，但它仍然是一個(gè)重要的影響參數(shù)。

（6）裂縫表皮的影響。當(dāng)向油藏內(nèi)部深入0.3048m的裂縫面表皮傷害達(dá)到95%以上時(shí)，對(duì)生產(chǎn)井產(chǎn)能的影響效果顯著。

Cipolla等人[11]和Mirzaei等人研究了非常規(guī)氣藏產(chǎn)能的影響因素[42]，認(rèn)為增大無支撐劑支撐裂縫的滲透率和傳導(dǎo)率是改善產(chǎn)氣量和提高采收率的關(guān)鍵。但是當(dāng)無支撐劑支撐裂縫的滲透率相同時(shí)，增大有支撐劑支撐裂縫的滲透率也能有效提高采氣量。當(dāng)支撐區(qū)傳導(dǎo)率達(dá)到一定程度時(shí)，再增大該參數(shù)對(duì)產(chǎn)氣量的影響就不明顯了。

5 結(jié)束語

未來非常規(guī)油氣藏的有效開發(fā)，還需大力發(fā)展以下技術(shù)和方法：

（1）壓裂完井技術(shù)。在控制施工成本的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)直井更多層，水平井更多段的壓裂，發(fā)展大型壓裂和同步壓裂技術(shù)，實(shí)現(xiàn)非常規(guī)油氣藏的儲(chǔ)層體積改造。

（2）微地震監(jiān)測技術(shù)。通過該技術(shù)可以更直觀地展現(xiàn)儲(chǔ)層體積改造后裂縫網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模、形狀以及復(fù)雜程度等特征。

（3）需進(jìn)一步提出合理簡便的、能準(zhǔn)確描述儲(chǔ)層改造體積的特征描述參數(shù)。

（4）裂縫模擬方法?，F(xiàn)有的裂縫模擬方法具有各自的局限性和缺點(diǎn)，采用離散裂縫模型模擬儲(chǔ)層體積改造后形成的裂縫網(wǎng)絡(luò)是今后的發(fā)展趨勢。

（5）儲(chǔ)層體積改造井滲流模型還需進(jìn)一步發(fā)展和完善。

（6）深入研究不同類型儲(chǔ)層改造井的滲流規(guī)律和特征。

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