基于EnKF的致密气藏离散裂缝模型自动历史拟合

近年来，离散裂缝模型是描述裂缝水淹的常用模拟模型，但由于涉及的地质和流体参数较多，手动修改参数工作量大、效率低，而自动化历史拟合是提高离散裂缝模型拟合精度的有效方法。以四川须家河组致密气藏为例，建立了基于集合卡尔曼滤波(Ensemble Kalman Filter, EnKF)的致密气藏离散裂缝模型自动历史拟合方法。将裂缝划分为大、中、小三个级别，大裂缝采用离散裂缝模型，中、小裂缝采用等效介质模型，运用EnKF方法对须家河组X2区块气水生产数据进行了历史拟合，通过自动调整各砂组水体能量和生产井周围孔渗使得生产井的整体拟合符合率达到86%。基于EnKF的离散裂缝自动历史拟合方法为裂缝性致密气藏数值模拟提供了有效借鉴。     

川西致密气藏压裂水平井生产动态预测研究

为了有效预测致密气藏水平井生产动态,基于压裂水平井多裂缝系统渗流模型并结合非稳态产能评价方法,建立了生产动态预测方法;对无限导流多裂缝模型和有限导流多裂缝模型生成了动态分析的快速模型。针对川西地区致密气藏水平井,通过Blasingame方法对生产动态资料进行拟合来确定地层参数,计算动态储量和单井产能。运用水平井渗流模型对川西低渗致密气藏水平井实际生产的稳产、产量递减、转低压管网生产以及增压开采各阶段产量和压力进行了预测。结果显示动态预测与实际生产动态相符合,说明该方法能为低渗致密气藏水平井生产动态分析和优化配产提供指导。     

基于时间步长线性叠加法的孔隙—弹性介质水力裂缝扩展机理研究

时间步长线性叠加法(TLSM)已被广泛用于建模和分析多个竞争性水力裂缝在恒定内压载荷下的扩展过程｡文章改进了TLSM方法,考虑储层孔隙弹性的影响,加入典型诊断性压裂试验(DFIT)的压力监测数据进行拟合,通过细化横向网格,在TLSM模型中使用真实的压裂试验数据来模拟多个动态裂缝的扩展,研究了随时间变化的压力和孔隙弹性对缝网发育的影响｡研究结果表明,基于TLSM的模型可以量化和可视化裂缝发育随时间的压力变化,使用DFIT数据,可以有效地分析孔隙弹性介质地层,定量描述裂缝扩展过程中空间应力集中变化的动态可视化｡该模型有助于现场施工过程压裂方案的调整,改善对缝网发育的控制｡     

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由于现场缺乏直接测量地层和水力压裂参数的必要手段,因此导致了认识和了解地层,分析和评估压裂施工质量的困难,虽然地层和水力压裂参数不能直接测量,但油气井压裂停泵后的压力变化反映了裂缝本身及其周围地层的情况,因此可以利用压裂后压力测试资料来分析并求出有关参数,为逼近地下裂缝的实际情况,提高解释结果的准确性,提出了一个新的压裂后压降分析拟三维模型,并采用数学拟合方法计算拟合压力,据此可获得压裂后的压裂液滤失系数,裂缝长度,裂缝宽度,压裂液效率,裂缝闭合时间等有关评价参数,最后,通过计算实例说明了拟三维模型和数学拟合方法的适用性和可靠性。     

裂缝型凝析气藏数值模拟研究新方法

为了正确模拟裂缝型凝析气藏的开发动态,提出一种适合于裂缝型凝析气藏双重介质组分模型的数值模拟方法,即首先进行拟组分数的合理划分,然后建立单个岩块的单重介质精细模型和双重介质模型,调整双重介质模型的毛管力曲线拟合单重介质精细模型的计算结果,建立拟毛管力曲线,在此基础上开展双重介质组分数值模拟研究。研究表明,直接利用双重介质组分模型可以正确模拟裂缝型无水凝析气藏的生产动态;但对于裂缝型有水凝析气藏,模拟结果与实际生产动态偏差较大,而采用拟毛管力曲线后模型则可以获得正确的模拟结果。用该法对塔里木盆地塔中Ⅰ号气田某裂缝型凝析气藏的生产动态进行了模拟。结果表明,该方法可用于裂缝型凝析气藏的数值模拟,对实际气田开发动态拟合较好,指标拟合误差小于5%。图6表1参18     

低渗致密气藏垂直裂缝井生产数据分析方法

为进一步提高低渗致密气藏垂直裂缝井生产数据分析的准确性和可靠性,利用垂直裂缝点汇函数模型,在建立Laplace空间下均匀流量的井壁压力表达式基础上,通过数值反演,绘制Blasingame型生产数据分析典型曲线图版。在分析该图版各渗流阶段的特征后,给出快速、简洁的图版拟合方法。通过生产数据拟合,得到井控储量、渗透率、单井泄流面积和半径,以及裂缝半长等有效参数,能够迅速、有效地评价单井压裂开发效果。     

考虑裂缝导流能力时效性的多级压裂水平井产能半解析模型

目前多级压裂水平井产能计算模型研究较多,但大部分产能模型都没有考虑裂缝导流能力时效性对产能的影响。而室内实验和矿场实践表明,在实际生产过程中,裂缝导流能力随时间不断变化。本文利用源函数法求解油藏渗流模型,利用有限差分方法离散求解考虑裂缝导流能力随时间变化的裂缝渗流模型,并通过裂缝和油藏接触面处的流量和压力相等这一边界条件,将这两者进行了耦合,得到了考虑裂缝长期导流能力的多级压裂水平井产能半解析模型。模型计算结果表明,导流能力随时间的降低,在产能预测分析中是不可忽略的因素,这一因素会改变油藏的渗流场分布,改变裂缝内的流量和压力分布,会使更多的流体通过井筒附近的裂缝流入井内。本文建立的模型和计算结果对于储层产能预测研究和实际生产都有较大的指导意义。     

优化反分析方法在地应力与裂缝研究中的应用

应用优化反分析方法建立了基于常规测井资料的地应力及裂缝分析模型,该模型可以利用声波、密度和自然伽马等资料求取井筒附近的岩石力学参数、地应力及裂缝参数的连续剖面,为钻井过程中保持井眼稳定、压裂设计等提供参考.以胜利油田纯化油区几十口井的实际资料为例进行计算分析,获取了相应的地应力及裂缝分布规律,并首次回归拟合了该油区三向地应力随深度变化的关系曲线.大量试验结果和现场应用情况表明,该方法准确可靠,成本较低,适应性强.     

致密气藏大型加砂压裂气井产能预测研究

在Gringarten等人提出无限导流垂直裂缝模型解的基础上，通过对产生的裂缝进行微元段划分，结合均匀流率垂直裂缝模型，得出了裂缝微元段数为200时的井底不稳定流动压力的半解析解，根据杜哈美原理和二项式计算产能的方法，结合气井生产，提出拟合井底压力的方法，得到一种专门针对无限导流垂直裂缝模型的多产量测试产能预测模型。通过该模型计算新场气田上沙溪庙组气藏大型加砂压裂井的产能，将计算结果与实际测试值进行对比，结果较为可靠，证明了该方法的可行性。     

页岩气藏综合地质建模技术

目前,页岩气藏地质建模采用的技术思路和实现方式主要源于常规油气藏,对页岩气藏并不适用,而可资借鉴的国内外相关成果则鲜见。为此,首先针对页岩气藏的特殊性,确定相配套的地质建模技术流程;再结合测录井资料解释、地震叠前叠后资料解释及采样地质实验分析等结果,建立工区构造和页岩小层发育模型;并在此格架体模型下应用地质统计学建模方法建立了页岩气储层厚度、孔隙度、含气饱和度、总有机碳含量、硅质含量、脆性指数等属性模型;综合应用地震AFE属性、构造曲率、应变体积膨胀资料,结合地质认识与钻井显示,采用目标建模方法,建立天然裂缝DFN模型;在人工压裂缝展布模式判断及参数拟合分析的基础上,建立了人工压裂缝模型;最后,采取逐级叠加的方法,建立了页岩气藏综合地质模型并进行气井的生产史拟合与动态预测。研究结果表明:①与常规油气藏相比,页岩气藏地质建模更为复杂,主要表现在小层划分与对比困难、基质参数多且存在着相互约束关系、天然裂缝成因和尺度多样以及天然裂缝干扰和影响下人工压裂缝分布复杂;②天然裂缝模型实现了对裂缝系统几何形态和分布的有效细致描述,人工压裂缝模型能较好地体现人工裂缝分布状况及压裂改造体积,通过逐级融合叠加页岩气藏构造和小层发育模型、多种基质属性参数模型、多尺度天然裂缝模型及其约束下的人工压裂缝模型,可以完成页岩气藏综合地质模型的建立;③气井生产史拟合结果显示,在井底压力误差小于3.3%的情况下,所建立的页岩气藏综合地质模型是可靠的。     

天然裂缝性储层压裂液滤失的数值模拟研究

针对目前压裂液滤失计算模型均假设压裂液活塞式地驱替油藏流体作一维流动的局限性,考虑压裂液在裂缝性储层中沿人工裂缝长度方向和宽度方向作二维流动,利用双重介质的相渗理论,建立了二维二相双重介质滤失数学模型,给出了数值求解方法,以模拟实验条件下难以测试的滤失过程,对于了解裂缝性储层的滤失性能具有重要的意义.实例计算表明,处理后的数值模型易于求解,可用于双重介质压裂液的滤失计算;压裂液滤失带中存在明显的两相流动区域,在压裂液滤失数值模拟时应考虑压裂液和油藏流体的两相流动;传统的一维模拟方法由于没有考虑压裂液沿裂缝侧向的流动,计算的滤失速度偏小.     

生产过程中裂缝内压力分布的模拟研究

根据压裂后油气渗流机理,考虑裂缝闭合压力和裂缝导流能力的变化,建立了生产过程中裂缝内压力分布模型,包括地层系统渗流模型、裂缝系统渗流模型、闭合压力方程和导流能力方程等,并以变步长网格,对地层系统渗流数学模型采用交替方向隐式格式、对裂缝系统渗流数学模型采用预测-校正格式,进行了迭代求解。在此基础上研制了裂缝内压力分布模拟软件,可准确预测和模拟裂缝内压力分布、裂缝闭合压力和裂缝导流能力的动态变化,用于指导并修正压裂设计及施工材料、施工参数的选取。     

裂缝性低渗透油藏稳态渗流理论模型

随机分布在储集层中的天然裂缝不同于与油水井相连通的人工裂缝,进行稳态产能方程研究时,在数学上用常规方法难以对其进行处理。用等值渗流阻力法解决了这个难题,建立了裂缝性低渗透油藏稳态渗流的理论模型。可利用该模型来研究天然裂缝参数对产量及压力的影响规律,也可研究人工裂缝参数对压裂直井产量的影响规律。该模型具有对裂缝参数考虑较全、简单实用的特点。计算实例从理论上说明了低渗透油藏中,油水井部署在天然裂缝发育处开发效果较好的原因。     

低渗多层薄油层压裂技术

论述了限流压裂和蜡球暂堵选压压裂技术,建立了多层压裂过程中小层瞬时流量分配模型,提出了求解方法,结合拟三维裂缝几何模型和限流压裂技术,开发出限流压裂设计软件,解决了多层压裂设计计算问题。该技术已形成较完善的设计方法和施工工艺。应用该技术成功地实现了埋深３５００ｍ以上、油层层数超过１０层、单层薄达０．４ｍ的多层、薄油层压裂改造。现场应用表明,该技术施工成功率达９０％,有效率达８０％,增油效果和经济效益显著     

致密气藏水平井多段体积压裂复杂裂缝网络试井解释新模型

水平井多段体积压裂是目前致密气藏开发的主要手段,体积压裂后井筒周围将产生形态各异的复杂裂缝网络,但目前大部分适用于压裂水平井的试井渗流模型仅假定压裂缝为单一主裂缝,使得试井解释结果与实际情况之间存在着较大的误差,以致于无法准确获取改造区的缝网特征参数。为此,基于非结构化离散裂缝模型,建立了一种考虑复杂裂缝网络的致密气压裂水平井试井模型,然后利用三角单元和线单元混合的有限元方法对模型进行求解,进而获得了不同缝网形态(矩形、椭圆形及双曲形)下的水平井试井典型曲线;在此基础上,分析试井曲线特征及其影响因素,并与常规单一裂缝模型的试井曲线进行了对比,最后应用新模型对鄂尔多斯盆地庆阳气田二叠系山1段气藏一口多段体积压裂水平井进行了试井解释。研究结果表明:①缝网模型与单一裂缝模型试井曲线的最大区别在于早期阶段,改造区拟径向流特征取代了第一线性流特征;②改造区拟径向流阶段结束的时间主要由改造区大小和形状决定,改造区越大则改造区拟径向流阶段持续的时间越长,改造区形状越趋近于长条形则新模型试井曲线特征越接近于单一裂缝模型;③改造区拟径向流阶段的压力导数值主要由缝网导流能力和缝网密度决定,改造区缝网密度越大或者导流能力越大,井筒储存效应阶段结束得越早,改造区拟径向流压力导数值越小且水平线特征越明显。结论认为,新模型具有可靠性和实用性,据此既可以获得准确的储层参数,又可以获得体积压裂有效改造区的大小及缝网导流能力,有助于体积压裂改造效果评价及压后生产动态预测。     

煤层气水力压裂微地震监测技术在鄂尔多斯盆地东部M地区的应用

为探索研究二叠系下统太原组和山西组煤系地层水力压裂效果,以鄂尔多斯盆地东部M地区煤系地层太原组和山西组为例,以微地震井中监测为技术手段,实时监测压裂效果,结合微地震事件属性特征分析人工裂缝网络连通性,解决复杂区域裂缝网络控制问题,为煤系地层水力压裂过程中压裂方案设计与调整提供依据,并对施工过程质量控制提供依据。现场实施取得良好的效果,实时调整压裂方案,为煤系地层水力压裂和储层评价提供了依据和技术保障;利用井间应力干扰可以促成大范围裂缝带的形成和沟通,形成更大的裂缝体积和渗流通道,对产能的改善作用更加明显,提高开发效率。     

复合油藏内外区同时压裂试井模型研究

针对内外区同时压裂的复合油藏,建立并求解了多区复合油藏点源模型,求得了内外区同时压裂两区复合油藏的无因次井底压力的表达式,最后分析了试井曲线特征和裂缝、地层参数对典型曲线形态影响。研究表明,内外区压裂井和内区压裂井的试井曲线形态有差别。当裂缝半长超出内区半径时,应采用新建立的内外区同时压裂模型来解释裂缝及地层参数。     

低渗透油藏水平井压裂理论及现场工艺探讨

水平井井筒应力分布和岩石破坏准则构成了水平井压裂裂缝起裂数学模型,利用迭代法对模型进行了求解.分析表明,井筒方位角不同,最小水平主应力和垂直主应力对裂缝的起裂压力影响规律不同,在井筒方位角为0时最不容易起裂,而在井筒方位角为90°时最容易起裂.现有的裂缝延伸模型中,全三维裂缝延伸模型计算结果与Fracpro-PT软件计算结果具有很好的一致性,适合水平井压裂裂缝延伸模拟,裂缝间距较长时,多条裂缝延伸模型可以在考虑裂缝之间干扰的基础上结合单裂缝延伸模型建立.现场多条裂缝压裂可以总结为限流法压裂和分段压裂两种,限流法施工相对简单,改造强度相对较小,分段压裂改造强度大,但工具设备和工艺要求高,现场水平井压裂作业时应根据现场情况选择合适的压裂工艺.图4表1参14     

Experimental and Numerical Investigation of Proppant Placement in Hydraulic Fractures

Abstract

In hydraulic fracturing treatments, a fracture is initiated by rupturing the formation at high pressure by means of a fracturing fluid. Slurry, composed of propping material carried by the fracturing fluid, is pumped into the induced fracture channel to prevent fracture closure when fluid pressure is released. Productivity improvement is mainly determined by the propped dimension of the fracture, which is controlled by proppant transport and proper proppant placement. Settling and convection (density driven flow) are the controlling mechanisms of proppant placement. In this study, proppant transport and placement efficiency of four non-Newtonian fluids with controlled density differences was experimentally investigated and numerically simulated. Small glass model was used to simulate hydraulic fracture and parameters such as slurry volumetric injection rate, proppant concentration, and polymer type (rheological properties) were investigated.

It has been observed that small glass models easily and inexpensively simulated flow patterns in hydraulic fractures and the flow patterns observed are strikingly similar to those obtained by very large flow models used by previous investigators. Convection was observed to be significant flow mechanism even with small density contrast. As viscous to gravity ratio increases, due to increasing slurry injection rate or decreasing proppant concentration, convection settling decreases and proppant placement efficiency increases. Increasing non-Newtonian flow behavior index (n) by using different types of polymers shows more gravity underrunning and less proppant placement efficiency. Therefore, larger slurry volumes are needed to be injected to prop the entire fracture height. Experiments conducted were simulated and some of the simulated experiments were presented. The simulator quantitatively replicates the experimentally observed.     

基于缝网扩展模拟的致密储层体积压裂水平井产能贡献分析

针对致密储层体积压裂缝网扩展预测和多重孔隙介质耦合流动模拟难度大的问题,开展了基于体积压裂裂缝扩展机理的致密储层流体流动规律研究,建立了多重介质不稳定渗流数学模型和多裂缝互相干扰条件下的压裂裂缝网络扩展模型,并采用有限单元法求解.以鄂尔多斯盆地致密油为例进行生产模拟,分析致密油藏体积压裂水平井不同孔隙介质产量贡献程度....