致密气藏多级压裂水平井产能预测新方法

致密气藏多级压裂水平井的渗流规律复杂,影响气井产能的因素较多。首先引入单裂缝评价的思路,在基质中建立了有限导流裂缝引起的渗流数学模型,通过Fourier积分变换求解,以此为基础,在裂缝中建立了考虑井筒聚流作用的变流量渗流模型,通过数值求解Fredholm型积分方程拟合出了裂缝导流能力影响函数,最终得到了单一裂缝的产能公式。利用井筒管流作用建立了多级压裂水平井从地层到井底全过程流动的产能预测方程组,同时考虑相邻裂缝间的相互干扰,并给出了完整的算法。应用该方程组计算了实例气井及各压裂段在不同井底流压下的产量,并分析了该井水平段压降和产量分布及无阻流量随有效裂缝半长和导流能力的变化情况,为评价各裂缝参数和压裂效果提供了依据。     

压裂水平井不稳定渗流分析

对三维油藏中压裂水平井流动进行了合理的假设和简化,建立了压裂水平井物理模型,在此基础上建立了三维油藏有限导流压裂水平井非稳态渗流系统模型,用半解析的方法耦合求解出有限导流压裂水平井井底压力及流量分布,并对井底压力特征曲线进行了流动阶段分析.流体在压裂水平井系统中的流动呈现4个流动段特征:裂缝内的径向流、裂缝-油藏双线性流、油藏内的线性流和油藏球形流.裂缝内流量分布受流动时间和裂缝导流能力的影响,流动时间越长,裂缝导流能力越大,裂缝内的流量分布越均匀.压力特征曲线受油藏上下边界条件的影响,对于上下封闭边界的无限大油藏,拟稳态压力导数为一常数,对于上下定压边界的无限大油藏,拟稳态压力导数曲线较无限大油藏提前下掉.图5参16     

低渗油藏整体压裂数学模型研究与应用

低渗油藏往往存在启动压力,以往的整体压裂数学模型中的相对渗流率计算没有考虑启动压力和支撑裂缝失效的共同影响,通过长期导流能力的实验,回归支撑裂缝导流能力与闭合应力及时间的变化关系式,在此基础上建立了考虑启动压力和水力裂缝长期导流能力的整体压裂数学模型,并对整体压裂模型进行求解,分析了裂缝长度和导流能力对油井产能的影响,模型更能够反映低渗透储层的渗流特征,可用于指导低渗储层的整体压裂优化设计。     

低渗透气藏有限导流裂缝水平井产能预测

基于油藏直井的产能公式,引入当量井径,将压裂水平井等效为井径为当量井径的压裂直井,引入拟压力,综合考虑滑脱效应、应力敏感性、非达西渗流等影响低渗气藏渗流的因素,建立了低渗气藏压裂水平井的产能计算模型。研究表明,随表皮系数和变形介质系数增大,产能近似成直线下降趋势;随滑脱因子的增大,气井产能成上升趋势。随裂缝导流能力的增强,产能增加,但当裂缝导流能力增大到一定值时对产能的影响减弱。     

压裂水平井试井解释模型研究

水平井分段压裂是低渗油气藏增产的重要措施之一。针对压裂水平井的试井分析,开发出压裂水平井无限导流多裂缝渗流的半解析数学模型。该模型是一类求解无限导流多裂缝系统的井底压力和流率分布的通用机制,通过更换离散裂缝单元的压力响应,即可计算其它的油藏条件下的压力响应。分析讨论了压裂水平井的典型曲线可能展现出的裂缝线性流、裂缝拟径向流、系统线性流和系统拟径向流的4种流动机制,裂缝线性流之后的可能出现裂缝拟径向流期压力导数水平段,容易被误解为全系统的径向流段。通过现场实测资料证实了与理论动态的一致性。针对试井解释计算的实时性要求,提出了压裂水平井压力动态的快速近似计算模型,该模型可进一步应用于压裂水平井产能评价与生产动态预测。     

低渗透油藏压裂井生产动态分析

基于低渗透油藏非达西渗流理论,考虑基质拟启动压力梯度、压敏效应和裂缝变导流能力,并认为水力压裂裂缝为有限导流能力裂缝,建立了低渗透油藏压裂井的不稳定渗流模型。通过COMSOL有限元软件模拟压裂井的生产动态分析发现,启动压力梯度和压敏效应存在,会明显降低压力井产能。裂缝的变导流能力在时间越长时,对产能和近井压力分布影响越大。该研究对认识低渗透油藏有限导流垂直压裂井的生产动态有积极意义。     

低渗透气藏多级压裂水平井稳态产能模型

致密砂岩气藏储层物性差,需要采用水平井配合多级水力压裂技术进行开发,为此,对低渗透气藏多级压裂水平井稳态产能模型进行了研究.首先,由渗流力学基本原理,建立单条裂缝水平井等效井径模型;然后,运用叠加原理,建立了耦合水平井段管流动态的多级压裂水平井稳态产能模型,在Visual Studio 2008 C#编程环境下,对模型进行了求解,获得了多级压裂水平井产量及压力分布.在此基础上,对多级压裂水平井稳态产能的相关影响因素进行了分析,认为缝长是影响低渗透气藏产能的主要因素,而裂缝导流能力对其影响不大.通过矿场实例,计算得到西部某气藏压裂水平井单井产能为11.357× 104 m3/d,与实测产能误差为15.7％,验证了计算结果的准确性.该井在压裂施工中应尽可能提高缝长,以获得更好的增产效果.     

考虑井筒变质量流动水平井产能预测简易算法

为了考虑井筒变质量流动对水平井产能的影响,应用动量守恒定律建立了水平井井筒变质量流动压降控制方程,采用比采油指数描述油藏流体沿水平井井筒的入流规律,应用质量守恒定律将井筒与油藏的流动耦合,建立了水平井变质量流与油藏渗流耦合模型.该模型可计算水平井不同跟端压力时沿井筒压力和产液分布以及水平井产能.运用四阶Runge-Kutta法对模型进行求解.经实例计算表明:该模型计算所得沿水平井井筒流量分布与实测流量分布基本一致,产能计算误差仅为2.75%,无限导流能力假设条件下的水平井IPR曲线为一条倾斜直线,而水平井由于从井筒趾端到跟端压力不断降低,水平井IPR曲线呈向下弯曲趋势,向下弯曲幅度与井筒压降成正比.     

裂缝性致密油藏多级压裂水平井试井模型

致密油藏由于渗透率低,表现出很强的非线性渗流特征,因此多采用水平井多级压裂技术提高单井产量.基于此,考虑了应力敏感和启动压力梯度的影响,根据物理模型建立裂缝性致密油藏多级压裂水平井试井模型,通过Laplace变换和有限余弦Fourier变换对数学模型进行求解,离散压裂裂缝并结合压降叠加原理,求得有限导流多级压裂水平井井底压力解.将文中的简化模型解与Saphir模型数值解进行对比,验证了简化模型的准确性;根据压力导数曲线特征,将裂缝性致密油藏多级压裂水平井井底压力响应特征曲线分为9个流动阶段,并分析了每个阶段渗流特征及各参数(裂缝分布、窜流系数等)对曲线的影响.该模型可以为裂缝性致密油藏多级压裂水平井试井资料解释和压裂方案设计提供理论依据.     

气藏压裂水平井非稳态产能计算模型

结合气藏水平井压后裂缝形态特征和流体在裂缝中的渗流机理, 应用压降叠加原理和节点分析方法, 建立气藏压裂水平井非稳态产能计算模型, 用数值求解方法计算得到不稳定状态下的产能。通过实例计算, 揭示了压裂水平气井产能随时间的变化规律, 并对裂缝干扰和各裂缝流量进行了分析。结果表明： 压裂水平气井在进行不稳定产能分析时需要考虑裂缝干扰对产能的影响; 两侧裂缝的产量比中间裂缝的产量高。     

页岩气藏水平井分段多簇压裂复杂裂缝产量模拟

现有页岩储层压裂水平井产能预测模型均采用与实际不符的平面裂缝假设,压后产能预测不准确。针对页岩储层压裂裂缝非对称非平面的实际复杂形态,基于流体扩散理论和压降叠加原理,建立了气藏渗流和裂缝渗流模型,采用空间离散建立了产量计算模型,通过数值分析方法求解,对页岩气藏水平井分段多簇压裂复杂裂缝产量进行了模拟。结果表明：真实非平面复杂裂缝产量远高于理想平面裂缝产量;天然裂缝对非平面裂缝形态和产量具有重要影响;三簇同时延伸形成的裂缝,中间缝产量比外侧缝产量低,产量差距在生产初期较大,随着时间增加,差距减小。外侧裂缝对导流能力比中间缝敏感;随着裂缝导流能力的增加,产量增加,但并非线性关系,增加的幅度逐渐减小。     

致密油藏体积压裂水平井分区复合产能模型

水平井体积压裂是实现致密油藏有效开发的关键工程技术手段,对致密油藏体积压裂水平井产能的准确模拟计算为体积压裂参数优化设计和压后生产动态预测提供了参考。基于致密油藏体积压裂水平井生产过程中油藏的实际流动形态特征,将水平井划分三线性流区域,结合Warren-Root模型,考虑储集层启动压力梯度和天然裂缝的影响,建立了致密油藏体积压裂水平井分区复合产能模型。结合现场生产数据验证了模型可靠性,并对产能影响因素进行了分析。结果表明:压后总体产量受到延伸主裂缝的条数、半长和导流能力的影响;启动压力梯度及改造区的弹性储容比和窜流系数对压后中后期产量影响大;未改造区窜流系数和弹性储容比影响后期产量的递减速度。该研究对深化认识致密油藏体积压裂水平井流动规律,完善致密油藏体积压裂渗流理论,提升致密油体积压裂优化设计都具有重要理论意义和实际价值。     

致密砂岩气藏压裂水平井裂缝参数的优化

为了解决压裂水平井的多参数综合优化问题,基于不稳定渗流原理,应用复位势理论、叠加原理和数值求解方法,建立了考虑裂缝干扰的压裂气藏水平井产量预测模型,研究了影响压裂水平井产量的单因素变化规律;结合正交试验设计方法和灰色关联理论,确定了影响压裂水平井产能的敏感因素排序,并实现了考虑多参数综合作用的压裂水平井参数优化设计。计算结果表明：算例中影响产量的重要性排序依次为地层渗透率、储层厚度、孔隙度、水平段长度、裂缝条数、裂缝长度和导流能力;优选区块水平井组合参数为水平段长度1 000 m、裂缝条数10条、裂缝长度60 m、导流能力10 μm²·cm,按照优化参数施工后,无阻流量显著增加。     

复合油藏压裂水平井复杂裂缝分布压力动态特征

压裂改造是提高油田产量、改善井筒附近储层物性的重要方法,但在实际多段压裂体积改造过程中,由于地层条件复杂,导致井筒附近形成了复杂的缝网体积,因此,加强对水平井体积压裂改造试井模型的研究十分必要。基于体积压裂水平井复杂裂缝分布的渗流特征,建立径向复合多段压裂水平井试井解释数学模型,耦合储层与裂缝模型解求得Laplace空间井底压力半解析解,应用Duhamel原理得到考虑井储和表皮影响的Laplace空间井底压力解,利用Stehfest数值反演求得实空间井底压力,并绘制实空间压力动态特征曲线。根据压力导数曲线特征划分流动阶段,通过模型验证证明了该方法的正确性,进而分析了裂缝不对称、裂缝夹角、裂缝分布方式、内区半径和流度比对特征曲线的影响。结果表明,裂缝不对称交错分布有助于增大裂缝控制面积,从而减少流体流入井筒的压力消耗,早期阶段对应的压力曲线也越低;内区半径越大,压裂改造效果越明显,对应压力曲线越靠下。该模型可为多段压裂水平井所形成的复杂裂缝试井资料解释和压裂方案设计提供理论依据。     

致密油藏压裂水平井非稳态产能预测模型

考虑启动压力梯度和压敏效应影响下的基质—裂缝、裂缝—井筒的耦合流动,以椭圆渗流理论和叠加原理为基础,通过当量井径原理,建立了带有多条横向裂缝且裂缝间相互干扰的压裂水平井的非稳态产能预测模型,并分析了压裂水平井产量变化规律及各因素对产能的影响。实例计算结果表明,致密油藏压裂水平井初期产量高、递减快、高产期短,后期产量低、趋于平稳、稳产期长。启动压力梯度和应力敏感效应影响大,启动压力梯度、变形系数越大,压裂水平井单井产量越低。水平段长度越长、压裂缝条数越多、裂缝越长、导流能力越大,压裂水平井产量越高,但各自存在最优范围。     

致密油藏分段多簇压裂水平井非稳态产能模型

针对段/簇间裂缝渗流场差异,基于线性流分区模型,考虑致密储层低速非达西流动和裂缝渗透率应力敏感特征,建立了致密油藏分段多簇压裂水平井非稳态产能模型。矿场实例验证了模型的正确性。模型计算分析显示：启动压力梯度主要影响油井的中后期产能,储层改造形成的复杂裂缝网络可有效降低非达西流动对油井前期产能的影响;裂缝渗透率应力敏感性对油井产油量影响较大,应力敏感系数越大,油井的产油量和累积产油量越低;裂缝总数较小时,裂缝的段簇比对累积产油量影响较大,相同裂缝条数下,段簇比越大,累积产油量越大;随储层改造体积增大,油井累积产油量增幅逐渐变缓。该研究结果可对致密油藏分段多簇压裂水平井产能评价提供理论依据。     

三重介质底水气藏压裂水平井非稳态产能变化规律研究

针对三重介质底水气藏压裂水平井渗流规律和底水侵入气藏导致气井产能下降的特点,基于溶洞系统和基岩系统中的天然气向裂缝系统窜流,经裂缝系统产出的物理模型,将底水边界视为半滤失边界,建立了该类储层介质的非稳态渗流数学模型,并利用源函数、有限Fourier余弦变换和贝塞尔函数的积分方法得到了模型的点源解。在此基础上,采用解析法与数值离散法相结合的半解析方法获得了三重介质底水气藏多级压裂水平井的压力响应和非稳态产能计算模型。利用Stehfest数值反演得到了气井非稳态产能随时间的变化关系曲线,分析了气井产能的变化规律,研究了压裂裂缝条数、裂缝半长、裂缝间距、孔—缝和缝—洞的窜流系数及缝洞储容比等参数对气井非稳态产能动态特征的影响。研究方法和结果对合理分析三重介质底水气藏压裂水平井生产动态特征和优化压裂参数设计具有一定的指导意义。     

裂缝面非均匀流入的气藏压裂水平井产量计算

低渗透油气藏压裂水平井以形成多裂缝来提高产量,但由于裂缝内流动压力损失和裂缝段间干扰,导致气体沿裂缝面非均匀流入。为了准确预测气藏压裂水平井的产量,基于瞬时点(线)汇函数和叠加原理,考虑气藏压裂水平井裂缝干扰、裂缝面产量非均匀流入以及裂缝内变质量流动,采用空间和时间离散技术,建立了气藏压裂水平井储层渗流和裂缝内流动耦合的产量预测模型。应用结果表明:考虑裂缝无限导流会导致计算结果高于实际产量;而裂缝上均匀流入的假设使得计算结果低于实际产量;由于裂缝干扰,水平井筒两端裂缝的产量高于中间裂缝;由于裂缝上的非均匀产量流入以及裂缝内的摩阻损失,裂缝上产量在水平井筒附近出现局部峰值;随着时间增加,峰值降低并且产量从裂缝中间位置向两端转移;裂缝上产量分布受生产时间和裂缝导流能力的影响,生产时间越长,导流能力越大,裂缝上产量分布越均匀。将所建产量预测模型计算结果与实例井和传统模型计算结果进行了对比,其吻合程度高、可靠性强。     

垂直裂缝气井不稳定产能预测新模型

利用地下油气渗流理论研究了垂直裂缝气井中气体的流动过程和渗流方程,并对各个流动过程建立了相应的数学计算模型,在此基础上,推导出了垂直裂缝井的不稳定渗流产能预测公式。应用该公式对吉林油田某垂直裂缝气井进行了例证分析,得出的计算值和实际值的误差为3.4％,并且通过预测公式分析了地层渗透率、地层压力、气藏厚度、裂缝长度、裂缝导流能力等参数对垂直裂缝气井产能的影响情况。该不稳定渗流产能预测公式的提出解决了常规汇源函数计算过程复杂和计算速度慢的问题,实现了垂直裂缝气井渗流方程的快速求解。     

基于连续拟稳定法的页岩气体积压裂水平井产量计算

水平井体积压裂是开发页岩气藏的关键技术。体积压裂后,未改造区域的流动为受微纳米孔隙介质控制的非线性渗流,而改造区域的流动则是由微米级裂缝网络控制的达西渗流。综合考虑页岩气藏体积压裂后的多尺度流动、页岩气解吸附、扩散等特点,建立了耦合未改造区域和改造区域流动的稳态产量计算模型;在此基础上,首次运用连续拟稳定法,考虑压力波不稳定扩散,结合物质平衡方程建立了页岩储层体积压裂水平井非稳态产量计算方法,并对页岩气体积压裂水平井非稳态产量的影响因素进行了分析。结果表明：基于连续拟稳定法建立的产量预测模型具有求解过程简单、计算速度快,与数值模拟结果吻合程度高的特点;页岩气的解吸效应主要影响生产中后期的产量;随着体积压裂区半径、压裂区渗透率、扩散系数、朗格缪尔体积的增大,页岩气井产能增大,且增加幅度逐渐减小;朗格缪尔压力对产量的影响较小。该方法为页岩气体积压裂水平井非稳态产量的计算提供了理论依据。