裂缝性油气藏渗流系统模型与应用研究综述

介绍了研究裂缝性油藏的渗流特征的意义.针对裂缝油气藏中的渗流问题,总结和评价以往研究者提出的不同裂缝渗流模型和数值求解方法.着重介绍了裂缝性油气藏多重介质物理模型,包括等效孔隙介质、离散裂缝网络、双重介质、双重裂缝、三重介质和分形模型的特点、数学描述方法及应用,比较了各种模型的优劣及局限性.分析了裂缝性油气藏渗流力学存在的复杂性和面临的挑战,指出今后研究趋势,对裂缝性油气田开发过程中的渗流工作提供一定参考.     

考虑动态裂缝的特低渗透油藏渗流模型

特低渗透油藏注水过程中产生注水动态裂缝,导致油井生产特征差异大、油水渗流规律复杂。为综合考虑动态裂缝和基质非线性渗流对开发的影响,通过开发动态、岩石力学及各类测试资料分析,确定了动态裂缝开启压力界限及延伸规律。利用"方向性压敏效应"表征最大主应力方向动态裂缝开启与延伸,结合"非线性渗流"表征侧向基质驱替,改进了特低渗透油藏渗流模型。利用改进的模型准确预测出WY油藏剩余油富集区域,指导了油藏井网的加密调整,提高水驱采收率5百分点,为剩余油分布预测及水驱开发调整提供了依据和手段。     

离散裂缝网络模型在体积压裂裂缝网络模拟上的应用

致密油藏储层渗透率低,地层基质向裂缝渗流受到限制,采用体积压裂"打碎"储集层,形成复杂缝网,能够实现裂缝与油藏的最大接触。由于体积压裂形成体积压裂改造区(SRV区),常规双翼对称裂缝模型不再适用,新型缝网模型亟待研究。综合测井解释、岩石力学、微地震数据,在测试压裂分析的基础上,通过净压力拟合、缝网拟合,对比了离散裂缝网络(DFN)模型和裂缝簇两种模型,其中DFN模型拟合程度较高,证明DFN模型适合体积压裂裂缝网络模拟。     

基于离散元数值法的页岩压裂复杂网络裂缝研究

页岩气藏天然裂缝发育,非均质性强,连续介质模型不能准确表征页岩储层特征。基于离散裂缝网络模型(DFN)和渗流-应力耦合数值算法,建立了水力压裂裂缝与天然裂缝相互作用的数值计算模型,利用该模型开展了相邻多裂缝间距、力学特性参数等对缝网扩展及连通性影响规律研究。结果表明,无论天然裂缝网络如何分布或者水力裂缝长短,次生人造水力裂缝的形成可稳定先压水力裂缝顶端天然裂缝的剪切破坏区域。水力裂缝尖端处的天然裂缝开度较大,裂缝间距越大,剪切破坏面积越大,缝距在一定范围内可实现远井带网缝贯通的可行性;内摩擦角对天然网络裂缝连通面积影响较大,较小的内摩擦角,易于形成复杂网络裂缝;不同天然裂缝倾角组合条件下复杂网络裂缝连通面积不同。研究结果可为页岩气井复杂网络裂缝形成预测提供理论依据。     

裂缝性砂岩油藏流固耦合渗流的等效介质模型

根据等效思想 ,给出了裂缝性砂岩油藏等效渗透率张量和变形场等效力学参数的计算方法 ,建立了油藏渗流和变形的等效连续介质模型 ;通过分析渗透率与应变之间的耦合关系 ,得到了裂缝性砂岩油藏流固耦合渗流计算的数学模型 ,并给出了计算方法。实例应用验证了所建模型的正确性。研究成果对认识裂缝性砂岩油藏的渗流规律有重要意义     

煤层气三孔介质渗透率动态变化规律研究及分析

煤层气开采过程中,由于孔隙压力降低和吸附解吸作用的影响,储层孔隙度和渗透率会发生复杂变化。研究煤层气储层结构特征、赋存机理及渗流规律时,将煤层气储层表征为存在基质微孔、基质孔隙和裂缝孔隙系统的三孔介质。煤层气吸附在基质微孔表面,流体在基质孔隙和裂缝系统中渗流。利用多孔介质弹性力学理论,对煤层气基质孔隙及裂缝系统的孔渗动态变化和影响因素研究分析,在考虑孔隙压缩作用及基质微孔中气体在解吸作用影响下基质孔隙和裂缝系统动态变化,以及基质及裂缝之间的耦合应变特征条件下建立了煤层气基质孔隙及裂缝系统的三孔孔渗动态变化模型。     

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。     

裂缝性砂岩油藏流固耦合渗流的等效介质模型

根据等效思想，给出了裂缝性砂岩油藏等效渗透率张量和变形场等效力学参数的计算方法，建立了油藏渗流和变形的等效连续介质模型；通过分析渗透率与应变之间的耦合关系，得到了裂缝性砂岩油藏流固耦合渗流计算的数学模型，并给出了计算方法。实例应用验证了所建模型的正确性。研究成果对认识裂缝性砂岩油藏的渗流规律有重要意义。     

垂直裂缝气井不稳定产能预测新模型

利用地下油气渗流理论研究了垂直裂缝气井中气体的流动过程和渗流方程,并对各个流动过程建立了相应的数学计算模型,在此基础上,推导出了垂直裂缝井的不稳定渗流产能预测公式。应用该公式对吉林油田某垂直裂缝气井进行了例证分析,得出的计算值和实际值的误差为3.4％,并且通过预测公式分析了地层渗透率、地层压力、气藏厚度、裂缝长度、裂缝导流能力等参数对垂直裂缝气井产能的影响情况。该不稳定渗流产能预测公式的提出解决了常规汇源函数计算过程复杂和计算速度慢的问题,实现了垂直裂缝气井渗流方程的快速求解。     

随机分形压裂水平井缝网参数反演方法

页岩复杂水力裂缝网络表征是研究体积压裂水平井渗流规律和产能预测的基础。由于缝网形成机制较为复杂,目前大多数复杂裂缝描述方法都是将主、次裂缝简化为规则排列的裂缝网络系统,无法精细刻画缝网的微结构特征。文中基于体积压裂形成的复杂裂缝分布规律,考虑次裂缝交互的分叉特性和微观形态,运用随机分形理论构建了体积压裂水平井缝网数值模型,准确刻画了复杂裂缝分形几何扩展规则和次级裂缝的相互连通性。在该模型的基础上,研究了复杂裂缝网络结构特征控制参数的变化规律,提出了基于微地震信号和历史产量约束下的随机分形缝网参数反演方法。结果表明,随机分形缝网几何形态和属性具有局部或整体可调节性,为压裂水平井历史拟合以及裂缝参数反演提供了一种新思路。     

低渗透气藏纵向缝压裂水平气井稳态产能计算方法

应用保角变换原理，将求解纵向缝压裂水平气井产能的问题转化成相对简单的单向渗流问题，以便于研究裂缝内流动和非裂缝区域拟径向流动对压裂气井产能的影响。在此基础上，综合应用渗流力学理论、质量守衡定律和压力耦合原理，推导出了纵向裂缝内变质量流动时压裂水平气井的产能公式。将计算结果与现场某气井压裂后产量相比，两者吻合程度较好。该方法的计算结果准确性较高，且简单易行，具有一定的推广价值。     

单裂缝多孔介质渗透特性研究

单裂缝多孔介质渗透特性的研究是裂缝性介质渗流分析的基础。针对含单裂缝的多孔介质,分别利用Darcy方程和Stokes方程描述基岩和裂缝中的流动,采用连续边界条件、Bea-vers-Joseph边界条件和Beavers-Joseph-Saffm an边界条件,得到考虑基岩渗透率的广义立方定律和分别满足3种边界条件的单裂缝介质的等效渗透率理论计算公式。参数分析表明,由3种边界条件所得到的单裂缝介质的等效渗透率较为一致(尤其当α>1时),因此应用经典的连续边界条件可简化问题,提高计算效率。研究结果为含裂缝多孔介质流动分析的参数确定提供了理论依据。     

修井作业中保护裂缝性储层的暂堵技术

在储层裂缝发育的油气井修井作业中,为了阻止工作液进入裂缝,避免裂缝被堵塞,实现储层保护,基于修井作业中裂缝性储层损害机理研究成果和利用特种材料在裂缝端部形成暂堵的思路,研制出了一种新型裂缝暂堵剂。该暂堵剂在室内性能测试中能够对缝宽为1～2mm的人造裂缝形成暂堵,暂堵材料在裂缝端部形成堆积而很少进入裂缝内部,容易解堵。大庆油田5口气井现场应用结果表明,该暂堵剂能够承受30 MPa的正压差和140℃的地层温度,暂堵形成后能够大幅度减少工作液进入储层,不仅实现了对储层的保护,还能够依靠负压顺利解堵,作业后气井产能基本保持了作业前的水平。这说明在修井作业中采用暂堵技术保护裂缝性储层是可行的。     

论齐成伟幂比方程作为致密油藏渗流本构方程

岩心渗流测试显示致密油藏渗流是低速非线性渗流,而描写低速非线性渗流本构关系的数学模型已有很多。对已有低速非线性渗流数学模型中引用率较高的姜瑞忠方程、黄延章方程和最新出现的幂比方程进行对比分析,发现:幂比方程为整体可微函数方程,优于两分段可微函数方程形式的姜瑞忠方程和黄延章方程;幂比方程令启动压力梯度似有实无,巧妙地调和了存在启动压力梯度和不存在启动压力梯度两种对立观点,使致密油藏渗流研究不再纠缠于有无启动压力梯度,而姜瑞忠方程和黄延章方程中存在备受争议的启动压力梯度项;幂比方程首次从岩心渗流测试所得数据点的平滑线上拐点的存在,揭示出中速近线性渗流的存在并成功对其描述,而姜瑞忠方程和黄延章方程不具备描述中速近线性渗流的能力。因此,齐成伟幂比方程可作为致密油藏渗流本构方程。     

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。     

裂缝性岩样应力敏感性实验研究

川东北地区裂缝性地层存在严重的钻井液漏失问题,做好防漏堵漏工作的基础是需要认识储层初始裂缝宽度,并对钻井过程井壁地层裂缝变化规律进行研究.结合钻井过程,对应力敏感实验设备和实验程序进行了改进,设置了新的应力敏感实验方法,模拟了地层压力、围压和井筒流压条件下设置的实验方法更加符合钻井过程应力变化的实际.裂缝性碳酸盐岩应力敏感性实验结果显示,以原地有效应力点为中心,随着井筒钻井液液柱压力的增大裂缝张开,随井筒钻井液柱压力降低,裂缝闭合,而裂缝张开的幅度比裂缝闭合的幅度更大.因此,研究压裂液应力扰动条件下裂缝宽度变化能够对防止漏失提供基础依据.     

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应用保角变换原理，将求带垂直裂缝的气井产量问题，转化为一简单的单向渗流问题，保教变换方法的特点是；（1）能将z平面上特别复杂的渗流问题转化为ω平面上相对简单和易于求解的渗流问题，经过变换后，只是改变了流线的型态和尺寸，而等势线上的势及井的产量不变；（2）变换后，可以恰如期分地描述井筒附近较为复杂的流动型态对压后产能的贡献，而以往的许我献往往假设裂缝井的产能主要来自裂缝内的流体流动；（3）变换后假设的缝端封闭边界条件更符合实际，然后，根据微元体流动分析，综合应用物质守衡原理和非达西运动方程，同时利用压力耦合原理导出了裂缝内变质量流动时压力满足的二阶微分方程，进而推导出不同缝长和导流能力裂缝井的产能公式，所得结果与现场某气井压裂后产量相比，吻合程度较发，且简单易行，便于现场应用。     

低流压下油井产能预测方法研究

本文从理论上指出,美国广义IPR方法仅适用于流压较高的情况。文中根据油气层渗流理论,结合本油田实际,导出了低流压下油井产能预测新公式。经大庆油田40井次系统试井验证,新公式不仅适用于流压较低情况,也适用于流压较高情况,平均相对误差5.64％。根据该公式预测,当流压低于某值时,产量将随之降低。这一结论,对油田高含水后期提高排液量稳产试验有着重要指导意义。     

气井压裂后稳态产能的计算

应用保角变换原理,将求解带垂直裂缝的气井产量问题转化为简单的单向渗流问题.保角变换方法能将Z平面上特别复杂的渗流问题转化为W平面上相对简单和易于求解的渗流问题.变换后,可用于描述井筒附近较为复杂的流动型态(裂缝内流动和非裂缝区域拟径向流动)对压裂后产能的贡献.变换后假设的缝端封闭边界条件更符合实际.然后再根据微元体流动分析,综合应用物质守衡原理、非达西运动方程和压力耦合原理,导出了裂缝内变质量流动时压力满足的二阶微分方程,进而推导出不同缝长和导流能力(包括无限导流能力和有限导流能力)裂缝井的产能公式.将计算结果与现场某气井压裂后产量相比,两者吻合程度较好.该计算方法简单易行,便于现场应用.     

聚合物驱最佳驱油速度的选择

聚合物溶液在孔隙介质中流动时,有效粘度、粘弹性、分子滞留量都是速度的函数。本文研究了聚合物溶液在孔隙介质中的流变特性,找出聚合物开始产生拉伸变形所对应的临界流速VC1以及开始出现胀流型特征的临界流速VC2。在此基础之上,通过驱油试验进一步研究过反对聚合物驱采收率的影响,认为存在一个最佳驱油速度范围,在此速度范围内采收率最高。