煤层气藏水平井分段压裂裂缝参数优化

研究区块煤层气藏储层渗透率极低,使用水平井分段压裂技术有利于煤层气的开发。针对不同裂缝参数对水平井产能的影响,进行数值模拟研究,并优选出最佳的裂缝组合形式。首先,结合研究区块的地质特征,采用双孔模型进一步证明了压裂的必要性,并在此基础上,优选出最佳的裂缝参数组合形式为:1 500 m水平段上压裂15段,共45条主裂缝,裂缝间距为33 m,裂缝半长为350 m,导流能力为100 mD·m。该研究思路及方法对煤层气藏水平井的分段压裂具有指导意义。     

煤储层压裂裂缝导流能力计算模型及应用

裂缝导流能力是影响煤层气井产能的重要因素之一,除实验研究裂缝导流能力外,还需应用数学方法建立裂缝导流能力计算模型,实现对裂缝导流能力快速有效的评价。以Carman-Kozeny公式为基础,建立了不同条件下的煤储层裂缝导流能力计算模型,分析了支撑剂尺寸、铺置层数、闭合压力与裂缝导流能力的关系。结果表明:支撑剂粒径越大,铺置层数越多,裂缝导流能力越大;闭合压力与裂缝导流能力呈现负相关关系;相同闭合压力时,支撑剂多层铺置的导流能力明显大于单层铺置时的导流能力。建议在压裂前期,使用较小粒径的支撑剂,使裂缝延伸更长;后期尾追较大粒径的支撑剂,提高近井地带的导流能力。     

高煤阶煤层气扩散-渗流机理及初期排采强度数值模拟

为了分析排采控制对气井产能的影响,以沁水盆地南部煤层气藏为例,应用分子动力学、岩石力学理论,分析了高阶煤层气扩散、渗流机理;应用Simed软件,分别采用不变渗透率、应力敏感以及考虑割理压缩率变化的S-D渗透率模型,进行了不同煤体结构高阶煤层气井初期排水强度数值研究。研究表明:解吸、扩散、天然裂缝渗流以及压裂裂缝导流等环节需协调作用,才有利于产气;随着排采的进行,扩散系数会逐渐增大,而压裂裂缝导流系数会因有效应力作用、煤粉堵塞等因素而降低;渗透率是影响研究区气井产能的关键因素,渗透率高的产气效果好;构造煤对于初期降液速率较敏感,对较高的导流系数不敏感;原生、碎裂煤对初期降液速率不敏感,但对导流系数较敏感;低渗煤层气井宜采用较低的初期降液速率;高渗煤层气井可以采用较高的初期排采强度持续排出水和煤粉。     

基于分类方法的煤层气井压裂开发效果评价

煤层气井分类评价是指导煤层气藏开发调整的基础。煤层气井的分类存在干扰因素多,评价界限主观性强等问题;并且受煤层气井排水降压产气特点的影响,其压裂效果无法从压后短期内的产量来判定。基于数据挖掘中的分类方法,结合渗流力学理论,首先将煤层气井产量及井数做归一化处理,建立煤层气井产量分布曲线,提出以产量分布曲线的导数值作为划分低产井与高产井的评判准则,建立煤层气井分类方法。然后,采用现代生产分析的方法,分类评价煤层气井压裂开发效果。最后,通过对韩城某区块的深层煤层气井进行分类及压裂开发效果评价,结果表明,低产井HS16井形成的裂缝短,生产过程中表皮系数增大,裂缝导流能力降低,渗流通道堵塞,预测重复压裂可获产量300 m3/d;高产井HS14压裂裂缝长,裂缝导流能力与生产初期相当,生产过程中渗流通道未受影响,预测重复压裂可获产量1 300 m~3/d。     

煤层气藏开发目标快速评价优选方法研究

确定煤层气开发目标时,选择经济性高的煤层气藏开发尤为重要。为了克服目前常规经济评价方法存在的计算过程繁琐、所需参数较多的缺点,结合目前高煤阶和中高煤阶煤层气藏的开发现状,充分考虑气价和内部收益率等对不同煤阶煤层气藏开发效益的影响,通过建立不同煤阶煤层气藏开发目标的“投资-产量-效益”评价图版实现快速评价优选,可为煤层气产能建设后备阵地的评价优选、煤层气目标优选、区块进退和投资控制或合理配产等提供科学、直观的决策依据。同时,作为一种新的评价手段,该方法也有助于提高工作效率,可推广到其他非常规资源。     

启动压力梯度对致密油藏水平井裂缝参数的影响

致密油藏流动能力差,水平井压裂后形成基质与裂缝两种差异明显的介质,流体在两种介质中的渗流规律不同,在基质中存在很高的启动压力梯度,不同渗流规律的耦合对致密油藏压裂水平井开发产能及开发动态规律的研究提出了新的难度。本文建立了考虑不同基质低速非线性渗流规律的致密油藏压裂水平井产能模型,并在此基础上研究了启动压力梯度对致密油藏压裂水平井开发动态的影响,将整个生产周期分成了第一线性流、裂缝干扰流、第二线性流和边界控制流四个阶段,并认为启动压力梯度具有缩短第一线性流与第二线性流的稳产阶段的作用,不利于致密油藏的有效开发;同时,启动压力梯度对裂缝参数的优化具有重要的影响,越高的启动压力梯度需要更长、更密、更多的裂缝才能进行有效的开发。     

煤储层粗糙割理中煤层气运移机理数值分析

有效描述粗糙割理中煤层气运移机理是实现其产能准确评估的基本前提。结合裂隙的立方定律以及广义Kozeny-Carman孔-渗方程,于理论层面推导了考虑内、外摩擦所致的裂-渗关系模型。其中内摩擦效应以煤层气运移的水文弯曲度来描述,外摩擦则通过引入端面曲折率来定义。借助分形理论实现了割理端面粗糙几何的定量描述,并采用格子Boltzmann方法模拟了煤层气运移过程,分析了端面分形维、绝对粗糙度以及相对粗糙度对煤层气输运特征的影响。在此基础上,对比分析了新裂-渗方程解析值同数值模拟渗透率之间的关系。结果表明,考虑了内、外摩擦效应的新方程能有效描述微观粗糙割理中煤层气的运移规律,并且物理意义明确。     

沁南潘庄井田煤层气产能预测研究

煤层气产能预测是煤层气开发潜力评价和决策的重要研究内容。文章基于潘庄井田煤层气开发及实测资料,采用COMET3煤层气藏模拟软件对潘庄井田煤层气产能进行了模拟。结果表明:煤层气产能受诸多煤层气开发参数及其耦合作用控制,各参数对煤层气产能影响程度不同,实测参数的完整性影响煤层气井历史拟合和产能预测结果的真实可靠性;历史拟合模型可靠,产能预测结果具有高度可信度;产能预测结果显示研究区气井产气效果好,具备商业开发潜力。     

非平衡吸附模型在煤层气数值模拟中的应用

详细论述了煤层气在微孔中吸附、解吸以及由微孔到裂缝扩散的非平衡吸附模型,并将其与裂缝中的气-水两相渗流模型以源汇项的方式联合起来,建立煤层气数值模拟的耦合模型．利用此模型对实际煤层气孔的试验采气动态进行了生产史匹配．结果表明,在煤层气数值模拟中,应用非平衡吸附模型能够充分体现煤层气藏双重介质的性质及煤层气解吸后从微孔向裂缝扩散的时空过程,克服了平衡态模型把煤气层作为单孔隙介质,将微孔中气体浓度只看作是裂缝中压力的函数,而与时间无关的弱点,使数值模型更接近煤层气开发中解吸、扩散、渗流的实际过程,模拟和预测煤层气的开采动态,评价煤层气储量更准确、更可靠．     

煤层水力裂缝参数对煤层气井产气量的影响

基于水力压裂增产机理,构建了水力压裂后煤层气井产气量计算模型,编制程序模拟了裂缝参数对煤层气井产气量的影响。结果表明:水力压裂后煤层气日产气量曲线在形态上表现出低-高-低-高-低的特征;随着裂缝长度的增加,日产气量和累计产气量明显增加;当水力裂缝的导流能力小于临界导流能力时,产气量随导流能力的增大而增加,大于临界导流能力时,产气量将保持为临界导流能力时的产气量;增加裂缝的长度比增加裂缝的导流能力更有利于产气量的增加。     

多段压裂水平井产能预测常用解析模型适用性与精度分析

多段压裂水平井在非常规油气中的应用越来越频繁,解析求解多段压裂水平井可以快速获取油气井的产能,为开发方案的制定奠定基础。本文筛选了多段压裂水平井的常用解析模型(郎兆新方法、范子菲方法以及苗和平方法),并采用商业数值模拟软件建立数值模型进行对比,分别从压裂裂缝参数、油藏属性参数以及水平井参数三个方面评价各个模型的适用性及其精度。研究结果表明,各个解析模型之间的预测差异主要是对于基质和裂缝中流体向水平井段的流动过程的处理方法不同造成的;低渗致密储层中,范子菲方法和苗和平方法的预测精度较高,而范子菲方法在拟合水平井和裂缝参数上也具有一定的优势。本文研究结果对非常规储层多段压裂水平井产能预测解析模型的选择具有指导意义。     

煤层气井水力压裂裂缝导流能力实验评价

本文主要围绕煤层气井压裂裂缝导流能力实验评价展开介绍。煤层气井水压裂裂缝导流能力实验表明，与砂岩地层不同，煤层的硬度较小，压裂中支撑剂嵌入情况较严重，导致导流能力降低，加大铺砂浓度能在很大程度上提高煤层裂缝的导流能力。实验中，煤层闭合压力是一个重要的参数，实验对比了在不同闭合压力下，支撑剂颗粒的破碎与嵌入、铺砂浓度、石英砂支撑剂粒径的选择等因素对煤层导流能力的影响。本文所得出的结论对今后煤层气的研究工作及现场施工具有一定的指导意义。     

煤层气藏储层形状因子的推导与论证

目前广泛使用于双孔隙模型中的形状因子主要是基于常规油气藏储层条件的,并不完全适用于煤层气藏的模拟。文章以双孔隙模型的基础单元为模型,即一个二维或者三维的基质网格被高导流能力裂缝环绕的模型,同时考虑达西渗流、分子扩散运动、气体解吸附效应、滑脱效应等多种渗流机理,推导适合煤层气藏双孔隙模型的形状因子,并且使用精细网格数值模拟的方法对该形状因子进行验证。通过假设在二维/三维矩形网格中的流动近似为柱状径向流和球状球向流流动和通过线性化处理部分系数,求得模型的解析解从而得出二维/三维模型的形状因子分别为18.17/L~2和25.67/L~2。使用精细化网格模拟方法,将本文推导的形状因子对比目前广泛使用的形状因子(Warren and Root,Lim and Aziz,Kazemi et al.),精确度都有了明显的提升。     

不同类型压裂返排液对煤层气储层的伤害实验研究

为了明确压裂返排液对煤层气储层的伤害情况,选择山西沁水盆地某煤层气矿区储层煤样和不同类型现场压裂返排液为研究对象,通过煤岩心驱替实验、煤储层裂缝导流能力实验以及煤层气解吸实验评价了不同类型压裂返排液对煤层气储层的伤害情况。结果表明:经过不同类型的压裂返排液污染后,目标区块煤层气储层煤岩心渗透率、裂缝导流能力和煤层气解吸能力均有不同程度的下降现象,其中线性胶压裂返排液对煤层气储层的伤害程度最大,清洁压裂返排液次之,活性水压裂返排液的伤害程度最小;结合不同类型压裂返排液的基本性能评价情况,认为压裂返排液对煤层气储层的伤害原因主要包括固相颗粒堵塞损害、微粒运移堵塞损害和水锁损害等。     

煤基质收缩效应和有效应力对煤层渗透率影响的新数学模型

在煤层气开发过程中,由于受到煤基质收缩效应和有效应力作用的影响,煤层渗透率将随煤储层压力的下降而变化。基于Bangham固体变形理论和有效应力应变理论,建立了煤基质收缩效应和有效应力耦合作用影响下煤层渗透率的数学模型。分析结果表明,自煤层气开始生产起,随着煤储层压力的降低,煤层渗透率变化将可能出现3种情况。经过对已有的现场试验结果与模型结论的对比,证明了该模型与现场实际相符。     

樊庄区块开发过程中煤储层渗透率动态变化特征

为了查明煤层气开发过程中煤储层渗透率动态变化特征及其与产能的耦合关系,在揭示开发过程中煤储层渗透率动态变化机理,推导渗透率计算方法基础上,结合沁水盆地南部樊庄区块煤层气井开发实际,反演了不同开发井区、不同产能类型井开发过程中煤储层渗透率的动态变化特征。研究表明:建立的孔隙度-渗透率模型可以有效反演煤层气开发过程中的渗透率动态变化。开发过程中煤储层动态渗透率伤害率受应力敏感和基质收缩效应共同制约,与储层压力、含气量和原始渗透率关系密切。煤储层渗透性和产气能力的协同良性发展是实现高产稳产的关键,缓慢连续的排采、适中的高储层压力、高含气量和较高的原始渗透率是保证储层后期渗透率出现反弹现象的重要因素。     

顶板含水层对煤层气井网产能的影响

根据煤体的岩石力学性质和弹性本构关系推导出了考虑基质收缩效应的煤裂隙渗透率模型,并在此基础上建立了三维煤层气垂直井网的非平衡吸附拟稳态条件下的气-水两相流动数学模型.编制程序并利用沁水盆地南部某区的资料对五点式煤层气井网开采进行了模拟预测,结果表明：石炭系K₂灰岩层局部富水性较强,在煤层气开发实践中,尤其在压裂增产改造过程中可能对煤层气的开采造成直接不利影响,同时基质收缩对裂隙渗透率的影响也不容忽视.     

非常规煤层气井压裂技术研究与应用

一般煤层气开采压裂是针对含气煤层进行压裂改造,提高煤层气产量。通过分析总结大量的施工经验,为进一步提高煤层气产量,以马厂煤详查项目为依托,在MC-01井进行压裂实验时,首先对煤层顶板进行压裂,再对煤层和煤层顶板联合压裂,减轻以往单独对煤层压裂时由于裂缝的封堵效应造成裂缝挤压致密带,影响煤层气释放。煤层顶板压裂可以有效形成具有高导流能力的裂缝与煤层有效连通,改善煤层气的开采效果,从而达到提高煤层气采出率的目的。     

煤层气井两相流阶段排采制度实时优化

煤层气井气水两相流动阶段的合理排采制度的确定极为复杂,但对于煤层气井高效排采具有重要意义。考虑低渗透煤层的启动压力梯度和应力敏感性特征,根据煤层压裂后流体渗流规律的变化,基于气藏工程和稳定渗流理论,建立了煤层气藏垂直裂缝井气水两相产能方程,结合煤层气藏物质平衡方程及煤层气井产量数据,可得到煤层气井实时的采气指数曲线,根据最大产气指数原则即可实时确定最佳生产压差,从而建立了一套煤层气垂直压裂井气水两相流动阶段的排采制度实时优化方法。通过现场典型井的应用,验证了所建立的煤层气井排采制度实时优化方法的可靠性。     

多段压裂水平井压后评价方法对比研究

裂缝几何参数和压后储层特性是评价压裂施工效果、预测单井产能及采收率的重要指标,为了获得压后裂缝半长、导流能力、储层渗透率等关键参数,文章对微地震成像、施工净压力拟合与生产动态分析三种压后评价方法进行了研究,并通过对苏里格致密气田一口多段压裂水平井进行实例分析,验证了三种压裂评价方法的有效性和局限性。研究结果表明:三种方法均有各自的局限,对实际压裂资料进行综合解释可以减少因依赖某一种评价方法而产生的误差;就共同评价参数"缝长"而言,微地震成像的评价结果往往偏离实际值且过大;施工净压力拟合的评价结果因没有考虑停泵后的裂缝闭合与生产过程中的裂缝失效问题,也偏大于实际值;生产动态分析的评价结果值最小且最准确。