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。     

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。     

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。     

页岩油气勘探开发现状及关键技术

综述了各国页岩气的勘探开发现状,探讨了页岩油气勘探开发过程中的关键技术,主要有以下几方面的认识:①综合多参数、多信息,建立不同相带的评价标准及有利区带预测方法是页岩气勘探开发的前提。②页岩气的渗流模型呈现多尺度的特点,开采过程涉及到解吸、扩散和渗流3个阶段,建立渗流方程时需考虑解吸吸附模型、扩散模型、压裂裂缝模型等影响因素。③多分支井、丛式井、羽状井等水平钻井技术,体积压裂技术等新技术是提高页岩气产能及收益的关键。④井中地震技术能实时提供施工过程中所产生的裂缝的方位、密度、尺寸、间距等参数,描述裂缝复杂程度,评价增产实施方案的有效性。     

页岩气藏压裂水平井不稳定渗流模型及试井分析

页岩气藏基质渗透率极低,因此多采用压裂直井或压裂水平井进行开发。页岩气藏多级压裂水平井压力动态研究是获取页岩储层参数的重要手段之一,也是页岩气井产能评价的基础。然而,目前的压裂水平井模型忽略了页岩气藏的非均质性和页岩有机质纳米孔隙中的渗流机理,未考虑不同赋存空间气体流动特征的差异性。为此,文中建立了页岩气藏多级压裂水平井压力动态解析模型。基于五线性流模型,将储层分为2个上部储层区域、2个内部储层区域及人工裂缝区域。分析不同区域流动特征,并运用Laplace变换和正规摄动方法对模型进行求解。根据模型解析解绘制压力动态曲线,并进行流动区域划分和敏感性分析。研究结果表明,该模型与实际生产数据吻合度较高,具备可靠的理论支撑,能较好地描述页岩气井开发过程中的压力动态变化。     

复合页岩气藏压裂水平井压力动态分析

压裂改造体积SRV是评价储层改造效果的重要指标,是影响压力动态的关键因素。基于页岩气吸附解吸、扩散和渗流等多重运移机制,考虑压裂改造区的影响,建立内外区均为双重介质的复合页岩气藏压裂水平井试井模型。利用源函数思想,结合Laplace变换、叠加原理等方法,采用半解析法求取无限导流压裂水平井的井底压力响应。应用Duhamel原理考虑井筒储集和表皮效应的影响,结合Stehfest数值反演,绘制复合页岩气藏压裂水平井试井典型曲线,划分流动阶段。定义新无因次变量,分析SRV半径、裂缝条数、裂缝半长、裂缝间距、扩散系数、储容比、吸附解吸系数、渗透率系数及流度比等参数对压力动态的影响,该结果可为页岩气藏的合理高效开发提供理论依据。     

考虑多重应力敏感效应的页岩气藏压裂水平井试井模型

页岩气藏存在多尺度孔隙结构,流体运移方式多样,包括吸附、扩散和非达西渗流。目前页岩气多重运移流动模型仅考虑天然裂缝的渗透率和孔隙度为应力敏感系数,但实验表明扩散系数也具有应力敏感性。建立考虑多重应力敏感效应的压裂水平井试井分析模型,能准确分析和预测页岩储集层和流体参数,对页岩气藏生产动态分析和开发方案编制十分必要。基于页岩储集层多尺度孔隙结构,假设页岩气藏具有基质和裂缝系统的双重介质,考虑流体多重流动机理,建立以扩散系数、天然裂缝渗透率和孔隙度为应力敏感系数的压裂水平井试井分析模型,分析了压裂规模和页岩储集层特征参数对试井曲线的影响。结果表明,压裂规模参数主要影响气藏开采早期,页岩储集层特征参数主要影响气藏开采晚期。针对中国典型页岩气区进行分析,提出的试井分析方法能较好地拟合生产数据,可为页岩气藏高效开发提供一定借鉴。     

页岩气藏水平井开采动态数值模拟研究

页岩气藏具有特低孔低渗、吸附气含量高、无自然产能等特点,只有利用水平井技术及大型压裂增产措施,才能获得商业气。为了更为准确地对页岩气藏水平井开采动态进行模拟研究,综合考虑页岩气解吸、扩散、基质内运移和气体滑脱效应等特征,运用数值模拟软件Eclipse建立相应的单井数值模型,并对产能影响因素进行敏感性分析。研究表明,气体滑脱效应在开发中后期有利于水平井产气量的提高,在生产开发过程中,应尽量考虑气体滑脱效应对产气量的影响;天然裂缝渗透率、分段压裂裂缝导流能力、裂缝间距和裂缝半长的变化对水平井产气量影响很大,敏感性很高;水平井分段压裂参数是影响页岩气井产量的重要参数,应对相应压裂参数进行合理优化。     

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。     

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。     

考虑应力敏感与非达西效应的页岩气产能模型

页岩气在储层中存在解吸、扩散和渗流相互作用,同时由于其特殊的孔渗特征,裂缝闭合引起的应力敏感效应和近筒地带的高速非达西效应对页岩气产能影响不能忽略。为此,基于块状模型,综合考虑页岩气解吸、扩散,渗流,应力敏感效应以及非达西渗流,建立了页岩气藏压裂水平井产能模型,应用全隐式有限差分法和牛顿—拉普森迭代法,进行数值离散,获得产量数值解,并绘制了页岩气无因次产量和无因次产量导数曲线。分析结果表明:1页岩气流动过程分为线性流阶段、双线性流阶段、窜流阶段和边界控制流阶段;2应力敏感主要发生在双线性流和边界控制流阶段,随着应力敏感系数的增大,产能降低;3考虑非达西效应影响,页岩气产能降低,并且产能越大,非达西效应影响越显著;4兰格缪尔体积越大,兰格缪尔压力越小,无因次产量递减积分导数曲线出现下凹时间越晚。上述成果对认识页岩气藏压裂水平井产能递减规律、评价预测产能及优化压裂参数具有一定的借鉴意义。     

裂缝性页岩气藏渗流特征与压力动态分析

为研究页岩气直井压裂后的复杂渗流机理,采用分形理论来表征裂缝的发育特征,结合页岩气的解吸和扩散等流动特征,建立了页岩气分形气藏压裂直井的三线性流模型,求得了考虑井筒存储和表皮效应的压裂直井的拉普拉斯空间解析解,通过数值反演得到了其数值解;分析了页岩气解吸、天然裂缝发育情况等因素对压力曲线的影响。计算结果表明：井筒储集系数影响曲线的早期续流段;人工裂缝导流能力不仅影响人工裂缝的线性流动阶段,同时还影响天然裂缝的线性流动阶段;串流系数影响压力导数曲线“下凹”时间;弹性储容比和解吸系数决定压力导数曲线“下凹”深浅;分形维数影响地层双线性流动。最后验证了模型的可靠性。     

页岩气藏流动机理与产能影响因素分析

为研究气体在页岩储层中的流动机理并分析影响页岩气藏产能的控制因素,基于广泛的文献调研,描述了页岩气在页岩储层中流动主要经历的3个过程：解吸附、扩散和渗流,分析了其影响因素和适用条件。在此基础上,利用数值模拟方法分析了吸附气含量、Langmuir体积、Langmuir压力、扩散系数、基质渗透率、微裂缝渗透率和压裂诱导裂缝导流能力等因素对页岩气水平井产能的影响情况。结果表明：①天然气地质储量保持不变时,随吸附气含量增高,水平井日产气量和相同开发时间累积产气量逐渐降低,地层平均压力下降速度加快;②相同吸附气浓度条件下,随Langmuir体积和Langmuir压力的增加,水平井日产气量和相同开发时间累积产气量逐渐降低,初期产量递减速度加快;③气体扩散系数对产能影响较小;④基质渗透率介于1.0×10^-9～1.0×10^-6 mD时,基质渗透率是控制水平井产能的主要因素,随基质渗透率增加,日产气量和累积产气量迅速增加;⑤基质渗透率大于1.0×10^-6 mD 时,基质渗透率和微裂缝渗透率均是控制水平井产能的主要因素,日产气量和累积产气量随基质渗透率和微裂缝渗透率的增加而增加;⑥随压裂诱导裂缝导流能力增加,水平井累积产气量逐渐增加,累积产气量增幅逐渐减小,压裂诱导裂缝存在着最优导流能力。     

页岩气多重复合模型流动规律研究

气体在页岩储层中运移受解吸、扩散及渗流多种机制共同作用,同时也受储层的应力敏感效应等因素影响。综合考虑解吸、扩散及应力敏感效应,基于线性流模型,构建了符合页岩储层改造特点及流体渗流特征的分段压裂水平井多重复合流动模型。利用Laplace变换和Stehfest数值反演,得到封闭边界定产量下无因次井底拟压力和无因次产量半解析解。研究了页岩气在基质-微裂缝-压裂缝多重孔隙介质的复合流动,认识流体特性参数与压裂缝网参数对产气量的影响规律,并利用北美页岩气井生产数据进行拟合,验证了模型可靠性。研究结果表明：吸附气的解吸扩散使井底压力响应曲线出现明显“下凹”阶段;解吸系数增大,解吸气量越大,气井日产气量越高;窜流系数越大,基质与裂缝间的流体交换时间越早,但持续时间越短;压裂改造体积大,储层流体流动性强,但存在最优值;对比拟合结果,考虑改造带宽有限性更符合矿场实际。研究结果旨在为页岩储层分段压裂水平井多重复合流动规律研究提供理论基础。     

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。     

页岩气水平井动态评价方法

页岩气在储层特征、渗流机理、完井工艺和动态特征等方面有别于常规气藏。我国页岩气开发处于探索阶段，总结国外页岩气井动态规律和评价方法，对国内页岩气井动态评价和工艺措施的制定具有借鉴和参考作用。根据国外页岩气水平井生产实践和研究成果，总结了页岩气水平井流动机理和生产特征，并重点剖析了目前页岩气水平井动态评价方法，包括流动特征的识别、有效裂缝参数的计算和改造范围内动态储量确定。从气井流动特征来看，不稳定线性流是页岩气水平井常表现出的流动特征，利用这一阶段的动态数据就能评价水平井压裂后形成的有效裂缝参数；有些井在线性流之后会出现边界流，表示整个改造范围内总体处于衰竭状态，利用这一特征可以评价改造范围内的动态储量。     

Influence of gas transport mechanisms on the productivity of multi-stage fractured horizontal wells in shale gas reservoirs

In order to investigate the influence on shale gas well productivity caused by gas transport in nanometersize pores, a mathematical model of multi-stage fractured horizontal wells in shale gas reservoirs is built, which considers the influence of viscous flow, Knudsen diffusion, surface diffusion, and adsorption layer thickness. A discrete- fracture model is used to simplify the fracture modeling, and a finite element method is applied to solve the model. The numerical simulation results indicate that with a decrease in the intrinsic matrix permeability, Knudsen diffusion and surface diffusion contributions to production become large and cannot be ignored. The existence of an adsorption layer on the nanopore surfaces reduces the effective pore radius and the effective porosity, resulting in low production from fractured horizontal wells. With a decrease in the pore radius, considering the adsorption layer, the production reduction rate increases. When the pore radius is less than 10 nm, because of the combined impacts of Knudsen diffusion, surface diffusion, and adsorption layers, the production of multi-stage fractured horizontal wells increases with a decrease in the pore pressure. When the pore pressure is lower than 30 MPa, the rate of production increase becomes larger with a decrease in pore pressure.     

页岩气藏应力敏感效应实验研究

页岩气藏降压开采过程中,地层压力和井底压力的变化导致气藏产生应力敏感效应,使气藏流体的流动动态和气藏产能受到影响。为了明确开采压力的下降对气藏渗透率变化的影响,实验通过改变内压与围压这2种方式,对页岩气藏的应力敏感效应进行了研究。研究结果表明:页岩的渗透率随着内压的降低而下降,随着上覆岩层压力的增加而下降;页岩渗透率与内压的变化存在明显的指数关系;页岩对外压的敏感效应远远大于对内压的敏感效应。该研究对确定页岩气藏产能及制订气井合理生产制度具有一定意义。     

页岩气藏压裂水平井Blasingame产量递减分析方法建立与应用

根据常规油气藏压裂直井Blasingame产量递减样板曲线建立方法，使用渐近法建立了拟稳态流动阶段无因次压力与无因次时间的线性关系获取方法，重新定义无因次参数，形成了考虑气体吸附和溶解的页岩气藏压裂水平井Blasingame典型样板曲线。结合页岩气藏物质平衡理论，将实例数据与样板曲线进行拟合，验证了Blasingame产量递减分析方法在页岩气藏压裂水平井生产数据解释中的有效性。研究结果表明：①基于新无因次变量，吸附、溶解影响下页岩气藏压裂水平井Blasingame样板曲线边界控制流阶段再次归结为一条斜率为-1的直线，结合吸附等实验数据，可有效降低拟稳态阶段的多解性；②页岩气藏压裂水平井Blasingame样板曲线受储量相关参数和裂缝参数的双重影响，储量相关参数越大，样板曲线位置越低，裂缝参数越大，样板曲线位置越高。③长期动态资料分析可有效获取储层物性参数、改造情况以及单井控制动态储量参数，基于拟合结果，为未来生产动态预测奠定了基础。     

涪陵焦石坝区块页岩气井动态合理配产技术

涪陵页岩气田焦石坝区块页岩气井的渗流特征、产量递减特征和生产特征呈现分阶段变化和分区差异性,目前没有适用该类页岩气井的配产方法。借鉴国外页岩气生产经验,根据页岩储层应力敏感试验结果和实际生产情况,确定采用定产控压的生产方式。在此基础上,借鉴常规气藏配产方法,根据该区块页岩气井实际生产特征,选用采气指示曲线法和不稳定产量分析法确定不同产能页岩气井的合理配产系数。引进页岩气井分区、分阶段动态合理配产的理念,结合分区不同产能区间页岩气井产能的递减规律,按照页岩气井当前累计产气量对应产能的合理配产系数调整配产。按照此方法对涪陵焦石坝区块页岩气井的配产进行了调整,调整后既满足了该区块页岩气井稳产3年左右的需要,又使页岩气藏获得了较高的采收率和较好的经济效益。