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。     

基于物质平衡修正的页岩气藏压裂水平井产量递减分析方法

基于压裂水平井非结构PEBI网格,引入尘气模型建立了综合考虑页岩气藏吸附/解吸、扩散和达西流的运移数学模型,结合控制体有限差分法和全隐式法推导了页岩气藏无限导流压裂水平井产量递减数学模型,并考虑了页岩吸附/解吸作用修正Blasingame现代产量递减分析方法中的物质平衡拟时间,将该方法扩展到页岩气藏,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。结果表明:与物质平衡修正后的产量递减曲线相比,修正前的页岩气藏无限导流压裂水平井产量递减曲线值偏小,并且边界拟稳定流出现的时间更早,计算出的单井控制储量偏小;页岩气藏无限导流压裂水平井Blasingame产量递减典型曲线可划分为早期裂缝线性流、早期径向流、复合线性流以及拟稳定流4个流动阶段;页岩吸附/解吸作用对产量递减典型曲线有显著影响,其中Langmuir压力对其影响是非线性的,而Langmuir体积对其影响为线性的。     

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。     

页岩气多段压裂水平井渗流特征数值模拟研究

页岩气藏储层渗透率极低,需要经过体积压裂改造才能进行有效开发,页岩气多段压裂水平井的渗流特征非常复杂,准确认识页岩气井渗流特征是进行产能评价和试井分析的基础。目前对页岩气井渗流特征的认识还不够明确,而且大多是通过建立理论的解析渗流模型来研究的,解析模型的简化和求解对渗流特征研究影响较大。笔者建立了反映页岩气多段压裂水平井压裂缝网形态的数值模型,采用数值模拟方法结合实际气井分析,研究了页岩气井渗流特征。数值模拟研究表明:页岩气井在渗流过程中主要经历人工压裂裂缝线性流、地层和裂缝双线性流、地层线性流、过渡流、外围线性流和边界流六个渗流阶段,不同形态压裂缝网模型的渗流特征基本一致。实际页岩气井主要出现井储效应、地层和裂缝双线性流、地层线性流三个渗流阶段,很难出现裂缝线性流、外围线性流和边界流阶段。     

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。     

页岩气非均匀压裂水平井非稳态产能评价方法

微地震监测和产气剖面测试显示页岩气压裂水平井裂缝特征复杂和产气贡献不均衡.现有页岩气压裂水平井产能评价方法以均匀裂缝为主,无法考虑非均匀裂缝对产能的影响.文中考虑吸附气解吸、扩散、渗透率应力敏感等影响,在双重介质页岩气藏综合渗流微分方程的基础上,运用源函数势叠加方法建立并求解了非均匀压裂水平井非稳态产能评价模型,定量评...     

考虑解吸—吸附的页岩气藏压裂水平井综合渗流模型

目前压裂水平井作为页岩气藏的主要开发模式,由于页岩气藏渗流模式在发育良好的天然裂缝以及纳米级孔隙基础上衍生的极为复杂,准确建立渗流数学模型以及对其求解和应用于现场开发生产有着重要的意义。基于三线性渗流理论,考虑解吸—吸附项重新建立页岩气藏压裂水平井产能模型,借助拟压力与无因次量及拉普拉斯变换等数学方法推导出井底压力公式,并通过无因次产量和无因次井底拟压力的关系运用数值反演推导得到页岩气水平井产量计算公式,最后运用公式对气井生产的影响因素进行分析并验证单井产能递减规律。结果表明,推导出的公式能够准确计算和预测页岩气藏产量变化及产能递减规律,同时也能提供压裂设计工艺参数对应的优化分析条件。     

页岩气藏压裂水平井产能计算及其影响因素

为了研究页岩气藏压裂水平井生产动态和预测水平井产量,基于双重介质和离散裂缝模型,利用有限差分求解方法,建立页岩气藏压裂水平井数值计算模型。从储层参数、布缝模式和裂缝形态3个方面,对页岩气藏压裂水平井生产动态进行研究。结果表明：微观流动机理的准确表征对气井产量计算有着重要影响;Langmuir体积越大,基质解吸能力越强,气井稳产阶段产量越高;应力敏感系数越大,裂缝导流能力降低越快,气井产量递减速度越快;U形布缝模式气井产量要大于反U形布缝和锯齿形布缝,弯曲裂缝气井产量要大于平直裂缝,裂缝的分布特点和形态特征对压裂水平井产量计算有着显著影响。研究结果为优化和提高页岩气井产能提供了理论支撑。     

延长油田陆相页岩气水平井产量影响因素研究

为了科学高效开发延长油田陆相页岩气藏,针对页岩气藏存在的表面吸附解吸特征、气体扩散和气体渗流等多尺度渗流机理,构建了页岩气藏压裂水平井三维多尺度渗流数学模型,模拟了页岩气藏水平井的生产动态,并研究了吸附-解吸系统、人工裂缝间距、Langmuir体积和人工裂缝导流能力等因素对页岩气藏压裂水平井生产动态的影响。研究结果表明:1)不考虑页岩气藏表面吸附解吸特征会低估日产气量,产量误差可达56%以上;2)人工裂缝间距对于页岩气初期产量影响很小,间距越小,缝间干扰越强,产量降低更快;3)Langmuir体积、人工裂缝导流能力和人工裂缝长度参数越好,初始产量越大,但在进入稳产阶段后,日产气量几乎趋于一致,对于实际生产井,人工裂缝参数存在一个经济最优取值。该研究成果为页岩气藏压裂水平井的压裂优化设计及进一步预测页岩气藏产气量提供了理论依据,对合理开发延长油田陆相页岩气藏具有重要的理论价值和现实意义。     

涪陵页岩气田分段压裂水平井非稳态产能评价方法

为了摸清页岩气井生产动态特征,明确气井真实产能,对页岩气分段压裂水平井产能评价方法进行研究。基于基质线性流理论,推导出页岩气分段压裂水平井非稳态线性流产能方程,建立了在直角坐标系中页岩气分段压裂水平井非稳态产能评价图版,提出了页岩气井产能系数。经涪陵页岩气田现场生产数据验证,涪陵气田页岩气分段压裂水平井长期处于非稳态线性流阶段,单井产能系数与生产压力保持水平呈良好正相关关系,与非常规产量预测软件预测可采储量呈良好的正相关线性关系。结果表明,页岩气井产能系数是评价页岩气分段压裂水平井处于非稳态条件下生产能力的有效指标,通过求取页岩气井产能系数可以预测可采储量。建议对页岩气分段压裂水平井连续监测井底流压3-6个月,获取可靠的页岩气井产能系数后对产能进行评价。     

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。     

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。     

页岩气藏体积压裂水平井产能有限元数值模拟

考虑到压裂过程中的多重复合作用,将压后页岩储层分为支撑主裂缝、缝网波及区与未压裂区。考虑基岩纳米孔隙中气体吸附与解吸、Knudsen扩散、滑脱流、黏性流,以及水压诱导裂缝应力敏感效应,建立了页岩气藏体积压裂生产动态模拟的物理模型和渗流数学模型。结合Galerkin有限元方法,对基质和裂缝渗流方程进行空间上的离散,推导了三角形单元有限元数值模型,给出了压裂水平井二维渗流场内、外边界条件和水力裂缝处理方法,对时间域采用向后差分,最后顺序求解裂缝和基质压力方程,模拟了页岩气藏体积压裂水平井生产动态和压力场分布。该研究为页岩气储层体积压裂产能评价提供了理论模型,对于有限元法模拟双重介质渗流场和产能预测具有现实意义。     

致密油藏体积压裂水平井分区复合产能模型

水平井体积压裂是实现致密油藏有效开发的关键工程技术手段,对致密油藏体积压裂水平井产能的准确模拟计算为体积压裂参数优化设计和压后生产动态预测提供了参考。基于致密油藏体积压裂水平井生产过程中油藏的实际流动形态特征,将水平井划分三线性流区域,结合Warren-Root模型,考虑储集层启动压力梯度和天然裂缝的影响,建立了致密油藏体积压裂水平井分区复合产能模型。结合现场生产数据验证了模型可靠性,并对产能影响因素进行了分析。结果表明:压后总体产量受到延伸主裂缝的条数、半长和导流能力的影响;启动压力梯度及改造区的弹性储容比和窜流系数对压后中后期产量影响大;未改造区窜流系数和弹性储容比影响后期产量的递减速度。该研究对深化认识致密油藏体积压裂水平井流动规律,完善致密油藏体积压裂渗流理论,提升致密油体积压裂优化设计都具有重要理论意义和实际价值。     

基于不稳定渗流压裂水平气井产能研究

对于低渗、特低渗气藏，用水平井开采不一定能取得满意的效果，水平井水力压裂技术已成为开采低渗透气藏的重要手段，水平井压裂后的产能预测又是水平井压裂技术的一大难题。文章以生产过程中裂缝内流体的非稳态流动为基础，应用复位势理论、叠加原理和数值分析求解方法，并考虑压裂水平井地层渗流和水平井筒管流耦合，建立了压裂水平井多条裂缝相互干扰的产能预测新模型，使计算结果更加合理。计算结果表明：该模型计算产量与实际生产数据符合率高；水平井筒内的压力损失对压裂水平井的生产动态有一定的影响；水平井内每条压裂缝的产量并不相等，端部裂缝的产量高于中部裂缝的产量；水平井筒内的压力呈不均匀分布，从指端到根端压力逐渐降低；裂缝不对称会使压裂水平井产量降低。研究成果对低渗透气藏的压裂水平井的设计具有一定的指导意义。     

不稳态窜流部分打开压裂井试井分析模型建立及应用

由于火山岩气藏具有产层厚、岩石类型多、岩性和岩相复杂多变、非均质性强、天然裂缝发育等特点,在压裂井开发过程中,存在压裂裂缝难以全部压开储集体的情况,天然裂缝以垂向斜交缝和高角度缝为主,并且大量试井资料显示介质间具有明显的不稳态窜流特征。针对上述特征,考虑压裂裂缝部分打开储集体、将基质简化为柱状基质和天然裂缝呈交替均匀分布特征,建立了不稳态窜流部分打开压裂井试井分析模型,利用点源模型、分离变量法等方法进行求解,并绘制了典型曲线图版,典型曲线分为井储段、过渡段、线性流段、球形流段、不稳态窜流段和边界反映段6个主要的流动段,其中边界包括无限大边界和封闭边界,并对裂缝半长等参数进行敏感性分析。以克拉美丽火山岩气藏的压裂井为例,分析其试井曲线,并进行试井解释,研究结果表明：该压裂井的水平渗透率较小,垂向渗透率特别大,部分打开程度较小,分析结果与气井的静态、动态资料基本一致。     

多层压裂改造气井椭圆渗流压力动态特征

椭圆流理论在垂直压裂井渗流方面应用广泛,但在多层压裂气井渗流方面缺乏研究。文中基于压裂改造SRV概念,建立了多层椭圆复合渗流模型,利用拉氏变换、马蒂厄方程和数值反演方法得到了解析解,绘制了压力典型曲线并划分了流动阶段。以双层储层为例,分析了分层边界组合、分层改造特征、层间储层差异特征对压力动态特征的影响规律。结果表明:双层压裂改造气井存在6个流动阶段,层间物性差异较小的双层压裂改造模型可用单层改造模型等效表征;各层改造程度相同时,改造范围差异增加,内外区过渡流阶段压力导数出现新的水平段;层间储层差异增大,过渡流阶段出现时间越早,压力导数上升越缓慢;原始地层压力差异主要影响表皮效应控制的早期过渡流阶段。     

致密气藏分段压裂水平井产能评价新思路

由于储层物性、投产方式与渗流机理的差异,致密气藏与常规气藏的水平井产能评价存在很大差异,常规气藏水平井产能模型在致密气藏中存在诸多局限性。根据作者对国内外致密气藏分段压裂水平井开发效果的研究,从致密气藏水平井分段压裂的实际出发,提出了压裂水平井产能评价的新思路,即以单压裂段为单元,采用单压裂段压降叠加分析方法和单压裂段产量递减分析方法,合理评价单压裂段产能、最优压裂段数和对应的水平井或气藏产能。通过国内外的两个实例的应用与分析结果证明,该套思路和方法对于致密气藏分段压裂水平井产能评价具有很强的适用性和可操作性。     

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...     

体积压裂水平井三线性流模型与布缝策略

低渗透致密储层进行大规模压裂改造在地层中形成多条裂缝及复杂裂缝网络是获得经济产能的主要手段,通过有效的方法对压裂水平井裂缝分布评价、压裂改造体积及压裂后产能预测对压裂施工效果分析具有重要意义。为此,在充分结合致密油储层特点和压裂改造设计思路的基础上,针对压裂措施后形成的分级多簇的裂缝排布及裂缝有限导流渗流特征,建立了水平井体积压裂三线性流数学模型,应用Laplace变换,求得定产条件下封闭边界单条裂缝的拉氏空间解;通过Stehfest数值反演及多裂缝叠加原理,得到了体积压裂水平井井底压力和产量的表达式;同时,结合美国巴肯致密油储层生产特征参数对模型的正确性进行了验证。对产能影响因素研究结果表明,裂缝排布方式对储层改造体积影响较大,级簇比越大累积产油量越高;增加裂缝条数可以有效提高储层动用效率,在进行水平井体积压裂措施设计时应充分考虑裂缝级数或簇数增加导致产量下降问题。研究结果对致密油储层水平井体积压裂设计及产能评价具有重要意义。