张鹏伟等：基于微观机理的页岩气运移分析 ·141· 的衰减加快，开采的时间缩短，产气效率提高.图7 吸附对页岩产气率以及产气量的贡献.由产气率 所示为储层压力动态变化图，页岩气单井开采一般 的对比可知，产气初期解吸作用的贡献较小，产出 维持20~40a,后期储层压力较低，Knudsen扩散成 的气体主要是孔隙中的游离气，游离气在对流和 为流动的主要机制 扩散作用下逐渐减少，孔隙气压降低，页岩基质中 气体的解吸作用加强.图8计算结果显示：解吸产 一达西流 一一一滑移流 气量约占总产气量的27%，表明解吸产气量非常 可观 10 103 10000 8000 .10 10 ·产气率（不考虑解吸） -产气率(Langmuir) :! ◆产气量（不考虑解吸） 球10 产气量(Langmuir） 10 4000 103 10 10510510 108 109 时间s 2000 图6滑移效应对储层产气率影响 Fig.6 Effect of slippage on reservoir gas production rate 10 103 10 1010㎡10 109 10 时间s 图8解吸作用对产气率与产气量的影响 Fig.8 Effect of desorption on gas production rate and accumulated gas production 有机质含量是反映页岩中气体吸附量的重要指 10 标，实际页岩储层中有机质含量差异较大.表4列 出了一些主要页岩气产地的页岩基本物理特 性4-5,18,2，]，其中有机质的质量分数变化范围 10 105 10 109 0.5%~49%.为了反映不同页岩气产地解吸对产 时间/s 气量的贡献，模型对控制方程中解吸项进行修正，引 图7储层压力变化 入有机质含量影响因子aroc· Fig.7 Variation of reservoir gas pressure Qi=aroc(1-p) (19) 3.4基质气体解吸 式中，aoc为有机质含量影响因子，定义页岩中有机 页岩储层产气过程中，伴随着储层气压的降低， 质质量与总质量比值，Q为页岩基质全为有机质情 吸附在基质中的气体也会逐渐解吸，图8揭示了解 况下产气量 表4不同产区页岩物理特性参数 Table 4 Physical parameters of shale in different shale gas play 产区 有机质质量分数/% 孔隙率/% E/GPa 埋深/m 龙马溪组 1.6~3.6 1-5 34~60 1600~4200 Bamett 4.5 4~5 70.4 1981~2926 Haynesville 0.5~4.0 8-9 5-52 3048~4115 Fayetteville 4.09.8 2~8 305~2278 Marcellus 3~12 10 475~2591 Eagle Ford 1.4w5.0 1.89.4 14~35 3887 Kimmeridge 649 o 图9为不同有机质含量的页岩考虑解吸产气 贡献较小.因此，对于低有机质的页岩储层可以忽 量，式(19)中当αoc=0时，即为不考虑解吸的情 略解吸附作用，而对于高有机质页岩，解吸的产气量 况；当有机质含量较低时(aoc=0.03),解吸产气量 非常可观张鹏伟等: 基于微观机理的页岩气运移分析 的衰减加快,开采的时间缩短,产气效率提高. 图 7 所示为储层压力动态变化图,页岩气单井开采一般 维持 20 ~ 40 a,后期储层压力较低,Knudsen 扩散成 为流动的主要机制. 图 6 滑移效应对储层产气率影响 Fig. 6 Effect of slippage on reservoir gas production rate 图 7 储层压力变化 Fig. 7 Variation of reservoir gas pressure 3郾 4 基质气体解吸 页岩储层产气过程中,伴随着储层气压的降低, 吸附在基质中的气体也会逐渐解吸,图 8 揭示了解 吸附对页岩产气率以及产气量的贡献. 由产气率 的对比可知,产气初期解吸作用的贡献较小,产出 的气体主要是孔隙中的游离气,游离气在对流和 扩散作用下逐渐减少,孔隙气压降低,页岩基质中 气体的解吸作用加强. 图 8 计算结果显示:解吸产 气量约占总产气量的 27% ,表明解吸产气量非常 可观. 图 8 解吸作用对产气率与产气量的影响 Fig. 8 Effect of desorption on gas production rate and accumulated gas production 有机质含量是反映页岩中气体吸附量的重要指 标,实际页岩储层中有机质含量差异较大. 表 4 列 出 了 一 些 主 要 页 岩 气 产 地 的 页 岩 基 本 物 理 特 性[4鄄鄄5,18,22,29] ,其 中 有 机 质 的 质 量 分 数 变 化 范 围 0郾 5% ~ 49% . 为了反映不同页岩气产地解吸对产 气量的贡献,模型对控制方程中解吸项进行修正,引 入有机质含量影响因子 琢TOC . Q忆gas = 琢TOC (1 - 渍)Qgas (19) 式中,琢TOC为有机质含量影响因子,定义页岩中有机 质质量与总质量比值,Qgas为页岩基质全为有机质情 况下产气量. 表 4 不同产区页岩物理特性参数 Table 4 Physical parameters of shale in different shale gas play 产区 有机质质量分数/ % 孔隙率/ % E/ GPa 埋深/ m 龙马溪组 1郾 6 ~ 3郾 6 1 ~ 5 34 ~ 60 1600 ~ 4200 Barnett 4郾 5 4 ~ 5 70郾 4 1981 ~ 2926 Haynesville 0郾 5 ~ 4郾 0 8 ~ 9 5 ~ 52 3048 ~ 4115 Fayetteville 4郾 0 ~ 9郾 8 2 ~ 8 — 305 ~ 2278 Marcellus 3 ~ 12 10 — 475 ~ 2591 Eagle Ford 1郾 4 ~ 5郾 0 1郾 8 ~ 9郾 4 14 ~ 35 3887 Kimmeridge 6 ~ 49 10 — — 图 9 为不同有机质含量的页岩考虑解吸产气 量,式(19) 中当 琢TOC = 0 时,即为不考虑解吸的情 况;当有机质含量较低时(琢TOC = 0郾 03),解吸产气量 贡献较小. 因此,对于低有机质的页岩储层可以忽 略解吸附作用,而对于高有机质页岩,解吸的产气量 非常可观. ·141·