考虑滑脱效应的低渗透气藏气-水两相渗流数值模拟器

我国大多数气藏属于低渗透气藏。低渗透气藏普遍具有低孔、低渗、高含水饱和度的特点，气体渗流存在明显的滑脱效应。Klinkenberg在1941年提出了气体在不含束缚水多孔介质中渗流时出现的滑脱现象。而且岩石越致密，渗透率越低，滑脱效应越明显。目前对低渗透气藏的数值模拟研究仍采用常规气藏模型，导致预测开发指标与实际存在较大的差异。为此基于对低渗气藏渗流机理的分析，建立了相应的数值模型和模拟模型。并根据所建数学模型及其数值解法，编制了考虑气体滑脱效应的低渗透气藏气-水两相渗流数值模拟器。     

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对于低渗透气藏，压力变化引起的介质变形导致储层孔隙度、渗透率变化明显，对气藏开发动态有较大的影响，并且低渗透气藏的流—固耦合效应较中高渗透率气藏强得多。因此，在低渗透气藏模拟中考虑流—固耦合效应可以合理地预测气藏开发动态。此外，由于低渗透气藏渗流机制的特殊性，其渗流曲线偏离达西定律，且存在启动压力梯度，造成低渗气藏的耦合模拟更加复杂。文章基于对低渗透气藏储层特征及渗流机理的认识，将渗流力学和弹塑性力学相结合，建立了低渗透气藏流—固耦合渗流数学模型、数值模型和模拟模型，并利用该模型对四川某低渗气藏开发过程中储层参数、开发指标的变化进行了模拟计算，还比较了考虑介质变形的耦合模型和不考虑介质变形的刚性模型的计算结果。     

苏里格气藏滑脱作用影响下的渗流机理模式

通过试验和理论相结合的方法建立了考虑科林贝尔效应的低渗透气藏非线性渗流方程。通过渗流流量和压力相关试验测定了滑脱修正系数和渗流指数以及渗流系数,并将该方程的计算结果和现场产量做了对比,证明了该方法的正确性。气体渗流存在着滑脱效应,特别是在低渗、低速和低压时,滑脱效应更为显著。该项研究成功实现了对低渗透气藏的产量动态预报,为低渗透气田开发设计和开采方案优化提供了一项强有力的技术手段,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。     

考虑滑脱效应的低渗透气藏气-水两相渗流数值模拟器

低渗透气藏普遍具有低孔、低渗、高含水饱和度的特点,气体渗流存在明显的滑脱效应.Klinkenberg在1941年提出了气体在不含束缚水多孔介质中渗流时出现滑脱现象,而且岩石越致密,渗透率越低,滑脱效应越明显.目前对低渗透气藏的数值模拟研究仍采用常规气藏模型,导致预测开发指标与实际存在较大的差异.通过对低渗透气藏渗流机理的分析,建立了低渗透气藏气-水两相流动非线性渗流数学模型,同时引入考虑滑脱效应的气相相对渗透率概念,建立了相应的数值模型和模拟模型,并根据所建数学模型及其数值解法,编制了考虑气体滑脱效应的低渗透气藏气-水两相渗流数值模拟器.     

低渗透异常高压气藏典型井的数值模拟

低渗透异常高压气藏是一类特殊的气藏,气体渗流除滑脱效应外,还要受到启动压力梯度、介质变形等因素的影响,从而导致气体在储层中的渗流为偏离达西规律的非线性流动。到目前为止还没有一套可靠的描述该类气藏动态预测的模型和方法,运用常规的气藏工程手段和气藏模拟技术往往难以正确认识其开发规律,导致开发效果不理想。在分析了启动压力梯度、介质变形对低渗透异常高压气藏渗流影响的基础上,建立了针对低渗透异常高压气藏的三维气、水两相非线性渗流数学模型。该模型还考虑了多种非线性渗流对气藏开发动态〖JP2〗的影响。利用该模型对四川某低渗透异常高压气藏的典型井进行了生产历史拟合及模拟预测方案设计,为该气藏设计了一套开发首选方案。该研究实现了对低渗透异常高压气藏开发的定量动态预测,对气藏的高效开发具有指导意义。     

渗透异常高压气藏典型井的数值模拟

低渗透异常高压气藏是一类特殊的气蘸,气体渗流除滑脱效应外,还要受到启动压力梯度、介质变形等因素的影响,从而导致气体在储层中的渗流为偏离达西规律的非线性流动.到目前为止还没有一套可靠的描述该类气藏动态预测的模型和方法,运用常规的气藏工程手段和气藏模拟技术往往难以正确认识其开发规律,导致开发效果不理想.在分析了启动压力梯度、介质变形对低渗透异常高压气藏渗流影响的基础上,建立了针对低渗透异常高压气藏的三维气、水两相非线性渗流数学模型.该模型还考虑了多种非线性渗流对气藏开发动态的影响.利用该模型对四川某低渗透异常高压气藏的典型井进行了生产历史拟合及模拟预测方案设计,为该气藏设计了一套开发首选方案.该研究实现了对低渗透异常高压气藏开发的定量动态预测,对气藏的高效开发具有指导意义.     

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低渗透气藏中气体的渗流有其独特的特征，气体渗流受到启动压差、介质变形和滑脱效应三重因素的影响，从而导致气体在储层中的渗流为偏离达西规律的非线性流动。正是由于这种非线性流动的存在，使得低渗气藏的开发动态与中高渗透气藏相比有很大的差异。文章基于大量的实验研究，系统地分析了启动压差、变形介质和滑脱效应对低渗气藏渗流规律的影响，通过实验和机理研究建立了一种新的低渗气藏渗流的基本数学模型。实例计算表明，该模型较传统的气田开发数值模拟模型更能准确地反映低渗气藏开发动态，更好地指导了气田开发生产。     

启动压力梯度和应力敏感效应对低渗透气藏水平井产能的影响

由于低渗透气藏具有低孔、低渗特征,导致其气水渗流特征较为复杂,传统意义上的经典渗流规律不再适用于低渗透气藏。大量实验研究和现场应用证实低渗透气藏中存在渗流的非线性和流态的多变性,流体渗流不仅需要克服启动压力梯度,同时气体渗流还要受制于应力敏感效应影响。由于水平井是开发低渗透气藏最有效的方法之一,目前低渗透气藏水平井产能研究大多局限于传统意义上的经典渗流理论,通常忽略了应力敏感效应和启动压力梯度作用。针对低渗透气藏渗流特征,引入变换方法建立了低渗透气藏水平井产能模型,模型考虑了应力敏感效应和启动压力梯度的影响。并以某低渗透气藏为例,研究了应力敏感效应和启动压力梯度对低渗透气藏水平井产能的影响。结果表明:1)启动压力梯度和压力敏感对水平气井产量影响分别呈线性下降关系和幂函数下降关系;2)压力敏感效应比启动压力梯度对水平气井产量影响更为强烈;3)启动压力梯度达到0.00025 MPa/m,水平气井产量将降低77%;当介质变形系数达到0.15 MPa^-1,水平气井将停产;4)建议低渗透气藏水平井产能预测时必须考虑启动压力梯度和应力敏感效应的影响。     

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。     

低渗透异常高压气藏数值模拟研究

气体在低渗透异常高压气藏中的渗流为偏离达西规律的非线性渗流,常规气藏数值模拟技术基于达西定律,无法对这种非线性渗流予以准确描述.基于以前的研究成果,通过分析启动压差、变形介质对低渗透异常高压气藏渗流的影响,建立了低渗透异常高压气藏的三维气、水两相非线性渗流数学模型,模型可以考虑多种非线性渗流对气藏开发动态的影响.利用该模型对四川某低渗透异常高压气藏典型井进行了数值模拟研究,模拟单井增压与不增压开采方案,对比结果表明,低渗透异常高压气藏采用增压开采,生产效果可得到明显改善.模拟单井采用增压开采后,当产气量为11×104 m3/d时,稳产期为8.5 a,采出程度为60.06%,与不增压开采相比,稳产期延长1 a,采出程度提高8.37%.     

低渗气藏气体渗流滑脱效应影响研究

低渗透气藏储层致密、渗透率极低、以微孔道为主，当气体在低渗孔隙介质中低速渗流时，气体渗流的主要物理特征是具有“滑脱效应”。为此，研究了具有滑脱效应的储层渗透率界限以及孔隙压力条件。通过对苏里格气田32块低渗岩心样品所进行的实验，探讨了低渗气藏天然气渗流规律。研究表明，当努森数介于0.1~1时，气体渗流不遵从克氏方程。实验结果还表明：克氏系数随储层渗透率的增大而减小，当储层渗透率大于0.1×10^-3μm²时，气体滑脱效应可以忽略不计；克氏系数随平均孔隙压力的增大而减小，当孔隙压力大于1.5 MPa时，气体滑脱效应也可以忽略不计。     

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章利用低速渗流实验装置，在残余水状态下，对亲水低渗储层岩石中气体低速渗流机理进行了大量的实验研究。研究成果表明：在残余水状态下，亲水低渗储层岩石中的气体低速渗流具有明显的非达西渗流特征；在克氏回归曲线上，存在着界定不同渗流机理影响的临界点。在临界点以下，气体渗流受毛细管阻力影响，表现为气体有效渗透率随净压力增大而递增；临界点以上，气体渗流受气体分子滑脱效应影响，表现为气体有效渗透率随净压力增大而递减。临界压力的高低反映了毛细管阻力和气体分子滑脱效应作用力这两种不同作用机理对气体低速渗流的影响程度。     

低渗透变形介质气藏数值模拟

气田开发实践 和室内实验表明,低渗透气藏岩石孔隙喉道狭窄、连通性差、渗透率较低,加之气液固相间表面吸附力的作用等原因,在低渗透气藏中存在启动压力梯度;随着气藏的开发,储集层岩石的变形对渗透率的影响很大。常规气藏数值模拟技术基于线性的达西定律,无法对启动压力梯度和介质变形的情况予以准确描述。基于前人的研究成果,建立了一个考虑启动压力梯度和介质变形的气藏非线性渗流的数学模型,最后给出了计算实例。结果表明,启动压力梯度和介质变形对气藏开发动态有重要影响。     

低、特低渗透砂岩气藏单相气体渗流特征实验

由于低渗透、特低渗透砂岩气藏储层孔隙结构的特殊性,其单相气体的渗流特征与中高渗透储层相比存在很大的差别,有必要对其渗流特征进行研究。通过对数十块低渗透、特低渗透砂岩岩心不同驱替压力下单相气体渗流特征的实验研究,结果表明,一般情况下特低渗透砂岩储层（小于0.1×１０-3μm２）的渗流特征符合克氏渗流曲线特征,但是在孔隙压力很低的情况下会表现出由于强滑脱效应而引起的非线性渗流特征;对于低渗透率储层（大于0.1×１０-3μm２）,气体的渗流特征在低驱替压力下符合克氏渗流曲线特征,但是在较高驱替压力下会表现出明显的高速非线性渗流特征。对于特低渗透砂岩储层而言,气体渗流一般不可能发生高速非线性流效应;而对于低渗透储层,就要考虑高速非线性效应对低渗透砂岩气藏气体渗流规律的影响。     

鄂尔多斯盆地低渗透砂岩气藏压裂模型的建立

近几年针对低渗透油藏的压裂提出了一整套优化方法,而对低渗透气藏压裂还没有进行系统的研究,导致气层改造强度不够或者过大,从而影响气藏的开采效果。根据低渗透气藏的生产特点和人工裂缝的渗流特征,建立气藏与裂缝数学模型。对气藏与裂缝方程进行两维差分得到差分方程,用IMPES方法求解。为研究水力裂缝参数对气藏开采动态的影响,将裂缝、气藏看作两个相对独立的渗流系统建立了气藏数值模拟模型,选取裂缝壁面的渗流量和压力相等来建立连接条件,研究了鄂尔多斯盆地低渗透气藏压裂裂缝条数、裂缝位置和裂缝半长对压裂井产能的影响,得出压裂井产量随裂缝条数增加而增加及裂缝长度对特定地层存在一个最佳值等认识,所建立的气井压裂优化数学模型对提高低渗透气藏单井压裂产量具有一定的指导意义。     

低渗致密砂岩气藏提高采收率实验研究

针对我国典型的低渗致密砂岩气藏,通过大量岩心实验和露头剖面精细取心测试分析,研究了应力作用对储层渗透率的影响、储层非均质性以及储层含水饱和度等特征,选用有代表性的岩心,开展了系统的单相气体渗流,含水条件下的气相渗流以及气、水两相渗流实验,分析了低渗致密砂岩储层单相气体渗流形态,含水饱和度变化对气相渗流能力的影响以及气、水两相渗流特征;在此基础上,采用气藏开发物理模拟实验技术,模拟研究了气藏衰竭开采过程中储层渗透率、含水条件、配产与废弃条件、纵向储层渗透率差异、平面非均质(储层砂体间存在阻流带)等多种因素对低渗致密砂岩气藏采收率的影响,根据权重分析对这5类影响因素进行了排序,结果表明储层物性和储层含水饱和度对采收率的影响最大,权重分别占到0.24和0.38,为进一步提高气藏采收率奠定了基础。