产量预测和吸附/游离气产出比例评估对于确定页岩气井的寿命和生产状态至关重要。由于页岩储层中多气体传输区域存在多种流动机理，且页岩气井长存在复杂多变的生产制度，使得传统的产量预测方法存在一定局限性。近期研究表明，页岩气生产过程中存在着明显的多阶段同位素分馏现象，且各阶段分馏特征与孔隙结构、原位含气量、吸附/游离气比例和气体产出进程有关。本研究首次开发了适用于页岩气井生产过程的储层尺度同位素分馏模型，对气井生产过程中的同位素分馏影响因素进行了参数敏感性分析，并提出建立了一种使用同位素分馏技术预测页岩气井产量和评估整个生产过程中吸附/游离气产出比例的新方法。研究结果表明，岩石的扩散和吸附/解吸特性、气井的井底流压（BHP）和储层的多气体传输区域耦合都会影响生产过程中的同位素分馏，岩石的扩散和吸附/解吸参数对同位素分馏的影响最大，由强到弱的顺序依次为D*/D、PL、VL、α。通过建立的同位素分馏模型，我们定量揭示了页岩气井生产过程中多气体传输区域和多气体流动机理耦合引起的“稳定—变轻—变重—再变轻”的四阶段同位素分馏机理，并结合前人数据和数值模拟对各阶段同位素分馏特征进行了印证。最后，我们通过该模型建立了一种页岩气井产量预测和吸附/游离气产出比例评估方法，并应用于中国四川盆地的一口页岩气井。计算显示，该井的最终可采储量（EUR）为3.33×108 m3，页岩气开采过程中的第1年、第5年和第10年的吸附气产出占比分别为1.65%、10.03%和23.44%。该研究结果对于理解天然气运移过程中的同位素分馏机制以及制定和优化非常规天然气开发策略具有重要意义。
图1. 论文主要图件
本研究作者们在前人研究的基础上首次建立了适用于页岩气井生产过程的同位素分馏模型，定量揭示了页岩气生产过程中的同位素分馏机理，利于可以该模型可实现页岩气井生产过程中的产量预测和吸附/游离气产出比例评价。这些发现为天然气运移同位素分馏现象和页岩气井生产动态评价提供了理论支持。对于热演化程度较低的地层含水率较高（例如煤岩储层和部分浅层的页岩储层），气水两相流动对甲烷碳同位素分馏的影响暂不清楚，还需要开展进一步的研究工作。
研究成果近期发表在石油地质学领域重要期刊Petroleum Science。437必赢会员中心2023级博士研究生王峻为论文第一作者，通讯作者为东北石油大学三亚海洋油气团队卢双舫教授和李文镖教授。合作者包括437必赢会员中心陈方文副教授、博士生王子轶，以及中石油西南油气田页岩气研究院赵圣贤、刘永旸。本研究得到了国家自然科学基金、博士后创新人才支持计划、中石油科技创新基金等项目的资助。
论文信息：Wang J, Chen F-W, Li W-B, Lu S-F, Zhao S-X, Liu Y-Y, et al, 2025 . A multi-scale and multi-mechanism coupled model for carbon isotope fractionation of methane during shale gas production. Petroleum Science.https://doi.org/10.1016/j.petsci.2025.03.034.
