页岩气压裂水平井开发效果的数值模拟

页岩气藏低孔、特低渗、吸附气含量比例高、人工压裂裂缝网络复杂等诸多不同于常规气藏的特点,使页岩气藏压裂水平井与常规气藏在渗流机制及产能动态分析方法上存在很大差异。数值模拟作为产能动态分析方法之一,可以有效地模拟页岩气藏独特的属性参数及复杂的渗流特征。综合考虑页岩气吸附解吸、扩散及渗流,应用油藏数值模拟方法,建立了页岩气双重介质压裂水平井模型,分析了吸附气、天然裂缝、人工裂缝参数等对页岩气井动用范围、动用形状及生产动态的影响。结果表明,页岩气藏水力压裂裂缝和天然裂缝复杂的裂缝网络系统对页岩气井的动用形状有着重要影响,人工裂缝展布形态、人工裂缝参数(裂缝半长和导流能力)对页岩气藏的开发效果具有较大影响。     

页岩气产能影响因素及动态分析

页岩气藏是具有超低渗透率、无圈闭的特点,且有一部分气吸附于储层岩石表面的特殊气藏。页岩气藏中的天然裂缝在成藏过程中通常由于地层水的作用都被方解石充填,在形成产能之前一般都需要进行压裂。因此页岩气藏产能与常规气藏相比有其特殊复杂的影响因素,表现出其独特的渗流机理和生产动态。分析了页岩气产能的影响因素,阐述页岩气的渗流机理,介绍页岩气产能动态分析方法,并利用实例分析证明随水锁启动压力的增大,气井产能逐渐减小。     

页岩气藏三孔双渗模型的渗流机理

为了掌握页岩气储层气体复杂流动的规律,从而高效开发页岩气藏,对页岩气渗流机理进行了研究。借鉴适用于非常规煤层气藏双重孔隙介质模型和考虑溶洞情况的三重孔隙介质模型,基于页岩气储层特征和成藏机理,提出了页岩气藏三孔双渗介质模型;研究了页岩气解析扩散渗流规律,提出考虑储层流体重力和毛细管力影响的渗流微分方程;并利用数值模拟软件对页岩气产能进行了预测。结果表明：基质渗透率和裂缝导流能力是页岩气开采的主控因素,只有对储层进行大规模压裂改造,形成连通性较强的裂缝网络后才能获得理想的页岩气产量和采收率。     

页岩气藏体积压裂水平井渗流模型

实现页岩气藏有效开发的关键在于页岩储层渗流机理的研究和产能模型的建立,但页岩气藏孔渗结构具有强烈的多尺度性,渗流机理复杂;纳米级孔隙存在克努森扩散,解吸介质变形等情形。同时,在增产改造过程中形成的复杂裂缝网络形态也对页岩气多尺度流动特征及页岩气产能造成不同程度的影响。建立了页岩气藏体积压裂后,水力裂缝与天然裂缝耦合条件下的产能预测模型,综合考虑吸附、解吸、扩散、裂缝网络等非线性流动效应的作用,并分别运用有限差分、嵌套性有限差分方法及牛顿拉普森迭代法进行求解。最后,结合我国某页岩区块实际井对体积压裂后产能进行影响因素分析。该模型对页岩气藏水平井压裂设计、压裂参数优化以及产能评价研究都具有一定的指导意义。     

页岩气藏综合渗流模型及压力动态分析

区别于常规气藏,页岩气藏渗流主要受解吸、扩散、窜流和常规达西流动控制,机理复杂。考虑到基质和裂缝系统之间存在的压力差,在将气藏看成是双孔单渗介质的基础上,新增加了一个扩散以外的窜流流动,通过引入2个新的参数分别表征扩散和窜流2个因素的影响,建立了页岩气藏含有多条横向裂缝的压裂水平井的渗流数学模型。在此基础上,基于源函数理论,采用镜像反应和叠加原理,得到了地层中任意一点的压力表达式,通过Laplace变换和Stehfest数值反演得到水平井井底压力解,绘制了不同条件下的压力动态曲线,并与目前存在的渗流数学模型进行了对比,为页岩气藏的试井分析和不稳态产能评价提供了理论依据。     

复杂条件下页岩气藏生产特征及规律

从页岩气藏的储层特征、生产机理及压裂施工后气井的产能特征着手,首先分析了页岩储层多孔介质的4个组成部分,确定了有机质孔隙是页岩气主要的储集体,有机质含量及孔隙发育特征直接影响页岩气藏的储量和产量;对页岩气藏的吸附、解析、扩散等渗流机理进行了细致分析,推算游离气与吸附气量,并用压力变化关系曲线解释含气量关系;在产能特征方面运用实例分析了页岩一气井产能,确定了单井初期产量高、后期递减迅速和生产周期长等特征,证实了水力裂缝是页岩气藏最主要的气体渗流通道,水力裂缝的形态最终决定气井的产能。研究结果从多方面总结了页岩气藏复杂的生产机理及特征规律,为提高页岩气井产能、规模化开发页岩气藏提供了理论支撑。     

页岩气无限导流压裂井压力动态分析

我国页岩气可采资源量巨大,但页岩气藏大多数井的自然产能很低或无自然产能,开发过程中要实施储层压裂改造才具备生产能力。为此,在常规气藏压裂研究的基础上,针对页岩气产出过程中的降压、解析、扩散、渗流等特点,从页岩气渗流机理入手,以点源函数方法为基础,应用菲克拟稳态扩散模型,研究了页岩气在基质和裂缝中的单相流动,建立了页岩气藏无限导流压裂井评价模型,讨论了吸附系数、裂缝储容系数和窜流系数等参数对压力动态的影响,分析了页岩气藏压裂井动态特征及部分参数估计方法,解决了无法确定页岩气藏动态参数的难题,首次绘制了页岩气藏压裂井典型曲线。研究成果可为页岩气藏的合理高效开发提供技术支持。     

页岩气藏渗流机理研究进展与展望

页岩气的储渗空间与渗流机理极为复杂,其在孔渗空间的流动属于多尺度性的多场耦合流动,因此研究页岩气的渗流机理对页岩气藏开发格外重要.针对目前页岩气微观以及宏观的渗流机理研究尚未明确,缺少系统且高效的页岩气渗流机理研究方法的问题,从页岩气微观运移机理、页岩气宏观运移机理、页岩气藏中气-水两相运移机理、压裂作用对页岩气运移规...     

水力压裂缝导流的页岩气藏水平井稳产能力研究

页岩气储量巨大,开发前景被业内广为看好,但其低孔低渗特性使得开发难度高于常规气藏。国外成熟的页岩气藏主要使用水平井压裂技术进行开采。笔者结合页岩气藏水平井压裂后产生水力压裂缝这一情况,建立水力压裂缝导流的页岩气藏水平井后期稳定开采的渗流模型,通过运用等值渗流阻力法,考虑吸附解吸影响,推导出水力压裂缝导流的页岩气藏水平井稳定渗流产能公式,然后采用拟压力替代的方法将适用于油相的产能公式改进为适用于气相的水平井产能公式。通过算例对压裂效果进行研究,结果表明：水力压裂缝数量越多,裂缝间距越小,水平井稳定产能就越大;水平井长度增加超过某一个由该气藏基本参数控制的长度值后,稳定产能的增加值将减缓。      

储层参数对页岩气水平井产能的影响

页岩属于超致密、低孔、特低渗储层;其微观结构特殊,孔隙结构属于纳微米数量级,具有强烈的多尺度性,渗流机理复杂;气体产出是微观孔喉,微裂缝,宏观裂缝及水力压裂裂缝等渗流通道的耦合,主要包括解吸、扩散、渗流3个阶段。针对页岩气渗流机理,利用数值模拟软件分析Langmuir体积、Langmuir压力、扩散系数,启动压力梯度和应力敏感系数等储层因素对页岩气水平井产能影响。结果表明,页岩气产能随着Langmuir体积、Langmuir压力及扩散系数的增大而增大;但扩散系数大到一定程度,气井产能不再变化;随着启动压力梯度及应力敏感系数增强,气井产能降低。     

我国页岩气资源现状及勘探前景

非常规天然气资源—页岩气是可接替能源。因此,其资源勘探开发备受世界瞩目。目前,美国和加拿大率先进入到页岩气的勘探开发阶段,而中国页岩气的勘探还处于起步阶段。在调研了国内外页岩气研究成果的基础上,分析了页岩气储层的特征以及储层空间类型。页岩本身既是烃源岩又是储层,页岩气主要以吸附和游离状态存在于页岩之中,因此与常规的天然气有很大的区别。中国页岩气广泛分布于海相、陆相盆地,资源丰富,预计资源量约为(15～30)×1012m3,勘探潜力大。但由于我国起步晚,还需要加速对页岩气的勘探开发以缓解中国对油气能源的需求压力。     

修正的产量不稳定法预测页岩气动态储量

页岩气具有特殊的地质和储层特征,而常规气藏的储量计算方法并未考虑吸附气体解吸引起的压缩系数改变,因此,常规气藏储量计算方法难以准确预测页岩气藏的动态储量,而产量不稳定法比较适用于计算低孔、低渗、压力恢复速度缓慢页岩气藏的动态储量。为此,考虑吸附气体解吸对压缩系数和气体偏差因子的影响,引入吸附气体拟偏差因子和综合压缩系数对产量不稳定法进行了修正,利用修正后的产量不稳定法预测页岩气的动态储量。实例计算表明,忽略吸附气体解吸会导致预测的动态储量偏小,修正产量不稳定法预测的页岩气动态储量比产量不稳定法高21.9%。      

页岩气藏体积压裂数学模型研究

页岩储层具有一定密度和连通性的天然裂缝,而对复杂天然裂缝网络的描述非常困难。目前还没有针对页岩气藏的渗流模型,其模拟模型还基于常规的黑油模型或双重介质模型。黑油模型适用性广、解法完善,是目前油气藏数值模拟中最经典的模型,但是它不能考虑气体解吸附作用;因此,对页岩气藏的适用性比较差。文中建立以溶解气模拟吸附气的模型。即利用溶解气油比曲线模拟朗格缪尔等温吸附曲线,将油相视为不可流动相,黑油模型中的气相即为页岩气藏中的自由气。考虑了气体的解吸附作用和扩散作用,对比了其与单一介质的模拟结果,与传统的双孔单渗模型模拟结果相比,二者均能较好地进行页岩气产能预测。     

页岩储层伤害机理研究进展

随着世界各国对能源需求的不断攀升,页岩气、致密气、煤层气等非常规能源作为常规能源的补充,逐渐引起人们的重视。由于非常规储层的特殊性,在开发过程中极易受到不可逆的伤害。为认识非常规储层伤害机理,以页岩气储层为例,系统调研了国内外对页岩储层伤害机理的研究现状,分析了研究过程中存在的问题及不足,并对下一步页岩储层保护工作提出了建议。目前,页岩储层伤害机理研究主要包括3个方面,即储层特征、钻井过程中储层伤害和压裂过程中储层伤害,但针对储层伤害原因及钻井液适用性的研究不够全面,且储层伤害机理的研究方法以常规储层保护实验技术为主。文中结合页岩储层伤害机理研究现状,建议全面开展储层伤害机理、页岩储层保护实验技术和钻井液优选的研究。     

考虑页岩储层微观渗流的压裂产能数值模拟

考虑页岩微观渗流特征下的产能评价方法有利于提高压后动态分析的准确性和可靠性。压裂改造后页岩储层中,页岩气将在纳米孔隙中通过解吸附、扩散和滑脱流进入天然裂缝,再由天然裂缝流向人工裂缝,常规的产能评价数学模型已无法进行刻画和描述。为此,在考虑页岩气生产过程中基岩纳米孔隙中Knudsen扩散、滑脱流、吸附解吸微观流动特征,天然裂缝应力敏感以及人工裂缝非达西流效应基础上,基于双重介质模型,人工裂缝考虑为离散裂缝,建立了页岩储层基质—天然裂缝—人工裂缝的渗流数学模型,并给出了数值解法。模拟分析了页岩水平井压裂裂缝与储层参数对生产动态的影响。研究表明:吸附解吸效应、Knudsen扩散与滑脱流、天然裂缝渗透率、应力敏感系数、裂缝导流能力、裂缝半长与压裂段数对页岩气井生产具有重要影响。该研究为完善页岩气渗流理论,建立适合页岩气的动态评价模型,准确评价页岩气产能具有重要意义。     

页岩气藏吸附特征及其对产能的影响

页岩气藏中部分气体以吸附态存在,且受页岩性质和储集层条件的影响,吸附气约占总含气量的20%~85%.页岩吸附能力与有机质含量、矿物成分、储集层温度、压力和孔隙结构等因素有关。针对页岩气等温吸附特征（吸附曲线形状、Langmuir体积、Langmuir压力）,采用数值模拟方法,分析了吸附气对页岩气井产能的影响。结果表明,等温吸附曲线越接近于线性,Langmuir压力越高,吸附气解吸越容易,气井产出量越高;Langmuir体积越大,或者气藏中吸附气含量占气体储量的比例越高,页岩气井产能相对降低。     

页岩气井产能影响因素分析

以室内实验为基础,运用数值模拟方法,研究了页岩储层性质和压裂后裂缝性质对页岩气产能的影响规律,得到了各影响因素与页岩气产能之间的关系。研究表明,单翼裂缝并不能达到页岩气增产的目的,页岩气压裂后改造体积的大小是影响产能的关键,压裂过程中支裂缝条数越多,改造体积越大,增产效果越明显。