新型裂缝性页岩气藏物质平衡方程

前人推导的物质平衡方程往往忽略了吸附相所占的孔隙体积,因而多低估了页岩气藏的单井控制储量。文中在考虑吸附相所占体积的基础上,调研了国内外学者研究的吸附相密度值,运用质量守恒方法考虑了吸附相体积随地层压力的变化,又根据Langmuir吸附定律及体积守恒原理建立了裂缝性页岩气藏物质平衡方程。通过实例计算得知,发育裂缝的页岩气藏,裂缝中的自由气储量占总储量的24.28%~33.29%,同时基质中的储量主要由吸附相提供。由此可知,利用考虑了双重孔隙和吸附相体积2个因素的裂缝性页岩气藏物质平衡方程,能够得到气藏基质、裂缝、吸附相的地质储量;同时随着吸附相密度的增加,基质中的自由气、吸附气储量以及总储量逐渐增加,裂缝中的自由气储量逐渐减少。     

页岩气体积压裂水平井试井解释新模型

体积压裂已经成为非常规油气藏有效开发的关键,建立能够表征复杂裂缝网络的试井解释模型非常重要。考虑体积压裂形成的复杂裂缝网络,基于正交缝网假设,建立了体积压裂水平井试井解释新模型。运用Laplace变换获得了模型的解析解,利用数值模拟在验证解析解准确性的基础上,分析了缝网参数对试井典型曲线特征的影响规律。结果表明:所建立的解析模型能够准确表征复杂裂缝网络,其计算结果准确,适用于体积压裂水平井试井解释;体积压裂水平井一般出现5个主要的流动阶段,分别是井筒储集、人工裂缝线性流、次生裂缝-人工裂缝窜流、基质线性流和边界控制流阶段;缝网参数对试井典型曲线特征的影响较大,而且不同缝网参数影响不同流动阶段。     

页岩气储量计算的新物质平衡方程

页岩气总孔隙体积分为自由气体体积、吸附气体体积和孤立的孔隙体积。在原始状态,气藏孔隙内的自由气和吸附气处于平衡状态。气藏投入开采,压力就会降低,从而打破这种平衡,气藏内部主要表现为游离气的扩散和吸附气的解吸。随着吸附气不断解吸,吸附气体积不断变小,游离气体积逐渐增大。在以往页岩气物质平衡方程推导中,没有考虑页岩气的吸附气占据体积对动态储量估算影响。在推导页岩气新物质平衡方程时,引入了吸附气视孔隙度,考虑了吸附气体积对页岩气物质平衡方程影响,使得该方法更符合实际情况。     

裂缝性封闭页岩气藏物质平衡方程及储量计算方法

从物质平衡原理出发,运用Langmuir吸附模型,同时考虑基质孔隙体积和裂缝孔隙体积随地层压力的变化,推导出了封闭性页岩气藏物质平衡方程.实例应用表明,该方程可有效计算页岩气藏储量.计算结果表明,页岩气藏基质系统储量很小,裂缝系统储量更小.     

基于返排数据计算页岩气井压裂有效体积的方法及应用

页岩气多段压裂水平井的缝网参数通常利用产气数据解释获得。虽然对产气数据进行解释能得到裂缝参数,但很难获得压裂有效体积。为快捷地获取页岩气井压裂有效体积,该研究建立了页岩气多段压裂水平井压裂液返排数学模型,并结合水相物质平衡方程和渗流方程,推导获得了页岩气井多段压裂水平井压裂有效体积表达式。通过分析模型解发现,在边界控制流阶段产量规整化压力与物质平衡时间双对数曲线为单位斜率直线,利用该阶段产量规整化压力及物质平衡时间数据,可以计算页岩气井压裂有效体积,从而形成了一套基于压裂液返排数据计算页岩气井压裂有效体积的方法。实例应用表明：(1)构建的页岩气多段压裂水平井压裂液返排模型能快速地计算页岩气井压裂有效体积,且计算结果可靠;(2)计算页岩气井压裂有效体积不能忽略试气期间的压裂液返排数据,否则计算结果偏小;(3)形成的页岩气井压裂有效体积计算方法还能识别邻井压裂干扰,并定量化表征邻井压裂干扰对页岩气井压裂有效体积的影响。该研究成果为油田现场估算页岩气井压裂有效体积提供了一种新的方法,同时也为油田现场识别邻井压裂干扰提供了新的思路和方法。     

有限水侵页岩气藏物质平衡方程及储量计算

页岩气主要以吸附状态和游离状态两种形式赋存于发育大量微裂缝的页岩中,仅少量以溶解状态存在。为此,分别考虑基质和裂缝系统的流体性质、储层性质并全面考虑天然气膨胀、裂缝和基质收缩、流体膨胀、水侵、吸附气解吸以及吸附相体积变化等各种驱动形式的影响,建立了有限水侵页岩气藏物质平衡方程。实例计算表明,该方程可有效计算页岩气藏储量,驱动形式的忽略会导致储量计算结果不准确,忽略吸附相体积变化所得储量结果偏小;忽略基质孔隙以及水的膨胀性会使基质系统游离气储量偏小,裂缝系统游离气储量偏大,总储量偏小。     

基于返排产水数据的页岩气井压裂效果评价方法

对于页岩气藏,采用水平井多段压裂技术可在地层中形成一个复杂裂缝系统,实现经济有效开发,因此复杂裂缝系统的定量刻画对准确预测页岩气井产能具有重要意义。为分析早期返排产水数据并获取储层改造信息,假设裂缝内流体流动为径向流和线性流,考虑基质向裂缝系统供气对产水的影响,得到气井定产量生产时的水相渗流数学模型,结合物质平衡方程得到压力解,根据杜哈美原理将模型的适用范围扩展到气井放喷排液阶段变产量生产条件下。模型求解分析发现,当裂缝系统进入整体泄压阶段后,双对数坐标中规整化产水量和物质平衡时间的关系表现为斜率为-1的直线段,特征线分析可确定有效裂缝体积和裂缝形状参数。结合数值模拟技术对方法进行验证,并结合现场实例完成有效裂缝体积求取。研究结果表明,在进行产水数据分析时返排数据不可省略,否则获得的有效裂缝体积偏小。提出的方法为利用返排产水数据评价压裂效果提供了技术支撑。     

页岩气井体积压裂技术在我国的应用建议

页岩气因其储层渗透率超低、气体赋存状态多样等特点,决定了采用常规的压裂形成单一裂缝的增产改造技术已不能适应页岩气藏的改造,必须探索研究新型的压裂改造技术,方能使其获得经济有效地开发。为此,在总结分析美国页岩气储层的岩性、物性、天然裂缝与力学性质特征的基础上,依据复杂裂缝形成机理,提出了压裂形成复杂缝网、增大改造体积的基本地层条件的观点,归纳了直井和水平井体积压裂改造工艺技术方法等。实践表明:页岩气储层获得体积压裂后不仅初期产量高,而且更有利于长期稳产;在我国压裂增产改造将是开发页岩气最重要的技术手段。建议分海相、陆相两大类型开展体积压裂适应性、体积压裂优化设计技术与实施工艺技术、压后监测与评估技术等攻关研究。     

基于三重介质模型的体积压裂后页岩气储层数值模拟方法

页岩气储层渗透率极低,基本无产能,须进行体积压裂改造形成裂缝网络才能开采。一般采用双重介质模型进行页岩气储层数值模拟,但该模型无法准确模拟远井地带由于压裂开启并相互连通的天然裂缝。为此,针对压裂后的页岩气储层,建立三孔双渗页岩气储层体积压裂模型来描述不同区域渗透率变化与气体吸附解吸过程。新建模型考虑了页岩气的吸附机理,将基质作为气源,将二级次生裂缝与一级次生裂缝视为2个等效的多孔连续体,压裂主裂缝则作为离散裂缝予以描述。对比新建模型与传统的双重介质模型模拟结果后发现,所建三孔双渗页岩气储层体积压裂模型计算的日产气量和累积产气量均高于双重介质模型,结合双重介质模型模拟产量一般低于实际产量的情况,认为采用考虑天然裂缝的三孔双渗页岩气储层体积压裂模型能够更准确地描述水力压裂井的产量变化。各级裂缝渗透率和初始吸附气含量对生产动态的影响结果表明:二级次生裂缝渗透率对累积产气量影响较大,在生产中应当采取措施提高二级次生裂缝渗透率;而初始吸附气含量对累积产气量影响并不明显。     

基于各向异性扩散方程的页岩气井改造体积计算模型

超低渗透率页岩储层需要通过分段多簇大规模体积压裂形成水力裂缝与天然裂缝相互交织的复杂裂缝网络实现气井产能最大化,且微地震反演裂缝证明,许多页岩储层可以形成裂缝网络。页岩气藏的矿场压裂实践表明,储层改造体积是影响页岩压后效果的重要参数。基于流体扩散方程和岩石破坏准则,建立了一种针对均质各向异性孔隙弹性介质的改造体积计算模型。基于实例井,运用解析模型对改造体积进行了计算。结合微地震监测结果与离散裂缝网络法,进行计算对比分析。结果表明,所提方法的计算误差小,可运用于页岩压裂矿场改造体积计算评价,对完善页岩改造和压后评价理论具有重要意义。     

页岩气井压后返排规律

岩气藏通常都需要进行大规模的水力压裂才具有工业开采价值,但是页岩气井压后返排率普遍较低。针对这一问题,采用数值模拟和实验相结合的方法,研究了天然裂缝间距、裂缝导流能力、压裂规模、压力系数和关井时间等因素对返排的影响,并从机理上分析了页岩气井压后返排困难的原因。结果表明:返排率随天然裂缝间距、裂缝导流能力和压力系数的增加而增加,随压裂规模和关井时间的增加而减少;从微观机理进行分析,水通过毛细管自吸作用进入微裂纹,页岩基质中矿物颗粒间原有的氢键被羟基取代进而发生水化作用,造成新的微裂纹的产生和主裂缝的扩展,形成复杂的裂缝网络,使得大部分水难以返排,返排率低;对于页岩气井压裂,一般裂缝间距和裂缝导流能力较小、压裂规模很大,很大一部分注入水存在于比表面积极大、形态极为复杂的裂缝网络中,以致无法返排。结论认为:页岩气井压后返排率的高低受多种因素的影响,不应该刻意追求返排率;低返排率的页岩气井的产量一般较高。     

基于有限体积方法的页岩气多段压裂水平井数值模拟

为了实现页岩气在多尺度介质中的流动模拟,考虑页岩气在基质—天然微裂缝和人工大尺度压裂缝中的流动特征,建立页岩气多段压裂水平井不稳定渗流数学模型,针对模拟区域采用非结构四面体网格进行网格剖分,基于有限体积方法离散建立页岩气三维渗流数值模型,然后通过顺序求解的方法进行求解,进而模拟页岩气多段压裂水平井的生产动态和储层压力分布变化,并对模拟结果进行分析。研究结果表明:(1)采用所建立的数值模拟计算方法与商业数值模拟软件Eclipse计算的多段压裂水平井产气量基本一致,证实该模型正确、可行;(2)分别采用顺序求解方法和全隐式求解方法计算得到的页岩气水平井产气量虽然在生产初期存在着差异,但随着计算的推进,二者迅速趋于一致,进一步验证了该模型的正确性;(3)尽管解吸气对地层压力具有补充作用,但作用有限,对产气量的影响不大,随着生产时间的延长,解吸气量在产气量中所占比例逐渐上升;(4)确定合理的压裂段数且获得较长的压裂缝长,是页岩气水平井增产改造的核心。结论认为,该研究成果有助于页岩气储层体积压裂的设计以及多段压裂水平井生产动态的预测。     

关井时机对页岩气井返排率和产能的影响

页岩气井压后返排率普遍较低,大量的压裂液永久赋存于储层中,对页岩气井的生产有可能造成不利影响。为此,以实际生产数据为基础,分析了页岩气井早期生产返排特征,并根据典型数据建立相应的数值模型,研究了不同时机关井持续时间、生产制度对页岩气井返排率和产能的影响。结果表明:①在返排前关井期间,极窄的相渗曲线共渗区急剧降低压裂液在储层中的渗吸运移速度,关井100 d后移动距离小于3 m,随着关井持续时间增加,压裂液返排率呈指数降低,开井的初始产气量先减小后增大,对长期产气量的影响则恰好相反,因此,并不能简单得出关井时间越长,越有利于生产的结论 ;②而在生产返排后关井期间,随着关井持续时间增加,返排率减小,开井的初始产气量增大,长期产气量则会减小,但相比之下,返排后关井效应弱于返排前;③对于生产制度而言,生产压差增大会掩盖应力敏感导致的渗透率降低效应,最终表现为累计产气量、累计产水量都增加,同时,高生产压差人工缝底部积液,而低压差含水饱和度则几乎为0。该研究成果为认识压裂液的滤失机理及其在储层中的赋存方式、确定页岩气多段压裂水平井的最佳关井时间与生产制度,提供了技术支撑。     

页岩气水平井增产改造体积评价模型及其应用

目前,已有的水力压裂储层增产改造体积(SRV)评价方法主要包括微地震监测法、倾斜仪测量法以及数学模型计算法,其中,直接测量方法都存在着成本高、可复制性差的不足,而理论模型计算SRV可以降低成本,提高计算的速度和结果的准确性、可靠性。为此,在分析目前SRV评价模型局限性的前提下,基于水平井分段分簇压裂裂缝扩展理论、岩石力学理论和渗流力学理论,考虑页岩气水平井分段分簇压裂裂缝扩展过程中流体扩散渗流场和裂缝诱导应力场同时改变对页岩体天然裂缝的触发破坏机制,针对页岩气储层水平井分段分簇缝网压裂建立了一套SRV数值评价模型(以下简称新模型),并据此对分簇裂缝延伸行为、水力裂缝诱导应力场变化、水力压裂储层压力场抬升以及天然裂缝破坏区域的扩展进行数值模拟与表征,计算储层改造总体积,并在涪陵国家级页岩气示范区X1-HF井对新模型进行了矿场应用验证。结果表明:(1)新模型的计算方法与页岩压裂过程储层SRV实际物理演化机制相一致,可实现对SRV更准确地计算和定量表征;(2)新模型模拟所得SRV与现场微地震监测结果较为吻合;(3)示范区内水平井分段压裂形成的SRV能够满足页岩气高效开发的要求,压裂增产效果明显。结论认为,新模型具有较高的准确性和可靠性,对于涪陵页岩气示范区后期页岩气缝网压裂优化设计、井间距调整和加密井部署设计等都具有重要的指导作用,值得大规模推广应用。     

基于施工曲线的页岩气井压后评估新方法

基于有限的资料进行压后评估分析,对于压裂方案的持续改进具有重要的意义。为了再认识储层及人工裂缝参数,把 压裂施工曲线分为前置液注入和主压裂施工两个阶段。通过统计前置液注入阶段的地层破裂次数、平均压力降幅和平均压力降速, 可以定性判断地层脆塑性;根据压裂施工中的能量区域可定量化计算综合脆性指数。真三轴大型物理模拟试验结果显示,主压裂施 工阶段曲线压力波动频率和幅度反映了裂缝的复杂程度,结合地层脆塑性可综合诊断远井裂缝形态。以渝东南某页岩气P 井为例, 进行压后评估分析。结果表明：①水平井筒延伸方向的页岩地层非均质性较强,以自然伽马值260 API 作为该区地层脆塑性的界限, 偏脆性地层更易形成复杂裂缝系统;② P 井有一半裂缝为单一缝,为了进一步改善开发效果,应进一步采取精细分段、转向压裂等 措施。该成果为进一步改进该区压裂井设计、提高压裂有效改造体积提供了理论依据。     

川渝页岩气井油膨胀随钻防漏治漏技术及应用

川渝地区页岩气水平井使用油基钻井液过程中,井漏问题突出,急需完善现用油基钻井液堵漏技术.为此,自主研发出油膨胀堵漏剂WNPDL系列,并采用"刚性颗粒+油膨胀颗粒+薄片+纤维+沥青"的技术思路,根据不同漏速,形成了1～5#油基防漏治漏配方.室内实验结果表明:①油膨胀堵漏剂WNPDL系列可以抗150℃高温能力,抗压35 M...     

Study of the relationship between fractures and highly productive shale gas zones, Longmaxi Formation, Jiaoshiba area in eastern Sichuan

Shale fractures are an important factor controlling shale gas enrichment and high-productivity zones in the Longmaxi Formation, Jiaoshiba area in eastern Sichuan. Drilling results have, however, shown that the shale fracture density does not have a straightforward correlation with shale gas productivity. Based on logging data, drilling and seismic data, the relationship between shale fracture and shale gas accumulation is investigated by integrating the results of experiments and geophysical methods. The following conclusions have been drawn: (1) Tracer diffusion tests indicate that zones of fracture act as favorable channels for shale gas migration and high-angle fractures promote gas accumulation. (2) Based on the result of azimuthal anisotropy prediction, a fracture system with anisotropy strength values between 1 and 1.15 represents a moderate development of high-angle fractures, which is considered to be favorable for shale gas accumulation and high productivity, while fracture systems with anisotropy strength values larger than 1.15 indicate over-development of shale fracture, which may result in the destruction of the shale reservoir preservation conditions.     

基于修正容积法计算页岩气井改造区原始天然气地质储量

采用容积法计算页岩气井原始天然气地质储量(OGIP)需要分别考虑吸附气含量、游离气含量、溶解气含量及有效页岩体积等4个方面的因素。为了提高页岩气单井OGIP的计算准确度和可信度,修正了计算吸附气含量、游离气含量的校正公式;分析溶解气取舍的条件,得出了地层水中和页岩油中溶解气含量的计算公式;并在页岩气井有效页岩体积计算方法比对的基础上,应用修正后的公式对四川盆地某页岩气井的地质储量进行了计算和评价。结果表明:(1)页岩气井有效页岩体积采用改造储层体积(SRV)能够在很大程度上提高单井储量计算的可信度;(2)计算吸附气含量时,应基于温度、压力、总有机碳含量对兰格缪尔吸附能力及压力进行校正;(3)计算游离气含量时,真实孔隙体积等于绝对孔隙体积减去油、水、吸附相体积;(4)溶解气含量的取舍应视地质储量级别而定,若其级别低,溶解气含量可以忽略,反之则应考虑溶解气含量。结论认为:(1)修正后的吸附气含量、游离气含量校正公式更加合理;(2)分层计算气体含量、采用SRV作为有效页岩体积,使得最终计算的单井OGIP可信度显著提高;(3)与动态储量对比,单井OGIP能预判该井是否出现生产问题,并据此指导气井日常工作制度调整。     

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。