考虑页岩气扩散的多级压裂水平井产能模型

由于存在浓度差,在多级压裂水平井中,页岩气由基质孔隙同时向天然裂缝和人工裂缝扩散.基于三孔块状模型,考虑页岩气解吸、扩散、渗流,建立页岩气多级压裂水平井产能模型;应用拉普拉斯变换,获得拉氏空间产量解,结合stehfest数值反演,绘制页岩气典型试井曲线.结果表明,考虑双扩散页岩气的流动过程分为线性流、拟稳定窜流、由基质向天然裂缝扩散、由基质向人工裂缝扩散和边界控制流5个主要流动阶段;拟稳态扩散条件下,压力导数受孔隙体积倍数变化影响敏感;扩散系数越大,气体扩散越早;兰格缪尔参数越大,气体解吸和供气能力越强;压裂级数越多,窜流系数越大,天然裂缝向人工裂缝窜流越早.通过与实际生产数据拟合,验证模型合理性,研究结果对认识页岩气藏压裂水平井产能递减规律、预测产能及优化压裂参数具有参考意义.     

致密储层压裂缝网渗透性变异的影响因素分析

页岩储层的渗透性是页岩气开发过程中的最为重要的指标之一。在页岩气储层压裂后的排采过程中,储层渗透性会随储层压力、孔隙压力等的降低而发生变化。本文从微观层次上对储层基质微纳孔隙收缩效应、气体滑脱效应对页岩储层渗透性影响的力学机制进行了分析,从宏观层次上分析了储层岩体蠕变、裂缝缝面闭合蠕变、储层衰减应力变化对压裂缝网渗透性影响的力学机制。结果表明：在压裂排采期,基质微纳孔隙页岩吸附气体解吸造成的基质收缩效应和气体滑脱效应会在一定程度上增大压裂储层的渗透率,但基质收缩效应对储层岩体渗透性的影响十分微弱,气体滑脱效应在低压条件下会增加储层岩体的渗透性。由于储层水力改造增加了岩体破碎程度,提高了岩体含水率,水力改造区内储层岩体长期蠕变会极大的压缩缝网空间,降低导流裂缝的渗透性。此外,与储层压力减小有关的裂缝壁面闭合蠕变、地层压实变形会致使水力裂隙开度和渗透性进一步降低。     

低渗透气藏气体渗流速度修正式

渗流的基本规律达西定律,是100多年前法国水利工程师达西提出的,他是通过液体实验得到的.对于气体渗流来讲,存在着滑脱效应,特别是在低渗、低速和低压时,滑脱效应更为显著.在考虑了气体渗流的特点后,结合分子扩散理论得到了考虑滑脱效应的气体渗流速度方程,为进一步开展低渗透气藏渗流理论研究,油藏工程研究和动态分析建立了基础.     

低渗透气藏低速非线性渗流数值模拟研究

大量实验表明,低渗气藏流体在低速渗流时不仅要克服启动压力梯度,而且还受到气体滑脱效应的影响.基于低渗气藏的这一渗流特征,建立了考虑启动压力梯度和气体滑脱效应的低渗低速非线性渗流数学模型及其有限差分方程,并编制数值模拟软件,对比研究了四种情况:(1)不考虑启动压力梯度和气体滑脱效应;(2)仅考虑启动压力梯度;(3)仅考虑气体滑脱效应;(4)考虑启动压力梯度和气体滑脱效应.数值模拟结果表明:情形(3)的累计产量最高,情形(4)次之,情形(1)第三,情形(2)最低.这一结果说明启动压力梯度和气体滑脱效应对低渗气藏的生产影响很大,由此证明了模型的正确性和适用性.     

裂缝-孔隙型油藏新的试井模型解

针对裂缝－孔隙油藏的渗流特征，在裂缝和基块之间存在流体的交换；以往的裂缝性油藏并没有考虑流体之间的渗流，仅仅将裂缝和基块之间的流体交换作为源和泄；考虑裂缝与基块之间的渗流建立裂缝－孔隙油藏全耦合的渗流微分方程；该渗流微分方程考虑压差对裂和基块的影响，对方程采用无因次化，将方程简化，通过Laplace变换，利用解的迭加原理，获得模型的Laplace空间解，这解对理解裂缝－孔隙性油藏的渗流规律和试井分析都具有重要的指导意义。     

低渗气藏中考虑滑脱效应的界限探讨

气体滑脱效应所受的影响因素很多,其对低渗气藏渗流的影响也已引起广大学者的重视,目前在考虑滑脱效应界限问题上做了初步的研究,如渗透率、孔隙压力界限,但深度仍然不够,且存在一些分歧.在含水饱和度对气体滑脱影响方面的研究更少,为更精确地研究低渗透气藏渗流规律及滑脱效应对生产的影响,应提出更为明确的考虑渗透率、孔隙压力和含水饱和度的综合界限指标.     

应力与温度综合作用的煤岩渗透机理

为评估深部煤岩的瓦斯抽采特性,探究不同条件下煤岩渗透率演化规律,利用含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流装置,开展不同平均有效应力和不同孔隙压力下温度升高的三轴渗流实验.基于分形理论表征温度引起的煤岩孔裂隙扩展和滑脱因子变化情况,进一步考虑压缩变形及滑脱效应对煤岩渗透率的影响,建立应力与温度综合作用的煤岩分形渗透率模型.结果表明:1)随温度升高煤岩整体具有压缩效应,渗流通道减小,渗透率先急剧下降后趋于平缓.2)在相同温度下煤岩渗透率随平均有效应力的增大逐渐减小,随孔隙压力增大先急剧减小后趋于平缓.煤岩裂隙压缩系数C_f随平均有效应力增大逐渐减小,随孔隙压力增大煤岩裂隙性系数具有相同的变化趋势.3)新建渗透率模型的计算值和实测值基本一致,其理论机理适用性及数据匹配度均优于Lu模型,该模型可以较好表征多因素影响下的煤岩渗透率演化规律.4)孔隙压力较低时,滑脱效应较为明显,且在孔隙压力升高初期考虑滑脱效应的煤岩渗透率曲线比不考虑滑脱效应的渗透率曲线更接近实验测量值.     

低渗气藏非线形方程新模型的适定性

研究了低渗透气藏中气体滑脱效应问题,利用气体滑脱现象对气测渗透率的影响,建立了低渗透多孔介质气体渗流规律的非线性抛物型偏微分方程、非线性边界条件的数学模型,论证了其适定性,得到了该模型解的存在、唯一及稳定的理论证明,为数值计算奠定了基础。     

基于三机理模型的孔隙半径分布对页岩岩心表观渗透率的影响分析

为了研究实际状态下页岩岩心中页岩气的表观渗透率及其变化规律,在考虑孔隙内壁的粗糙性、孔隙中的吸附层以及孔隙的弯曲程度的基础上,建立新的实际状态页岩气在单一孔隙中流动时的三机理表观渗透率模型。基于此模型,将岩心等效为不同半径的弯曲圆管束,建立页岩岩心中页岩气的表观渗透率模型,计算岩心中黏滞流、Knudsen扩散以及表面扩散对表观渗透率的贡献大小,分析不同孔隙半径分布和岩心中最大孔隙半径对表观渗透率的影响。结果表明:岩心中大孔隙对表观渗透率的影响远远大于小孔隙;随着最大孔隙半径的增加,不同孔隙分布之间的表观渗透率差异越来越小;低压下或低孔隙半径条件下,表面扩散对表观渗透率的影响不可忽略;油藏条件下,相对于Knudsen扩散和表面扩散,页岩岩心中的黏滞流对表观渗透率的贡献占主导地位,而表面扩散的影响可以忽略。     

一个低渗透气藏数学模型数值求解法

低渗透气田在我国分布极广,开发此类气田具有重要的现实意义。在考虑低渗透气藏气体渗流的滑脱效应下,建立了低渗透气藏气体渗流数学模型,提出了一种数值求解方法。通过分析与计算,结果表明：该算法具有高精度、稳定性好、适应性强等特点,为低渗透气体渗流研究提供了理论依据。     

分形球向流有效井径模型及其解的相似结构

针对分形球向渗流油藏,将有效井径引入到内边界条件中,建立了以井底定产量生产、考虑二次梯度项的影响和三种外边界(无穷大、定压、封闭)条件下的新数学模型.对该模型先进行线性化,再利用Laplace变换,在Laplace空间中得到了线性化后模型的精确解.经全面和深入的分析发现,在三种外边界条件下的精确解之间具有相似结构,并作了进一步的讨论.这项研究不仅完善了渗流规律,而且扩大了微分方程解的相似结构理在分形油藏领域中的应用,对试井分析软件的编制也具有重要意义.     

有机质类型及演化特征对页岩气富集规律的影响

页岩气是生成并存储于页岩、泥岩中的一种非常规天然油气,具典型的源储一体特征。页岩气的成藏基本没有"运移""聚集"过程,因此页岩气富集规律成为页岩气研究的重点和难点。结合长宁地区现有勘探开发资料以及近年来页岩气勘探开发取得的新进展,分析有机质特征对页岩气富集规律的影响。页岩气的吸附量与泥页岩的有机质丰度具有明显的正相关关系,有机质丰度是生烃量和生烃强度的重要决定因素;不同的干酪根类型由于显微组分的差异而对页岩气具有不同的吸附能力;高成熟度能使有机质微孔隙增加,也能加快气体的流动,为页岩气的富集提供更多有利空间。     

利用“四性”关系识别建南构造东岳庙段页岩气储层

建南构造侏罗系下统自流井组东岳庙段泥页岩发育,邻井多口井在该段普遍见良好的油气显示。页岩气储层为自生自储型油气藏,属于泥岩性质储层,具有低孔隙、超低渗透率的特点。对建南构造自流井组东岳庙段页岩气储层岩性、物性、电性、含气性特征及储层"四性"关系的研究,结合岩心、气测录井、试气等资料统计分析出页岩气储层的物性和电性下限值,进一步建立有效厚度解释图版,可定量得出页岩气层的解释下限标准。     

分形双孔介质油藏试井分析解的相似结构

针对分形双孔介质油藏，建立了考虑井筒储集、表皮效应和三种外边界（无穷大、定压、封闭）条件下的试井分析模型；利用Laplace变换，在Laplace空间中得到了储层压力和井底压力分布的精确解；经全面和深入的分析，发现了描述该类油藏在三种外边界条件下的渗流特征的解式之间具有的相似结构，并作了进一步的讨论。     

页岩气渗流机制数学表征及Knudsen扩散影响分析

基于双重介质,建立基质和裂缝的运动方程。考虑基质和裂缝的黏性流及Knudsen扩散作用,采用Langmuir等温吸附方程表征气体分子在基质孔隙的吸附与解吸附作用。同时,通过Knudsen扩散的质量流量公式,分析孔隙半径、压力和温度变化对质量流量的影响。     

页岩饱和含气量的计算及应用

储集层在一定物理化学条件下所能容纳的最大气量是有限的,结合测井解释数据和岩心测试数据,可求得储层平均孔隙度和含气饱和度,进而根据储层温度压力条件求得饱和游离气量。由于页岩中存在大量的纳米级孔隙,需要根据吸附相的体积进行游离气量的校正。在储层温度不高,试验条件允许的情况下,最大吸附气量则可以用Langmuir等温吸附方程来计算;若储层埋藏较深温度较高,则可以用Polanyi吸附势理论建立吸附量与温度压力的关系模型,结合较低温度的等温吸附数据,来预测实际储层温度压力下的吸附量。根据断裂、地层水等对页岩储层的破坏程度估算破坏系数K0,使计算的饱和含气量贴近储层实际含气量。建议计算时,对获取的源数据进行趋势面分析,分离出区域性分量,使数据能代表评价区的整体性质。     

分形球向流油气藏有效井径模型及其解

对不稳定渗流的数学模型进行了推导,建立了以变流率生产、考虑有效井径影响和3种不同外边界(无穷大、定压、封闭)条件下的分形球向流油气藏的数学模型,先后通过无量纲变换和Laplace变换,再利用变型Bessel函数性质和数学物理方程方法求得在3种不同外边界条件下的Laplace空间储层压力和井底压力的表达式,并分析了分形维数、分形指数和有效井径对储层压力和井底压力的影响。     

过渡相煤系泥页岩纳米级孔隙结构非均质性表征及主控因素——以淮南煤田二叠系为例

纳米级孔隙是煤系页岩气赋存的重要场所,具有很强的非均质性。为了研究海陆过渡相煤系泥页岩储层孔隙结构非均质性,对淮南煤田二叠系山西组和下石盒子组泥页岩钻孔岩芯样品进行总有机碳、镜质体反射率、全岩和黏土X射线衍射分析、场发射扫描电镜及低温液氮吸附实验,获得泥页岩有机地球化学、矿物组分、孔隙结构参数,采用孔隙结构相对偏差、FHH分形模型来评价储层孔隙结构非均质性及主控因素。结果表明:储层孔隙类型以黏土矿物片层间的平行板状孔、狭缝状孔及粒间的锥状孔为主,孔隙尺度主要为介孔,其次为微孔和宏孔;孔隙结构具显著分段分形特征,由于与煤储层高度相似而划分为渗透孔隙(r＞7.5 nm)和吸附孔隙(r≤7.5 nm),渗透孔隙复杂程度强于吸附孔隙;微孔越发育,孔容越小,比表面积越大,分形维数越大,孔隙结构越复杂,非均质性越强;过渡相煤系泥页岩储层孔隙结构非均质性主要受控于不同沉积环境及成岩演化下矿物组分差异,随着黏土矿物含量的增加和脆性矿物含量的减小而增大;与下石盒子组相比,山西组黏土矿物含量更低,导致分形维数较低,孔隙结构复杂程度偏弱,比表面积和平均孔径的相对偏差较小,孔隙分布较均匀,非均质性相对弱,对页岩气的储存、解吸和扩散更有利,可考虑优先开采。     

基于解的相似结构的双渗油藏渗流问题

针对双渗介质油藏,建立了考虑有效井筒半径和井筒储集效应的试井分析模型。利用拉普拉斯变换,在拉普拉斯空间中得到了储层压力和井底压力的无因次表达式;又根据相似结构理论,发现在不同外边界条件下的解式具有统一的结构。     

一类双孔介质复合储层压力分布的Laplace空间解

针对外边界定压的双孔介质复合储层模型，研究了两种内边界条件（是否考虑井筒储存和表皮效应）下变（常）流率问题的无因次内、外区储层压力分布的Laplace空间解．在深入剖析了解的结构和相互联系的基础上，找出了它与常见的复合、双孔、均质储层压力分布间的相互关系，并简要地引入了相应的应用．该项研究无疑是对试井分析理论的一种完善，对相应的脉冲试井等干扰试井分析软件的研制具有较高的应用价值，对油藏工程中的数值模拟方法也具有指导意义．