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。     

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。     

部分压开页岩气井产能递减分析

水力压裂技术已广泛应用于增加页岩气井的产量,由于实际页岩储层厚度普遍较大,以现有的压裂技术难以完全压开储层。因此,针对页岩气解吸、扩散和渗流特征,建立了部分压开页岩气井产能模型,分别运用Laplace变换、Fourier变换和Duhamel原理,并通过Stehfest数值反演求解产能模型,绘制了部分压开页岩气井产能递减曲线,并分析了压开程度、解吸系数、无因次储容系数、无因次解吸时间、裂缝中心位置对产能递减曲线的影响。研究表明:页岩气井的产量随着压开程度增加而增大;吸附气解吸量随着解吸系数的增大而增大,由于吸附气的解吸,气井产量递减越慢;无因次解吸时间越小,页岩气解吸发生得越早;裂缝中心越靠近储层中心,部分压开页岩气井产量递减越慢。因此,对页岩气井实施压裂时,应该尽量增大储层的压开程度并且尽量使压开裂缝中心靠近储层的中心位置。     

煤层气藏缝网压裂直井生产动态规律

体积压裂技术在煤层气藏开发中已得到广泛应用,针对体积压裂形成的裂缝网络(SRV),矩形边界复合模型相比于传统的径向复合模型能够更加准确合理地描述流体的渗流规律。解析或半解析函数方法无法对考虑SRV的矩形复合模型进行求解,而应用线性流模型对其求解则又会产生较大的误差。为此,利用双重介质模型对煤层气藏体积压裂区进行描述,综合考虑煤层气的吸附与解吸、扩散、渗流等多重运移机制,建立了基于非稳态扩散的煤层气藏矩形复合压裂井试井模型。结合Laplace变换、Stehfest数值反演以及计算机编程技术,采用边界元方法对模型进行求解,得到了煤层气藏生产动态变化的规律。对试井典型曲线进行了流动阶段划分,并分析了气藏边界尺寸、体积压裂区渗透率、吸附气含量、储层渗透率以及SRV尺寸等参数对生产动态规律变化的影响,实现了对体积压裂改造后的煤层气藏更为准确合理的描述。该项研究成果为深入认识煤层气运移规律和高效合理评价及开发煤层气藏提供了理论依据。     

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。     

煤层气藏非对称水力裂缝直井产能评价

煤层具有非均值性较强、压裂裂缝展布不均匀、非对称分布等特点,目前缺少煤层非对称裂缝产能评价模型.针对上述问题,运用Langmuir等温吸附方程及Fick扩散定律描述煤层气藏中的吸附、解吸及扩散现象,引入特殊的拟时间函数解决考虑吸附解吸现象的物质平衡方程中非线性较强的问题,利用新定义的参数表征压裂过程中水力裂缝的非对称性...     

考虑非稳态扩散的煤层气井产能预测模型

为了准确预测煤层气井产能,有必要研究煤层气的运移产出机理,在充分考虑煤层气不同于常规气藏的吸附一解吸特性后,分析煤层气的储集、运移和产出过程,分别用Langmuir等温吸附定律、Fick第二定律描述煤层气的解吸和扩散过程,在常规气藏运移产出渗流微分方程的基础上考虑解吸及扩散过程后,建立了煤层气运移产出的数学模型,运用无因次变换、拉普拉斯变换等数学方法求得模型的解析解,通过数值反演方法并结合实例得出计算结果,结果表明所建模型具有一定的现场应用意义。     

考虑基质收缩效应的煤层气藏产能评价

针对基质收缩效应严重影响煤层气藏产能评价和预测的问题,运用稳态扩散和达西渗流规律建立煤层气藏压裂直井基质扩散方程和裂缝系统渗流方程,引入新的拟时间函数来解决物质平衡方程中存在变量的问题,在保证精度的情况下提高了计算速度,得到了煤层气藏有限导流垂直裂缝井不稳定渗流压力及产量的解析解。结合时间叠加原理,实现了实际生产数据与理论数据的拟合。将研究结果应用于评价及预测实际煤层气藏产能,结果表明:基质收缩效应对产能评价和预测的影响主要发生在生产的后期,并且会使得渗流区域渗透率增加,提高了地层能量的利用率。适于基质收缩型煤层气藏压裂直井的产能评价方法,对煤层气藏开发和产能评价具有重要意义。     

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。      

低渗透煤层气产能影响因素评价

采用数值模拟方法,从煤层气的流动机理入手,利用 Langmuir 等温吸附方程描述煤层气从煤表面的解吸过程,用Fick定律描述煤层气在煤基质和微孔隙中的扩散,综合考虑了煤层气的解吸、扩散和渗流3个过程,建立了煤层气储层数学模型,推导数值模型并进行了模拟计算。计算结果表明:裂缝半长越长产能越高,当裂缝半长增加100m后,裂缝半长对产能的影响较小;裂缝的导流能力越大产能越高,当裂缝导流能力超过20μm²·cm后,产能增加不明显;分子扩散系数对产能影响较小,而割理的渗透率对产能影响较大;对于不同的煤层气井在投产时,应合理优选压裂缝半长和导流能力。     

页岩气藏多段压裂水平井产能预测模型

页岩气已成为非常规能源开发的焦点,然而目前对于页岩气井产能模型的研究较少考虑气体吸附(或解吸)、扩散效应及压裂改造前后储层物性差异的影响。为研究页岩气藏多段压裂水平井的产能递减规律,根据页岩气的线性渗流特性,利用综合考虑气体非稳态窜流、扩散及吸附(或解吸)影响时的压力控制方程建立了矩形封闭地层多段压裂水平井渗流模型,运用Laplace变换求得了模型的解析解并利用Stehfest数值反演算法计算绘制了实空间内的产能递减曲线。根据产能典型曲线划分了流动阶段并进行了产能递减规律分析。研究表明:裂缝导流能力、裂缝系统储容比、窜流系数、压裂改造区宽度、吸附相关参数及扩散相关参数对气井产能存在不同程度影响;压裂改造区对气井产能的贡献较未改造时更大。提出了适用于气井的产量预测方法,实例计算结果证明该模型可用于多段压裂水平井的产能预测分析。     

页岩气藏压裂水平井产量递减曲线分析法

页岩气藏属于典型的超低孔、超低渗气藏,一般采用多级压裂水平井才具有经济开采价值。与常规气藏相比,页岩储层中气体流动存在吸附解吸、扩散和渗流等多重运移机制,并且页岩基质表面的气体吸附解吸、扩散与压力间存在很强的非线性关系,采用解析/半解析法开展其产量递减分析存在很大的局限性。为此,基于压裂水平井非结构PEBI网格,引入尘气模型建立并推导了综合考虑页岩气藏吸附解吸、扩散和达西流运移机制下的无限导流压裂水平井产量递减数学模型,结合Blasingame产量递减方法原理计算获得了页岩气藏无限导流压裂水平井Blasingame产量递减典型曲线,讨论了相关参数对典型曲线的影响。结果表明:页岩气藏无限导流压裂水平井产量递减曲线划分为地层线性流、裂缝早期径向流、复合线性流和边界拟稳定流4个流动阶段;吸附解吸作用越强,q/Δp_p、(q/Δp_p)_i和(q/Δp_p)_(id)值越大,且PL对典型曲线的影响是非线性的,而VL对其影响是线性的;扩散系数具有提高超低渗页岩储层的气体流动能力,起到增加气井产量的作用;渗透率、裂缝数量和裂缝半长越大,产量递减典型曲线对应值就越大;裂缝间距主要影响产量递减曲线复合线性流段,裂缝间距越大,典型曲线进入复合线性流的时间越晚;井控半径主要影响典型曲线拟稳定流段,井控半径越大,系统进入拟稳定流段的时间越晚。     

页岩气藏压裂水平井产能及其影响因素

为研究页岩气藏产能及其影响因素,基于页岩气的特征、聚集规律、吸附解吸特性,利用Fick扩散法建立解吸气稳态扩散速率表达式,并在Genliang Guo矩形裂缝性水平井模型的基础上,建立页岩气藏压裂水平井稳态产能模型;此外,通过考虑裂缝与气体解吸的相互作用,将页岩储层气体渗流分为裂缝两边及裂缝两端的流动,并建立新的页岩气藏压裂水平井产能模型。对比2种模型计算结果,并结合现场数据分析结果表明:稳态产能模型误差更小,计算结果更为准确;裂缝、水平井长度和半径、孔隙度、C_m-C(p)差对产能有影响,裂缝越多,缝间干扰越严重,产能增量越少;水平井长度对极限产能的影响小于水平井半径; C_m-C(p)差及孔隙度增大时,产能随之增加。产能影响因素的分析可以更准确地优选水力压裂参数,对优化页岩气藏开发模式具有现实指导意义。     

低渗透油藏长缝压裂直井稳态产能预测模型

低渗透油藏长缝压裂直井已在现场获得广泛应用,但目前仍缺乏适用于其工程应用的快速、准确的产能预测模型。为此,根据低渗透油藏长缝压裂直井周围地层渗流情况,运用保角变换原理与双线性渗流理论,建立了低渗透油藏压裂裂缝无限与有限2种导流能力下、考虑启动压力梯度长缝压裂直井稳态产能预测模型,通过与现场实例对比验证了模型的准确性,并利用该产能预测模型计算绘制了油井IPR曲线,分析了裂缝参数对长缝压裂油井产能的影响。结果表明:新建产能预测模型与现场实例基本相符,误差均小于9%,说明模型的准确性较高;长缝压裂直井压裂缝长对产能的影响程度大于裂缝导流能力对产能的影响;当压裂缝长一定时,长缝压裂直井裂缝存在最佳导流能力。     

页岩气藏开发中的水力压裂水平井敏感参数分析

为了进一步明确页岩气藏渗流机理,提高产能评价的准确有效性,利用ECLIPSE油藏数值模拟平台,考虑有限导流和兰格缪尔等温吸附条件,建立了压裂水平井开采页岩气藏的模型,对比了不同裂缝参数对单井产能的影响。在此基础上,讨论了水力裂缝长度、裂缝间距、裂缝高度、裂缝导流能力和微裂缝渗透率、微裂缝-基质sigma系数及非达西因子等各敏感参数对页岩气累计产量和近井地带压力分布特征的影响。研究表明,微裂缝渗透率和水力裂缝半长是压裂水平井开采页岩气藏提高单井产量的关键影响因素。     

煤层气井单井动态控制储量计算方法

煤层气单井生产规律与常规气井差异很大,利用常规分析方法很难计算出煤层气井的动态控制储量。本文在煤层气的储集特征以及"解吸-扩散-渗流"规律基础上,利用物质平衡原理、气体状态方程、朗格缪尔解吸规律,建立了煤层气井物质平衡计算数学表达式,绘制了不同压力下解吸气与游离气的比例变化规律曲线,分析了煤层气气藏物质平衡图版与常规气藏物质平衡图版的区别。运用本文建立的方法对沁水盆地潘庄区块煤层气井进行了储量评价,结果表明煤层气井物质平衡储量计算方法准确可靠,对煤层气井的排采分析具有一定的指导意义。     

页岩气藏分段压裂水平井产能影响因素分析

针对页岩气藏中吸附气和游离气共存的现象,建立了考虑吸附解吸过程的页岩气藏压裂水平井产能计算模型,通过实例计算,分析了产能影响因素。结果表明,不考虑微裂缝时,压裂水平井产能很低,几乎为零,只有天然微裂缝发育比较良好的地层才具有商业开采价值;随着开采进行,解吸气量所占的比重越来越大,气藏考虑吸附解吸后产量更大,稳产时间更长,所以页岩气藏必须考虑吸附解吸的影响;正交试验表明,天然裂缝渗透率对产能的影响最显著,地层微裂缝发育程度直接决定了压裂水平井的产能,必须优先考虑。     

煤层气解吸阶段划分方法及其意义

为了定量分析煤层气解吸特征对产能的影响,基于兰格缪尔等温吸附理论,建立了煤层气解吸阶段划分方法,并通过煤层气开发实例分析了方法的指示意义。引入解吸效率定量表征不同压力下的煤层气解吸速率。根据数学曲线上的关键节点,定义了启动压力、转折压力与敏感压力;不同煤样3个关键压力点的解吸效率为定值,据此将煤层气解吸过程划分为低效解吸、缓慢解吸、快速解吸与敏感解吸4个阶段。研究表明:快速与敏感解吸阶段对煤层气井产能贡献很大,低效与缓慢解吸阶段则很小;煤层吸附能力、含气性和储集层压力是影响煤层气解吸特征的关键因素。沁南和柳林地区煤层气开发现状表明建立的解吸阶段划分方法可以有效指导煤层气开发。图11表2参13     

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文章采用数值模拟方法，从煤层甲烷的流动机理入手，利用朗格缪尔等温吸附方程描述甲烷从煤表面解吸过程，利用Fick定律描述甲烷从煤基质和微孔隙中的扩散，综合考虑了煤层甲烷的解吸附、扩散、渗流三个过程，并考虑了水力压裂产生高渗透裂缝对渗流场的影响，在煤层理想化等七个假设条件下，建立了煤层甲烷的非平衡拟稳态吸附扩散模型，利用该模型编制了煤层气井产能预测软件，并进行了模拟计算，给出了计算实例。结果表明：煤层在没有经过水力压裂处理时，煤层的气、水产量是很小的；经过水力压裂处理后，由于煤层的排水降压效果，煤层气井气、水产量有明显的增加，具有经济开采的产量规模。