多分量地震技术在裂缝性储层预测中的应用

传统的三维地震、水平井钻井和水力压裂技术是开发非常规油气资源的有效手段,应用于复杂油气藏识别与描述的3C-3D、9C-3D等地震技术能够有效降低勘探风险。在美国阿巴拉契亚盆地进行的裂缝性页岩气储层研究结果表明:利用纵波和转换横波联合解释技术能够提高断裂解释和天然裂缝性页岩储层预测的精度。基于纵波、转换横波联合反演提取纵横波速度比、密度等属性参数并验证了裂缝预测成果,进而提高了天然微裂缝储层"甜点"预测的准确性和可靠性。     

考虑解吸扩散的页岩气藏气水两相压裂数值模拟

水力压裂是实现页岩储层有效开发的重要技术手段,而准确预测页岩气藏压裂井产量是保证页岩气高效开发的基础。以油气藏数值模拟和数值计算方法为工具,在考虑页岩基质块解吸扩散和窜流条件下,建立了页岩气藏气水两相压裂渗流数学模型,推导了数值计算模型,并研制了页岩气藏压裂产能模拟器,定量分析了裂缝参数、物性参数和解吸扩散参数对页岩气压裂井产量的影响。研究表明：水力压裂能有效提高单井产量,是页岩气藏高效开发的有效措施;压裂裂缝导流能力和天然裂缝渗透率是页岩气开采的主控因素,日产气量和日产水量随压裂裂缝导流能力和天然裂缝渗透率增加而增加;基质渗透率和扩散系数对产量的影响相对较小。     

基于嵌入式离散裂缝模型优化的海陆过渡相页岩气压裂水平井数值模拟

近年来，鄂尔多斯盆地东缘大宁—吉县区块海陆过渡相页岩气勘探开发取得了突破性进展，进一步展示了该领域良好的开发前景，但对该区页岩气水平井产能评价理论的认识还不够深入，从而制约了后续开发井生产方案的优化制订。为了模拟鄂尔多斯盆地东缘海陆过渡相页岩气压裂水平井生产动态，基于嵌入式离散裂缝模型理论，考虑了储层不同类型孔隙中流体流动差异，采用有限体积法建立了地质参数建模与压裂缝网表征相结合的数值模拟技术，并结合压裂改造后裂缝网络的展布特点，对现场实例井进行了生产动态分析。研究结果表明：(1)海陆过渡相页岩气藏压裂水平井整体产量偏低，压裂施工规模和单井产能之间相关性较弱，压裂裂缝的合理表征是生产动态预测的关键；(2)页岩储层渗透率极低，压力传播范围有限，未与井筒或水力裂缝沟通的天然裂缝在生产过程中贡献率较低；(3)天然裂缝为气体在低渗透致密储层提供了渗流通道，提升了水力裂缝网络的复杂度，应优选裂缝发育区对气井进行压裂改造。结论认为，优选压裂改造甜点位置和提高压裂井缝网改造程度是海陆过渡相页岩气藏压裂水平井产量提升的关键，该认识为我国海陆过渡相页岩气高效开发提供了理论支撑。     

技术进步是推动美国页岩气快速发展的关键

近年来,美国页岩气的勘探开发步入大规模快速发展阶段。除了得益于天然气市场需求的增长、国家政策扶持等因素外,技术进步是推动美国页岩气快速发展的关键因素,其中钻井、完井与增产技术的进步,尤其是水平井钻井、水力多段压裂、重复压裂、同步压裂以及裂缝综合监测等技术的突破与广泛运用起着极为重要的作用。美国页岩气勘探开发的巨大成功表明,只要突破传统的勘探思想,坚持不懈地开展技术创新,仍然能够使分布广泛的页岩气资源量逐步转化为经济和技术可采储量。     

页岩气井水力压裂技术及其应用分析

页岩储层孔隙度小、渗透率低,页岩气井完井后需要经过储层改造才能获得理想的产量,而水力压裂是页岩气开发的核心技术之一。在研究水力压裂技术开发页岩气原理的基础上,剖析了国外的应用实例,分析了各种水力压裂技术(多级压裂、清水压裂、水力喷射压裂、重复压裂以及同步压裂技术)的特点和适用性,探讨了天然裂缝系统和压裂液配制在水力压裂中的作用。研究表明,中国现阶段页岩气勘探开发水力压裂应从老井重复压裂和新井水力压裂两个方面着手,对经过资料复查、具有页岩气显示的老井可采用现代水力压裂技术重复压裂;埋深在1500m以浅的有利储层或勘探浅井可采用氮气泡沫压裂,埋深在1500～3000m的井可采用清水压裂,埋深超过3000m的储层暂不考虑开发。     

页岩气体积压裂水平井产能影响因素研究

针对页岩气开发中体积压裂水平井的产能影响因素问题,利用数值模拟技术,在考虑页岩气等温吸附和解吸条件下,建立有限导流页岩气体积压裂水平井开采模型。通过研究天然微裂缝渗透率、基质-微裂缝ｓｉｇｍａ 系数、储层改造体积、人工裂缝导流能力、诱导裂缝导流能力、诱导裂缝密度以及非达西因子等因素对产量的影响,得到人工裂缝导流能力、天然微裂缝渗透率和改造体积大小对累计产气量的贡献率分别为２８. ６６％、２２. ５０％、２２. ３５％,是影响单井产能的最主要的３ 大因素。气井产能优化设计对页岩气储层改造具有一定指导意义。     

页岩气水平井多段压裂产能影响因素数值模拟研究

页岩气作为一种重要的非常规能源,具有资源潜力大,开采寿命长等优点。目前只在美国和加拿大取得了成功开发。由于页岩气储层物性差,自然压力低,开发难度大等特点,商业开发页岩气的关键在于水平钻井和压裂技术的突破。水平井多段压裂技术形成裂缝网络,增大了渗流面积,减少了渗流阻力,提高了水平井产能,能十分有效提高页岩气产能,取得工业开采成功。本文运用Eclipse数值模拟软件中煤层气、双重介质等模块建立了数学模型,对页岩气储层裂缝系统与产能关系进行研究。考察了裂缝系统的渗透率、裂缝传导率、裂缝间距、裂缝半长、裂缝条数对水平井压裂后产能的影响。能有效优化和指导页岩气水平井多段压裂施工,预测产能。     

中国页岩气勘探开发适用技术探讨

页岩气藏因其储层物性差、孔隙度和渗透率低，使其开采难度大，需要应用特殊的勘探开发技术。美国在页岩气勘探开发中采用了致密岩石分析技术、录井和测井技术、水平井钻井技术、特殊的完井工艺以及水力压裂等储层改造技术。通过借鉴国外的页岩气技术，分析技术适应条件，结合国内现有技术，提出适合我国的页岩气勘探开发技术设想及未来发展方向。     

影响页岩气开发因素及勘探开发技术展望

页岩气的勘探开发在缓解能源供给压力、发展低碳经济和调整优化能源结构等方面具有不可忽视的作用。以此为契机,在系统研究页岩气藏地质特征、开发特征和成藏机理的基础上,主要从有机质含量、成熟度、矿物成分、裂缝发育程度等几个方面着手,综述分析了影响页岩气产能的客观控制因素;针对页岩气储层物性差、开采难度大的特点,重点介绍了北美开采页岩气过程中采用的特殊完井工艺、水平井钻井技术、水力压裂等储层改造技术及裂缝监测等先进技术。同时对我国页岩气资源的勘探开发前景进行了简述,为实现页岩气大规模商业化开采,提供理论依据和技术思路。     

页岩气水平井重复压裂产能数值模拟

产能模拟是页岩气水平井重复压裂优化设计的重要环节。对于页岩气水平井而言,初次压裂形成的复杂网络以及随生产进行而被扰动的储层应力场和压力场使得重复压裂产能模拟更加困难。根据页岩储层压后多重孔隙介质特征,考虑页岩气在开采过程中"有机质干酪根—无机质纳米孔隙—天然裂缝"的多尺度空间流动行为以及储层参数和水力裂缝导流能力随生产的动态变化,建立页岩气水平井重复压裂产能预测的数学模型。基于矿场生产数据的历史拟合验证该模型的可靠性,探讨气井初次压裂后有效应力和水力裂缝渗透率变化规律,为重复压裂时间节点优化提供参考。重复压裂模拟结果表明,重复压裂通过增加原有水力裂缝的导流能力,再次为页岩气的流动提供快速通道,提高页岩储层吸附气的采出程度。     

页岩气藏地质资源量、可采资源量和井控可采储量的确定方法

页岩气的主要成分为甲烷（占98.5%以上）,含少量和微量的乙烷、丙烷、氦气、氧气和二氧化碳气。页岩气藏是一种特殊的封闭性气藏,它的储集层由超致密的基质和微裂缝系统组成。基质中的天然气以饱和吸附状态储存于纳米（10-9m)到微米（10-6m)级的颗粒表面;微裂缝中的天然气以自由气状态存在于微裂缝之中,而且两者是一个压力平衡体系。由于页岩的密度较大,而裂缝的孔隙度很小,因此,吸附气为页岩气的主要储量。目前,由文献报导的评价页岩气资源量的方法是不正确的,所评价的结果也是不可靠的。提出了评价页岩气藏地质资源量的体积法、评价可采资源量的动态平衡法和评价井控可采储量的产量递减法。     

页岩油气藏储量和产量预测方法综述

水平井分段压裂技术取得的突破性进步,极大地推动了全球尤其是北美页岩油气资源的快速发展。页岩油气藏通常可归为裂缝性油气藏,基质、天然裂缝及人工裂缝形成的复杂储集体使其油气储集空间和渗流通道更为多样化,渗流机理更为复杂,因而储量和产量预测方法也有别于常规油藏。调研了美国目前主要的页岩油气藏产量递减方法和采收率预测方法,并就相关问题开展初步探讨,对于我国页岩油气藏储产量的预测评价工作具有借鉴意义。     

页岩气其实是自由气

针对目前页岩气的很多认识误区,研究了页岩气的赋存状态。页岩是由基质泥岩和微型砂岩条带组成的岩石类型,具有页理结构,是非均质泥岩。砂岩备带尺度小,连续性差,是微型岩性圈闭。基质生成的甲烷气,短距离运移进入砂岩条带并聚集成藏。页岩气是储集在微型砂岩条带中的自由气,页岩基质和砂岩条带中都没有吸附气。页岩气藏不是连续型气藏,而是由无数微型气藏组成的大型气藏。微型气藏之间没有连通关系．开发页岩气需要采用水平井加多级压裂的办法方可将尽量多的微型气藏连通起来。页岩气只有甲烷一种组分．因此没有浓度的概念,也不存在扩散现象。页岩气的开发主要靠压力差驱动的流体流动。页岩气藏是典型的单一介质,而不是双重介质。     

Numerical simulation of gas transport mechanisms in tight shale gas reservoirs

Due to the nanometer scale pore size and extremely low permeability of a shale matrix,traditional Darcy’s law can not exactly describe the combined gas transport mechanisms of viscous flow and Knudsen diffusion.Three transport models modified by the Darcy equation with apparent permeability are used to describe the combined gas transport mechanisms in ultra-tight porous media,the result shows that Knudsen diffusion has a great impact on the gas transport and Darcy’s law cannot be used in a shale matrix with a pore diameter less than 1 μm.A single porosity model and a double porosity model with consideration of the combined gas transport mechanisms are developed to evaluate the influence of gas transport mechanisms and fracture parameters respectively on shale gas production.The numerical results show that the gas production predicted by Darcy’s law is lower than that predicted with consideration of Knudsen diffusion and the tighter the shale matrix,the greater difference of the gas production estimates.In addition,the numerical simulation results indicate that shale fractures have a great impact on shale gas production.Shale gas cannot be produced economically without fractures.     

页岩气储层蠕变特性及其对页岩气开发的影响

页岩气储层渗透率极低,必须经过压裂改造才能形成有效产能,大量狭小自支撑裂缝在天然气解吸及流动中具有重要作用。页岩气储层生产周期长,人工裂缝导流能力对裂缝变形极其敏感。研究结果表明,页岩气储层具有一定的蠕变特性,并随着粘土含量的增加而增强。压裂改造后,储层会产生大量裂缝,裂缝闭合蠕变是蠕变形变的主要形式。裂缝的存在会使储层蠕变速率大幅度提高,并对裂缝导流能力产生不可忽视的影响。裂缝闭合蠕变速率与裂缝界面之间、裂缝界面与支撑剂间的相互作用有关,并与基质蠕变速率成正比。压裂改造形成的裂缝网络越发育、单裂缝宽度越小,蠕变对裂缝导流能力的影响越大。在页岩气数值模拟中,考虑裂缝闭合蠕变的累积产量与未考虑裂缝闭合蠕变的累积产量相差较大。同时,在地应力计算、储层可改造性、支撑剂和施工参数优选以及生产方式的选择等方面也应考虑蠕变的影响,保持流体压力有利于减小蠕变形变,维持裂缝导流能力,提高气井产能和采收率。     

页岩气储量计算方法探讨

页岩气藏是一种非常规气藏,由于气藏特征的特殊性导致储量计算方法有别于常规气藏。首先探讨了页岩气藏的特殊性,其一是存储特征为形式上游离气和吸附气并存、空间上孔隙和裂缝同在;其二是产气机制主要为游离气的扩散和吸附气的解吸。在此基础上,总结了计算页岩气储量的方法,主要有类比法、容积法、压力/累计产量法、物质平衡法、递减曲线分析等,并讨论了各种方法的适用条件。同时,指出在页岩气储量计算中应特别重视孔隙度、裂缝、吸附气、含气饱和度等几个关键问题,并介绍了这些参数的确定方法。     

页岩岩石物理建模研究

页岩气是一种非常重要的非常规油气资源，页岩气储层不同于常规油气储层，其具有较强的各向异性、矿物成分复杂、孔隙多样等特征，使得岩石物理建模会更加复杂，很多岩石物理模型对页岩描述不够准确。此文从岩石物理模型的基本理论出发，针对Bakken页岩进行各向异性DEM岩石物理建模，具有较好的预测结果，通过比较发现干酪根作为基质时模型更优。并且在Wu建模流程的基础上，进一步考虑了当页岩存在垂直裂缝时，具有正交各向异性，建立了正交各向异性岩石物理模型，使得岩石物理模型更加接近真实页岩。     

页岩气藏水相损害评价与尺度性

页岩气藏基质储渗空间为纳米尺度,超低含水饱和度,高黏土矿物含量,发育微裂缝,需经压裂改造投产,气体产出是一个多尺度、多种传质过程,但压裂液易产生滞留,影响气体产出。页岩渗透率为纳达西级,难以利用测量损害前后渗透率的传统方法评价页岩气层损害。采用四川露头页岩岩样和4种滑溜水压裂液体系,利用压力衰减法,结合水相渗吸实验和气驱水返排实验,评价了压裂液滤液对岩心尺度的损害程度,分析了页岩气藏工作液损害评价的指标,认为传统渗透能力恢复率或渗透率恢复率不能作为页岩气层损害评价的唯一指标。基于评价结果,结合目前部分压裂液返排率低的气井产量反而比较高的非常规现象分析,指出页岩压裂液诱发水相圈闭损害是一个动态过程,具有尺度性,在评价过程还要考虑滞留压裂液对气体传递的积极作用,压裂液作用及返排制度是未来5~10年值得研究的重点问题。     

鄂尔多斯盆地三叠系延长组页岩气形成条件及有利发育区预测

页岩气勘探开发始于美国,并且取得较好的地质效果和经济效益。页岩气是一种非常规天然气,以吸附或游离状态为主要存在方式,表现为典型的“原地”成藏模式,其成藏受泥页岩厚度、分布、有机地球化学特征、孔隙度和渗透率条件、裂缝发育程度、盖层条件等的综合控制。鄂尔多斯盆地三叠系延长组泥页岩分布广泛,并且泥页岩厚度较大、有机碳含量较高、热演化适中、气测显示活跃、页岩中裂缝发育,页岩气资源潜力较大。初步研究表明鄂尔多斯盆地南部地区是三叠系延长组页岩气发育的有利区域,其中定边-华池-富县的“L”型区域是最有利发育区,向外围泥页岩气的潜力逐渐变小。     

页岩气网络压裂设计方法研究

页岩气能否有效产出,很大程度上取决于压裂裂缝和压裂过程中诱导天然裂缝开启而形成的相互交错的网络裂缝面积大小,其与页岩气井生产指数具有一定的相关性,因此,页岩气压裂设计的根本出发点在于如何形成有效的网络裂缝。在借鉴国外海相页岩气压裂成功经验的基础上,针对国内陆相页岩气的特殊性,进行了网络压裂的探索性研究。确立了页岩气网络压裂设计原则及相关理论基础,阐述了网络压裂设计的基本思路及优化方法,包括射孔方案、小型测试方案、压裂材料优选、施工参数及压后返排参数优化等,并围绕页岩气网络裂缝的主控因素（页岩可压性、诱导应力场、主裂缝净压力优化及控制等）进行了系统的模拟分析。基于所提出的优化设计方法,对河南油田某页岩气井实施了小型测试压裂和主压裂施工,获得成功并取得了很好的效果。