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页岩气某区块气井生产规律与阶段划分研究

林宇 ,  伍坤一 ,  丁道权 ,  刘大凡 ,  杜彭花 ,  秦灿 ,  周军

现代化工 ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (6) : 236 -240.

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现代化工 ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (6) : 236-240. DOI: 10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2025.06.040
工业技术

页岩气某区块气井生产规律与阶段划分研究

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Research on production pattern and stage division of shale gas wells in a specific block

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摘要

旨在深入探讨某页岩气田的气井生产规律,并对生产过程进行明确的阶段性划分。通过详尽数据分析,揭示了以下成果:建立了页岩气气井的生产规律统计指标体系,全面总结了各生产阶段的压力、产气与产水量的分布特性及其随时间的变化趋势。依据压力和产量递减率特征,明确划分了该区块页岩气气井的生产过程为3个阶段:排采期、递减期和低压小产期。研究的成果不仅进一步明确了该区块页岩气气井的生产动态,也为后续或其他页岩气区块阶段划分、生产管理与优化策略提供了科学依据和支持。

Abstract

The production patterns of gas wells in a certain shale gas field is deeply explored,and the production process is clearly divided into stages.Through data analysis and model construction,this study reveals the following results.A statistical indicator system is established for the production patterns of shale gas wells,which comprehensively summarizes the distribution characteristics of pressure,gas production,and water production at each production stage,and their change trends over time.According to the decline rate characteristics of pressure and output,the production process of the shale gas wells in this block is clearly divided into three stages:the blowdown phase,the decline phase,and the low-pressure low-output phase.The results of this study further clarifies the production dynamics of the shale gas wells in this block,and also provides a scientific basis and support for the stage division,production management,and optimization strategies for subsequent or other shale gas blocks.

Graphical abstract

关键词

页岩气 / 指标 / 生产阶段 / 生产规律 / 统计学

Key words

shale gas / index / production stage / production pattern / statistics

Author summay

林宇(1985-),女,学士,工程师,主要从事油气田地面集输工作,。

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林宇,伍坤一,丁道权,刘大凡,杜彭花,秦灿,周军. 页岩气某区块气井生产规律与阶段划分研究[J]. 现代化工, 2025, 45(6): 236-240 DOI:10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2025.06.040

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页岩气作为一种关键的清洁能源,其开发与利用受国际社会的广泛关注。然而,作为一种相对新兴的能源形式,页岩气的开发技术与生产管理仍处于成长阶段。在此背景下,如何高效、科学地进行气井生产管理以实现产量最大化和成本最小化,成为了行业面临的一个关键挑战。特别是在我国某区块,作为页岩气开发的重要区域,开展生产阶段的系统研究显得尤为必要。本文中基于对国内外页岩气生产阶段划分研究现状的广泛调研,针对该区块的具体特点,深入分析了页岩气气井的生产规律,并进行了生产阶段划分。此研究有助于深入了解页岩气井的生产动态,对于指导该区块页岩气的合理开发与高效利用具有重大意义。

1 页岩气生产阶段研究现状

1.1 页岩气与常规天然气的对比

页岩气与常规天然气在气源类型、主要成分和生产特点等多方面都存在显著差异[1-3],如表1所示。这些差异影响了2种资源的开发策略和技术应用,要求针对页岩气生产阶段特点采取特定的开采和管理措施以优化产量和经济效益。

1.2 页岩气生产阶段研究现状

页岩气生产是一个复杂而精细的过程,掌握生产阶段的规律并进行合理的生产阶段划分,对于优化开发方案、提高气井的开发效率至关重要。众多学者对页岩气的生产阶段进行了研究如表2所示。总结可以发现,不同地区的页岩气,因地质特点、生产方式和技术手段不同,生产阶段的划分也会有所差异。尽管阶段划分各异,绝大多数研究均认为,页岩气井的压力、产气量和产液量是进行阶段划分的关键参数。

1.3 生产规律分析研究现状

随着全球能源需求的持续增长,深入了解和掌握页岩气田的生产规律,对于制定科学合理的开采策略和优化生产管理具有至关重要的意义。国内外学者针对此议题已进行了广泛研究,并积累了丰富的研究成果,集中在产量预测[13-15]和生产特征分析[16]2方面。
在产量预测方面,研究者们通过收集和分析大量的生产数据,利用数学模型、统计分析和机器学习等方法,尝试建立精确的产量预测模型[10,17-18]。现代页岩气产量预测方法主要包括基于地质和工程参数的传统预测模型,以及基于数据驱动和机器学习的新兴预测技术[19-20]。传统预测模型多基于地质和工程参数,如地质结构、储层特性、压裂效果等,通过建立数学模型来预测未来的产量变化趋势,如Arps生产递减模型、双曲线模型和指数模型。随着大数据和机器学习技术的发展,新的预测方法开始出现,能够处理更复杂的数据,提供更为精确的预测结果,包括基于机器学习的产量预测模型、基于数据驱动的产量预测方法、基于神经网络的产量预测模型等。在实际应用中,可以根据具体情况选择适合的预测方法,并结合现场实际情况进行修正和优化。
在生产特征方面,不同学者针对不同地区的页岩气田进行了深入研究。商绍芬等[4]对长宁页岩气田的生产特征进行了分析,指出页岩气井在投产初期产量和压力递减快,无稳产期,且不同气井的产能差异大,递减率也呈现正态分布的特点。余果等[5]对页岩气井的生产规律进行了总结,认为在生产初期(8~13个月),产量会快速递减;而在中后期,虽然压力较低,产量较小,但生产周期较长。刘斌等[21]对涪陵页岩气田的研究也发现了类似的规律,即压力递减呈现阶段性,先快后慢;产量在初期递减较快,而后期递减较慢,且生产周期长。这些特征为涪陵页岩气田的合理开发和高效利用提供了重要的理论依据。可以发现,不同地区的页岩气田在生产阶段的生产规律上可能存在一定的差异,这主要受到地质条件、储层物性、开采技术等多种因素的影响。因此,针对特定区块的深入研究对于掌握其生产规律具有重要意义。

2 页岩气生产统计规律指标

2.1 时间段划分

由于页岩气井的投产时间各异,直接使用实际日期作为横坐标来比较和分析不同井的生产数据会导致时间轴上的不一致。为了克服这一问题,本研究采取了一种标准化的时间序列方法,即设定每个井的投产日为第1 d,并以此为起点,按照投产后的天数来统计后续时间。该方法有效地消除了不同投产时间对数据分析的干扰。为进一步深入探索该区块的生产规律,通过数据采集和宏观统计分析,本研究将页岩气井的生产周期细分为6个时间段进行详细研究,具体时间段划分如表3所示。

2.2 统计指标

本文中选取了压力、产气量和产水量3类关键数据作为分析的主要对象。为了更精细地描述这些数据在不同阶段的变化,进一步将每种数据细分为4类统计指标:最大值、最小值、平均值和时间节点值如图1所示。具体来说,最大值是指在特定时间段内观测到的最高数值;最小值则是该时间段内的最低数值;平均值是指在该时间段内该井所有数值的平均数;时间节点值则代表在该时间段的最后一天所记录的数据值。在数据提取过程中,如果遇到井关闭的情况,选择其关闭前后的数据进行分析。以某气井在第1 d~第45 d的时间段为例,该时段的产气数据如图2所示。

3 生产规律分析

根据页岩气数据的统计指标,基于某区块500余口井,约216万条生产数据,对该区块各时间段的压力、产气和产水规律进行统计分析。

3.1 压力规律

选取该区块部分井,其平均压力随时间的变化如图3所示。从图中可以看出,压力在初期会快速增加至最大值,然后迅速下降,下降至一定程度,下降的速度减慢,压力几乎平稳。
时间段1~6的气井压力指标统计结果如表4所示。结果显示:①第1 d~第45 d,在生产初期,气井面临较高的压力。②第46 d~第100 d,最大压力略有下降,最小压力和平均压力显著降低,时间节点平均压力较前一阶段略有下降。③第101 d~第1 a,最大压力进一步降低;最小压力区间变为0~5 MPa,0 MPa主要是由于部分井关井,进行下油管等工艺措施导致。平均压力和时间节点平均压力显著降低。④第1 a~第3 a,各压力指标继续下降。⑤第3 a~第4 a和第4 a以上,各压力指标降幅较小。

3.2 产气规律

该区块部分井的平均产气随时间的变化如图4所示。从图中可以看出,产气量在初期会快速增加至最大值,然后迅速下降,后期下降的速度减慢。
时间段1~6的气井压力指标统计结果如表5所示。结果显示:①第1 d~第45 d,初期气井产量相对较高。②第46 d~第100 d,最大产气量略微减少,平均日产气量略有降低,时间节点平均产气量进一步降低。③第101 d~第1 a,最大产气量稍增,可能由于部分井采取了增产措施;平均产气量进一步降低;时间节点平均产气量大幅度下降。④第1 a~第3 a,最大产气量进一步减小,最小产气量极低,平均日产气量和时间节点平均产气量继续下降。⑤第3 a~第4 a和第4 a以上,各产气指标下降较缓。

3.3 产水规律

该区块部分井的平均产水随时间的变化如图5所示。从图中可以看出,产水量在初期会快速增加至最大值,然后迅速下降,后期产水量几乎平稳。
时间段1~6的日产水量指标统计结果如表6所示。结果显示:①第1 d~第45 d,初始生产阶段大量产水。②第46 d~第100 d,各产水指标大幅下降。③第101 d~第1 a,产水指标进一步降低。④第1 a~第3 a,产水指标继续降低,降低幅度较小。⑤第3 a~第4 a和第4 a以上,各产水指标较为稳定,均较低。

4 生产阶段划分

4.1 压力、产气、产水随时间变化规律

为了显示3种变量随时间的变化规律,增加了该时间段内平均值的平均值,计算过程为先计算单口井在该时间段内的平均值,再将所有井求和,再求平均值,时间节点的平均压力、平均日产气量、平均日产水量随时间变化如图6所示。从图中可以发现,时间段内平均值的平均值和时间节点的平均值变化趋势几乎一致。压力、日产气、日产水变化趋势一致,都显现下降的趋势,且在第1 a以内下降的速度都较快。在第4 a以上,曲线呈现平稳状态。压力、产气、产水的日递减率如表7所示。从表中可以发现,压力、产气和产水量在第46 d~第100 d时间段递减率最快;在第101 d~第1 a压力、产气和产水递减率大幅降低;在第1 a~第3 a,压力、产气和产水的递减速度明显放缓;在第3 a~第4 a,压力、产气和产水的递减速度缓慢;第4 a以上,压力、产气和产水的递减率均为0,表明压力、产气、产水基本稳定,该阶段主要依靠工艺措施进行维持。

4.2 生产阶段划分

基于上文的统计指标以及各个时间段内压力、产气和产水的指标统计结果,本文中将页岩气生产阶段划分为3个阶段,即排采期、递减期和低压小产期,其中,①排采期:第1 d~第45 d(时间段1),产气量迅速上升,直至最大,压力和产液量在上升至最大后迅速下降;②递减期:第46 d~第4 a(时间段 2~5),产气量、产水量、压力快速下降,快速下降到一定程度后,产气量开始缓慢下降;③低压小产期(时间段6),气井生产压力低于外输压力或者低于临界携液流量,不能满足生产,需要采取泡排、气举、柱塞举升和增压工艺等。以该生产阶段划分方法对某气井划分,如图7所示。

5 结论

(1)选取了压力、产气量和产水量3类关键数据作为主要分析对象,并将每种数据细分为4类统计指标,分别是最大值、最小值、平均值和时间节点值,可用于不同页岩气区块产能数据的统计分析。
(2)为了探究页岩气生产规律,通过数据采集和宏观统计分析,本研究将页岩气井的生产周期细分为6个不均匀时间段,即第1 d~第45 d、第46 d~第100 d、第101 d~第1 a、第1 a~第3 a、第3 a~第4 a和第4 a以上。
(3)基于统计指标和不同时间段内的页岩气生产规律统计,并结合压力和产量递减率特征,将某区块页岩气生产过程划分为3个阶段,即排采期、递减期和低压小产期。
(4)提出的生产规律统计指标、6个时间段以及3个生产阶段,可为其他页岩气区块生产规律分析和生产阶段划分提供参考。

参考文献

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