页岩气在世界范围内受到了广泛的关注,已经成为非常规能源的重要组成部分。为了提高页岩气的产能,水平井多段压裂技术是目前最常用的地层改造手段。对页岩地层进行多段水力压裂会导致一系列复杂流态(如裂缝线性流、裂缝径向流、地层线性流和地层径向流等)的出现。同时由于页岩基质的压敏效应、基质中气体的吸附和解吸附效应以及扩散效应的存在,页岩地层中多段压裂水平井的生产行为是相当复杂的。在这种情况下,常规的产能评价方法并不适用。为了确保页岩气井高效稳定地生产,需要提出新的产能评价方法。生产数据分析是一种重要的产能评价方法,主要用于分析单井长时间变流量变压力的生产数据,可以为油气井的生产提供一个全期的解释分析。本文提出了一个新的解析模型来研究页岩地层中的气体流动规律。基于提出的模型,进行了图版拟合和生产数据分析,从而提高页岩气产能预测精度。主要成果和创新如下:1.在分析归纳大量现场测试数据的基础上,提出耦合页岩气流动机理的数学模型并给出解析解。考虑到页岩气吸附、扩散和压敏效应,及高温高压状态方程,建立了变流量变压力情况下,全封闭矩形页岩地层中一口多段压裂水平井的数学模型。通过杜哈梅原理,拉普拉斯变换和反变换以及纽曼乘积法,本文给出了该模型的解析解。根据井底压力的解,可以绘制出三组多段压裂水平页岩气井的典型曲线图版,用于进行生产数据分析。为了验证提出模型的正确性,本文分别进行了解析和数值验证。同时还对相关参数进行了敏感性分析,储容比ω、窜流系数λ和无量纲约束轴向模量MD对双对数典型曲线图版有着不同程度上的影响。2.提出虚拟等效时间的概念,解决了流量波动大导致的生产数据分析难题。对于大部分页岩气井来说,经常会有开关井和更换气嘴的情况发生。这会导致实际生产过程中记录的数据存在着剧烈的波动。为了解决数据强间断造成的影响,通过计算地层平均压力,提出了虚拟等效时间的概念。虚拟等效时间可以将不连续的开关井数据转换为连续数据。通过引入虚拟等效时间,图版拟合的效果有明显的改善,很好地解决了开关井造成的影响。同时,单井的生产数据历史拟合以及产能预测效果也有显著提高。通过虚拟等效时间可以减少叠加原理的计算次数,从而达到降低累积误差的目的。3.提出产出气中吸附气比例的计算方法,首次给出吸附气和游离气的剩余储量随时间变化关系。在页岩气生产过程中,吸附气和游离气都起着相当重要的作用。在实际生产中,了解吸附气和游离气对总产量的贡献是一个重要且具有挑战性的问题。通过对页岩气藏中多段压裂水平井的数学模型进行求解,可以得到地层标准压力分布解,从而给出了地层中吸附气、地层游离气和裂缝游离气的储量随时间变化的关系表达式。为了验证给出表达式的正确性,对一口页岩气井例进行了验证分析。将计算得到的气体产量与实际测量得到的气体产量进行对比,两者误差较小,证明了提出方法是正确有效的。4.自主研发了页岩气生产数据分析大型软件,并应用于我国页岩气井的产能预测。采用自主研发的生产数据分析软件,对中国4口多段压裂水平页岩气井进行了实例分析。自研软件快速准确地对地层参数进行了解释,并给出了未来产能的预测。软件还提供了地层压力分布图、地层平均压力图、吸附气贡献比例和近井水饱和度图等,可以多方面地分析生产状况,这对页岩气的实际生产开发有着重要的指导意义。