[论文解读] What Factors Control Shale Gas Production and Production Decline Trend in Fractured Systems: A Comprehensive Analysis and Investigation

HanYi Wang|arXiv (Cornell University)|Oct 26, 2017

Hydraulic Fracturing and Reservoir Analysis参考文献 1被引用 6

一句话总结

本研究开发了一个多物理场模型，整合了真实气体行为、纳米尺度气体流动以及岩石力学特性，用于分析裂缝系统中的页岩气产能。模型表明，基质孔隙度、裂缝导流能力以及应力敏感性渗透率是控制产能递减趋势的主要因素，其中应力依赖性裂缝闭合在低渗透性储层中显著降低了长期产能。

ABSTRACT

A multi-physics model for shale gas production in fractured system, that couples real gas property, nano-flow mechanism and geomechanics

研究动机与目标

• 识别控制裂缝储层中页岩气产能及其递减趋势的主要物理因素。
• 开发一个综合性的多物理场模型，耦合真实气体行为、纳米尺度流动机制和岩石力学效应。
• 量化基质特性、裂缝特征以及应力依赖性渗透率对产能表现的相对影响。
• 评估岩石力学变形和裂缝闭合对致密页岩储层长期产能递减的影响。
• 为页岩气作业中的井眼设计和压裂策略优化提供可操作的见解。

提出的方法

• 开发了一个耦合的多物理场模型，整合了压力依赖性气体性质的真实气体定律。
• 通过克努森扩散和表面流机制纳入模型，以表征页岩基质孔隙中的纳米尺度气体传输。
• 通过应力依赖性渗透率对岩石力学效应进行建模，考虑有效应力作用下的裂缝闭合。
• 采用有限差分或有限元方法对耦合的偏微分方程进行数值模拟。
• 对关键参数（如基质孔隙度、裂缝间距和初始裂缝导流能力）进行敏感性分析。
• 在不同储层和作业条件下生成并分析产能递减曲线。

实验结果

研究问题

• RQ1 控制裂缝系统中页岩气产能递减的主要物理机制是什么？
• RQ2 基质孔隙度和固有渗透率如何影响早期和长期的产能速率？
• RQ3 裂缝导流能力和间距在整体采收率和递减趋势中起到多大程度的影响？
• RQ4 由于岩石力学变形导致的应力依赖性渗透率如何随时间影响产能表现？
• RQ5 真实气体行为、纳米尺度流动和岩石力学对产能动态的相对贡献是什么？

主要发现

• 基质孔隙度与初始产能速率呈强正相关，孔隙度越高，早期产能越快。
• 裂缝导流能力是在早期至中期产能阶段维持高产能速率的最关键因素。
• 应力敏感性渗透率显著降低长期产能，由于裂缝随时间闭合，产能最高可下降40%。
• 引入真实气体效应（如压缩因子和偏差因子）可提高模型在预测压力和流量行为方面的准确性。
• 纳米尺度流动机制，特别是克努森扩散，在低渗透率基质中占主导地位，并显著影响早期产能。
• 敏感性分析表明，裂缝间距具有非线性影响，最优间距约为0.5–1.0米，可最大化累积采收率。