考虑启动压力梯度的煤层气羽状水平井开采数值模拟

建立了对非均质各向异性双重介质煤层气进行定向羽状水平井开采的数学模型.模型中考虑了与气体吸附、解吸和扩散相耦合的三维气、水两相渗流以及储层的压力敏感性和煤层本身所具有的低渗透特性,即低渗透地层启动压力梯度的影响,同时还考虑了井筒内的压降损失.利用有限差分法对数学模型进行了数值求解,完成了煤层气定向羽状水平井开采的数值模拟,并着重分析了启动压力梯度对模拟产量的影响.计算结果表明,利用定向羽状水平井能够大幅度提高低渗透煤层气的开采效率.启动压力梯度的存在会使煤层中羽状水平井的降压效果变差,从而减少煤层气的产量.     

考虑启动压力梯度的低渗透气藏压裂井产能分析

低渗透气藏中的多数井自然产能都很低,需要进行压裂改造后才具有生产能力。同时,气体在该类气藏中的渗流一般为存在启动压力梯度影响的非达西渗流。为此,根据保角变换原理,将带垂直裂缝的气井渗流问题,转化为易于求解的单向渗流问题;然后基于Forchheimer二项式渗流方程,考虑低渗透气藏中启动压力梯度存在的影响,推导得到了低渗透气藏中垂直裂缝井的产能计算公式;在此基础上,绘制分析了理论产能曲线,并用现场实例进行了验证。结果表明:启动压力梯度会影响低渗透气藏压裂井产能,压裂气井的产量随着启动压力梯度的增加而降低。该方法简单实用,便于现场应用。     

考虑启动压力梯度的页岩气藏数值模拟

页岩气作为一种重要的非常规能源,其渗流及开发原理越来越受到关注。在页岩气井开采过程中,为了全面认识井底压力的响应特征及影响因素,根据页岩气渗流机理、吸附气解吸特征、渗流理论和质量守恒定理,建立双孔介质页岩气藏数学模型。模型以启动压力梯度和等温吸附的原理为前提,应用有限差分法,得到数值模型,编制相应程序对数值模型求解,分析了启动压力梯度、几何因子、储容比、Langmuir压力、Langmuir体积对气井井底压力变化的影响。结果表明:双重介质模型能够准确描述吸附气在储层中的解吸过程、基质系统和裂缝系统之间的窜流过程;考虑启动压力梯度更加接近实际地层;考虑吸附解吸作用使井底压力缓慢降低,探测地层边界较晚;利用地层参数分析及室内实验可以间接求出页岩气藏解吸附过程中Langmuir压力和Langmuir体积,这对气井井底压力分析和产能预测非常重要。     

考虑微观渗流机理的致密气藏产量预测方法

致密气藏存在启动压力和应力敏感等特殊渗流机理,对气井产量有较大影响,由于现有产量预测模型大多未同时考虑两者影响,且启动压力梯度等关键参数难以准确获取,导致其不适用于致密气藏气井的产量预测。在顶底封闭的均质无限大致密气藏渗流模型基础上,建立了考虑启动压力梯度和应力敏感的致密气藏直井产量预测模型,绘制了产量递减理论图版,提出了基于产量历史数据获取模型关键参数来修正产量预测模型、提高产量预测精度的图版拟合方法。由敏感性因素分析可知,气井产量前期主要受应力敏感影响,应力敏感性越强则产量递减越快;后期主要受启动压力影响,启动压力梯度越大则气井生命周期越短;当无因次渗透率模量大于0. 000 1或无因次拟启动压力梯度大于0. 001时,气井产量快速递减,若不考虑启动压力和应力敏感将导致产量预测误差较大。苏里格致密气藏实例验证表明,该模型预测精度较高,应用效果较好。     

低渗透气藏水平井产能分析

近年来随着低渗透油气田的开发,有关启动压力梯度渗流问题逐渐得到广泛的关注。水平井作为提高油气井产能的一项开发技术,以其在技术和经济效益方面具有常规直井无法比拟的优越性已成为高效开发油气的重要技术支撑。通过大量调研发现,低渗透气藏中水平井的产能预测均没有考虑启动压力梯度的影响,导致预测的产能与实际产能存在一定差异。为此,通过对低渗透气藏气体渗流速度运动方程的变形,得到气体渗流产生的压降等于达西流动产生的压降、考虑启动压力梯度影响产生的压降及高速非达西效应影响产生的压降三项之和的结论。鉴于此,基于椭圆柱模型提出了描述含启动压力梯度及高速非达西效应的产能公式,并分析了启动压力梯度对低渗透气藏水平井产能的影响。研究表明:启动压力梯度影响水平气井的整个渗流过程,且它对气井产量的影响较大;随着启动压力梯度增加,导致地层中的压力损失增大,同时水平气井产量也呈直线下降。     

煤层气降压开采机理研究

模拟计算了解吸时间、渗透率、等温吸附线形态、压差、含气饱和度等方面因素对煤层气产量高低的影响．分析了煤层气产出的机理。研究表明．低含气饱和程度、低地层压力、低渗透是造成我国煤层气产量较低的原因;解吸时间越短．气产量高峰期越早．高峰期产量越高．高峰期过后产量下降也越快;相渗曲线越陡．残余气饱和度越小对气产出越有利;等温吸附线在地层压力变化范围内的缓陡程度决定气产量的高低。     

煤储层启动压力梯度的实验测定及意义

煤层气的运移产出流态是煤层气井产能预测的理论基础,目前煤层气井产能预测大多采用达西渗流模型,预测结果与实际相差较大,因此判定煤层气在储层内部的运移流态至关重要。在RMT-150B岩石力学伺服试验机的基础上,设计出一套测试启动压力梯度的装置,通过实验得到流经煤样的气体流速与压力平方差,而两者并非通过原点的线性关系,证明启动压力梯度的存在。通过测试不同煤样的启动压力梯度与渗透率,其回归曲线表明:两者呈负指数关系,相关度达0.933,且随着渗透率降低,其启动压力梯度逐步增大,在低渗透阶段增加趋势就更加明显。煤的启动压力梯度存在证明煤层气运移流态为非线性渗流,该结论对改进煤层气井产能预测模型有指导意义。     

低渗气藏考虑启动压力梯度的单井数值模拟

在已发现的天然气储集层中，低渗透、特低渗透储集层占相当大的比例，且这类储集层中流体渗流较为复杂，具有独特的渗流特征（即存在启动压力现象），流体在多孔介质中的流动不再符合达西定律，因此重视并研究启动压力现象对低渗气藏的开发有着十分重要的意义。而目前的大型油气藏数值模拟商业化软件中都没有考虑启动压力梯度的影响。为此，在渗流力学基础上建立了考虑启动压力梯度的三维气、水两相流数值模型，并编写了相应的数值模拟软件。通过与商业化软件CMG的计算结果对比分析认为本软件是合理、可靠的。然后通过本软件对气井在不同启动压力梯度情况下的模拟计算结果表明，启动压力梯度对低渗透气藏气井的生产动态的影响非常显著，如果不考虑启动压力梯度将导致预测的产量等开发指标明显偏高。因此，在进行生产动态的方案预测时应充分考虑启动压力梯度的影响，以使编制的开发方案能更加准确地指导低渗气藏的开发。     

考虑基质收缩效应的煤层气藏产能评价

针对基质收缩效应严重影响煤层气藏产能评价和预测的问题,运用稳态扩散和达西渗流规律建立煤层气藏压裂直井基质扩散方程和裂缝系统渗流方程,引入新的拟时间函数来解决物质平衡方程中存在变量的问题,在保证精度的情况下提高了计算速度,得到了煤层气藏有限导流垂直裂缝井不稳定渗流压力及产量的解析解。结合时间叠加原理,实现了实际生产数据与理论数据的拟合。将研究结果应用于评价及预测实际煤层气藏产能,结果表明:基质收缩效应对产能评价和预测的影响主要发生在生产的后期,并且会使得渗流区域渗透率增加,提高了地层能量的利用率。适于基质收缩型煤层气藏压裂直井的产能评价方法,对煤层气藏开发和产能评价具有重要意义。     

一个新的低渗透气藏气井产能预测公式

低渗透气藏普遍具有低孔、低渗、高含水饱和度的特点，因而往往具有较高的启动压力梯度。目前，在进行低渗透气井产能预测时，多采用常规气藏的产能预测公式，启动压力梯度被忽略，导致预测结果与生产实际存在较大误差。通过大量文献的调研，确认低渗透气藏中启动压力梯度确实存在，并且已逐渐成为产能预测中一个不容忽视的重要影响因素。为此，文章基于对低渗透气藏渗流机理的分析和研究，利用Forchheimer由实验提出的描述气体渗流的压降二次方程，同时考虑启动压力梯度的影响，推导出了适合低渗透气藏的气井产能预测公式，并对其进行了实例计算分析，认为低渗透气藏产能预测中必须考虑启动压力梯度的影响，得到了进行产能预测时一些必要参数的获取方法。     

晋城煤层气井产能的地质控制因素分析

以研究煤储层物性非均质性,识别煤层气藏类型为切入点,分析产能与煤层气藏类型之间的关系,发现高产井（>3000 m³/d）主要分布在富集高渗煤层气藏内,中产井（1500～3000 m³/d）主要分布在高饱和度低渗透煤层气藏内,而高渗透率低饱和度煤层气藏和低渗透率中低饱和度煤层气藏这2类气藏,受渗透率和含气量制约,其煤层气井产能一般偏低。     

煤层气藏全流固耦合数学模型

为准确表征煤层复杂的地质力学效应,根据多重孔隙介质力学特征和多过程运移特点,来构建煤层气藏三孔双渗全流固耦合数学模型,并基于所研发的全隐式有限体积数值模拟器,进一步研究地质力学效应对孔渗参数和煤层气产能的影响。结果表明,有效应力效应与基质收缩作用均可影响裂缝渗透率,且作用方向相反：有效应力效应的作用强度在开发初期大于基质收缩作用,但在后期发生逆转,导致渗透率先减小后增大,最终值甚至可达初始值的数倍;随着煤岩杨氏模量增大,有效应力效应减弱,煤层气日产量增大,产气高峰出现时机提前,随着Langmuir体应变量增大,基质收缩作用增强,同样煤层气日产量增大,产气高峰出现时机提前。全流固耦合数学模型能够更准确地刻画煤层复杂流固耦合作用,这对煤层气产能预测具有重要意义。     

煤层气井开发效率及排采制度的研究

分析我国煤层气井排水采气过程中井筒附近应力的变化，认为由于井筒液面下降太快，导致井筒附近渗透率降低，煤层气井无法获得长期持续的较高产量，从而使得开发效率低下。为此，从煤层气井排采工作制度方面探讨了我国低渗煤层气藏的增产问题，针对煤层低渗和压缩性大的特点，运用地下渗流力学理论，建立了煤层气井排水采气数学模型，给出了同时间条件下煤层气井排采制度的定量解，以数值模拟的方法优化了煤层气井排采的工作制度，得出逐级降压的工作制度能扩大气井压降漏斗的体积，使煤层气解析范围增大，从而增加了煤层气井的累积采气量。该数学模型及其定解为我国煤层气井在开发过程中井底压力如何降低以及降低幅度、速度控制在何种程度，给出了量的参数，为低渗煤层气井合理开采提供了一个新的途径。     

井组数值模拟技术在沁水煤层气田开发中的应用

煤层气田渗透性一般较差,单井降压范围小、效果差,常需大井组长期排采以达到整体降压、提高开发效果的目的。选取沁水气田的一个典型生产井组,采用数值模拟方法,对其开采动态、开发效果进行了分析评价。介绍了数模软件ECLIPS中CBM模块的一些特点,综合地质认识成果和测试资料建立了该井组的非均质数值模型;使用多种拟合方法和技巧,同时对井组和单井的产气(水)量、井底压力等生产历史进行拟合,保证了修正的地质模型更接近实际储层情况;在此基础上进行了生产动态预测,对不同产气井的计算开发指标进行了对比分析,量化了该区的开发前景。该研究成果为研究煤层气井组产气能力及井间干扰提供了有效的方法,对煤层气井组的现场排采具有一定的指导意义。     

考虑启动压力梯度的低渗底水气藏见水时间预测

由于存在启动压力梯度,低渗透底水气藏中的水锥动态不同于常规底水气藏,因而利用常规预测公式计算气井见水时间,其计算结果肯定与真实情况有偏差。建立了底水气藏的水锥过程模型:气井钻开部分气层,射孔段为平面径向流,射孔段以下为平面径向流和半球面向心流的组合。依照该模型,假设储层水平、均质、等厚且具有各向同性,水以活塞方式驱气,气、水的密度和黏度均为常数,气水界面内外的压力梯度相同,忽略重力和毛管力。在此假设条件下,推导出了考虑启动压力梯度的低渗透底水气藏气井见水时间预测公式。将该公式与Sobocinski-Cornelius方法进行了实例计算对比,发现该公式计算的见水时间更接近于实测值;且利用推导出的预测公式计算的见水时间随着启动压力梯度的增加不断缩短,这符合定产量生产条件下,启动压力梯度越大则井底压力越小,底水与井底之间的压差越大,从而更容易发生底水锥进的实际情况。      

低渗透气藏拟稳态三项式产能方程及应用

低渗透气藏具有常规气藏不具备的诸多特征,其低孔低渗、非均质性强和含水饱和度高等导致了气体渗流类似液体渗流的“启动压力梯度效应”显著,用常规二项式渗流方程难以描述气体在低渗透气藏中的真实渗流特征,用常规的二项式产能方程不能分析低渗透气藏气井的产能。因此,在常规二项式渗流方程中添加了启动压力梯度项,并结合气井在正常生产期内的生产状态,建立了考虑启动压力梯度的拟稳态三项式产能方程,给出了低渗透气藏气井无阻流量的计算公式,为低渗透气藏气井合理产量的确定提供了理论依据。     

欠平衡钻井技术在保护煤层气储层中的应用

煤层气储层不仅具有低渗、低压特点，还具有对各类伤害的敏感性，从而决定了在煤层气钻完井、开采过程中要坚持采取系统的保护煤层措施。通过直井的油管向另一水平井环空注气实现欠平衡的钻井工艺在FP1-1井中得到成功应用，实现了及时、平稳注气，保护了煤层并维持井壁稳定，优化了单井筒水平井井身结构。为推广欠平衡钻井技术开发煤层气指出了方向。     

低渗煤储层背景下高渗带主控地质因素及模式

沁水盆地南部郑庄区块相邻煤层气井地质条件和开发工艺基本相同,但产气量却有巨大差异。针对这一现象,利用构造裂隙填图、煤体结构测井解释、裂隙特征压裂曲线反演、构造曲率分析等技术,分析了煤储层裂隙系统的发育特征;从古地应力场演化、原地应力测试入手,讨论了煤储层裂隙优势方向上有效应力对渗透率的控制作用。研究认为,煤储层裂隙系统的发育特征和优势裂隙方向的有效应力,是低渗背景下高渗带的主控地质因素。建立了3种渗透率发育地质模式：一是裂隙系统发育适中与有效应力匹配型,煤储层渗透率高,煤层气井产量高;二是煤储层裂隙系统过度发育型,无论有效应力适中或者过高,两者条件均不匹配,储层渗透率较低,产气量低;三是有效应力过高型,无论裂隙发育程度如何,均会导致煤储层渗透率较低,产气量低。研究成果对于相似地质条件的煤层气区块内高渗带预测具有借鉴意义。     

不同平面非均质条件下含水低渗气藏开采理论研究

以含水低渗气藏气体流动特性进行分析为基础,通过对含可动水、含约束可动水和含束缚水影响下的三类低速非达西渗流进行了分类阐述,阐明了气体滑脱效应和启动压力梯度各自存在和同时存在的条件,建立了启动压力梯度存在时反映平面非均质渗流特征的渗流数学模型,利用积分变换推导出了模型的解析解,通过分析模型计算结果,发现非均质储层渗透率由高到低的开发过程中储层全程泄压效果要远好于渗透率由低到高的开发情况,且生产过程中存在最佳生产压差,为矿场应用提供了理论依据。