页岩气水平井气水两相流流型数值模拟

由于井下高温高压的环境,目前尚无法直接对页岩气水平井内流体流动进行物理实验,水平井内多相流流型特点亟待研究。首先,基于某页岩气水平井生产测井数据,建立内径0.124 m,长16 m,倾角分别为±2°、±1°、0°的5组井下管道模型,采用Fluent软件内置的VOF多相流模型对井下高温高压高气量下气水两相流进行仿真模拟。获得不同倾角、不同流量配比的气水两相流流型。其次,利用模拟流型结果分析井倾角、含水率对流型的影响;与经典的Mandhane流型图做对比,分析流型分布的差异。结论如下:井下气相流量为1 000 m3·d-1时,(1)±2°内的井倾角对流型影响不大,不会使流型发生显著变化。(2)液相流量超过250 m~3·d~(-1)时流型由分层流转变为波浪流,液相流量超过1 000 m~3·d~(-1)时流型开始向气泡流转变。(3)与Mandhane流型图相比,模拟实验中分层流与气泡流的分界面提高。最后,采取数值模拟方法弥补了物理实验的不足,仿真模拟结论可为生产测井解释模型的建立提供一定的参考。     

吸附气对气水两相流页岩气井井底压力的影响

在页岩气藏中,有相当一部分页岩气以吸附气状态存在。在气藏开发过程中,随着气藏压力的不断降低,吸附气会发生解吸扩散,这一现象会影响页岩气藏的压力变化。应用Langmuir等温吸附曲线和Fick拟稳态扩散定律,对吸附气的解吸扩散特征进行了数学表征;结合气水两相渗流理论,建立了页岩气藏气水两相渗流数学模型;应用有限差分法得到相应的数值模型,编程求解得出了井底压力变化的数值解：分析了吸附气的解吸扩散对气水两相流并底压力变化的影响。研究结果表明：解吸气补充了流体供应量,提高了地层能量,使井底压力的下降变缓,压力差曲线下移;由于基质收缩及孔隙增大,储层物性和地层流动性能得到改善,压力差导数曲线前期凹陷加深。     

页岩气藏渗流特征及数值模拟研究进展

通过对页岩气藏解吸—扩散理论、非达西渗流、开采过程中孔、渗演化特征进行总结的基础上,分析了页岩气藏的扩散和渗流规律;同时对页岩气藏试井解释技术、数值模拟模型建立、页岩气藏和压裂水平井耦合方法等数值模拟技术进行了综述,总结了页岩气藏模拟的关键技术。针对目前页岩气藏在开发过程中存在的问题和挑战,提出自己的见解,并对未来的发展趋势进行了展望。     

考虑启动压力梯度的压裂气井产能数值模拟

压裂是低渗透气藏保持经济开采和增产的重要措施，压后产能是进行压裂方案优化设计的重要依据。考虑低渗透气藏中普遍存在的启动压力梯度对气体渗流的影响，建立了压裂气井产能模拟模型，给出了数值计算模型，编制出考虑启动压力梯度的压裂气井产能模拟软件。计算表明，启动压力梯度对压裂气井产能影响很大，在产能模拟时应考虑启动压力梯度的影响。     

致密气藏压裂水平井气水两相产能求解新方法

致密气藏由于其裂缝发育程度不好,地层渗透率过低等原因,通常采用水平井钻井并结合压裂增产技术对其进行开采。调研发现,在此类气藏中,一般存在储层应力效应,启动压力现象,甚至出现气水两相流动;目前对该类气藏的气水两相流动产能求解模型还较少。基于常规裸眼完井压裂水平井模型,同时考虑应力敏感,启动压力梯度以及裂缝间的干扰,引入新型气水两相拟压力的定义,并运用势的叠加原理和等值渗流阻力法,推导了致密气藏压裂水平井气水两相稳态产能模型,为非常规气藏气水两相流动的产能求解提供了新的方法。通过实例分析,随着渗透率模量和裂缝渗流率的增加,气井产能逐渐增加;随着水气体积比的增大,产能则逐渐降低;启动压力梯度则对产能的影响并不十分明显。因此,在低渗透致密气藏的开发过程中,需要着重对裂缝的参数进行优化,减小地层中因气水两相流动对产能造成的影响,以便达到更好的开发效果。图8参15     

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。     

页岩气藏数值模拟研究现状

从页岩气藏气体赋存方式和流动机理、气藏建模方法及数值模拟理论研究和实际应用3个方面阐述了国内外页岩气藏数值模拟技术的研究进展,为该技术的深入研究提供参考。最后,对页岩气藏数值模拟研究进展进行总结,认为存在4个有待于改进和研究的问题：①完善储层模型以考虑有机质的影响;②需要阐明单相气体解吸附、扩散和渗流过程的运移规律和主控因素,并建立气、水两相流动数学模型和数值模型;③天然裂缝和压裂诱导裂缝的准确建模是页岩气藏数值模拟的关键,实际应用中应综合考虑其他监测技术的结果;④针对页岩气藏数值模拟,还需要形成相应的标准和规范,以便更好地指导该类气藏开发。     

复合页岩气藏压裂水平井压力动态分析

压裂改造体积SRV是评价储层改造效果的重要指标,是影响压力动态的关键因素。基于页岩气吸附解吸、扩散和渗流等多重运移机制,考虑压裂改造区的影响,建立内外区均为双重介质的复合页岩气藏压裂水平井试井模型。利用源函数思想,结合Laplace变换、叠加原理等方法,采用半解析法求取无限导流压裂水平井的井底压力响应。应用Duhamel原理考虑井筒储集和表皮效应的影响,结合Stehfest数值反演,绘制复合页岩气藏压裂水平井试井典型曲线,划分流动阶段。定义新无因次变量,分析SRV半径、裂缝条数、裂缝半长、裂缝间距、扩散系数、储容比、吸附解吸系数、渗透率系数及流度比等参数对压力动态的影响,该结果可为页岩气藏的合理高效开发提供理论依据。     

考虑启动压力梯度的压裂气井产能数值模拟

压裂是低渗透气藏保持经济开采和增产的重要措施,压后产能是进行压裂方案优化设计的重要依据。考虑低渗透气藏中普遍存在的启动压力梯度对气体渗流的影响,建立了压裂气井产能模拟模型,给出了数值计算模型,编制出考虑启动压力梯度的压裂气井产能模拟软件。计算表明,启动压力梯度对压裂气井产能影响很大,在产能模拟时应考虑启动压力梯度的影响。     

考虑启动压力梯度的页岩气藏数值模拟

页岩气作为一种重要的非常规能源,其渗流及开发原理越来越受到关注。在页岩气井开采过程中,为了全面认识井底压力的响应特征及影响因素,根据页岩气渗流机理、吸附气解吸特征、渗流理论和质量守恒定理,建立双孔介质页岩气藏数学模型。模型以启动压力梯度和等温吸附的原理为前提,应用有限差分法,得到数值模型,编制相应程序对数值模型求解,分析了启动压力梯度、几何因子、储容比、Langmuir压力、Langmuir体积对气井井底压力变化的影响。结果表明:双重介质模型能够准确描述吸附气在储层中的解吸过程、基质系统和裂缝系统之间的窜流过程;考虑启动压力梯度更加接近实际地层;考虑吸附解吸作用使井底压力缓慢降低,探测地层边界较晚;利用地层参数分析及室内实验可以间接求出页岩气藏解吸附过程中Langmuir压力和Langmuir体积,这对气井井底压力分析和产能预测非常重要。     

考虑应力敏感性的页岩气产能预测模型

根据页岩气储层中气体的成藏机制及流动机理,综合考虑了解吸—吸附作用和应力敏感性对页岩气藏产能的影响,建立了考虑解吸、扩散及渗流综合作用的页岩气稳态流动模型,在不同边界条件下对控制方程进行求解,得到页岩气储层的压力分布及产能方程,分析了不同解吸量对地层压力和产量的影响,解吸量越大,地层压力下降越慢,产量和压力平方差呈线性关系.在此基础上建立了考虑应力敏感性的产能方程,分析结果表明随着渗透率变异系数的增大,储层的应力敏感性越强,产量逐渐减小,要合理控制压差,以防对储层造成损害.此模型对页岩气生产和后续研究具有重要指导意义.     

页岩气储层水力压裂物理模拟试验研究

为了给彭水地区页岩气开发提供技术支持,进行了页岩储层水力压裂物理模拟试验研究,建立了一套页岩储层水力压裂大型物理模拟试验方法。利用声发射监测系统实时监测了页岩压裂裂缝的产生与扩展演化过程,观察了水力压裂裂缝形态,并探讨了压裂液黏度、地应力差异系数、压裂液泵注排量等因素对水力裂缝形态及其扩展的影响。试验结果表明,随着压裂液黏度降低、地应力差异系数减小,水力裂缝沿着天然裂缝方向延伸,将原有天然裂缝沟通并形成网络裂缝。根据泵压曲线变化结果,提出在实际压裂施工过程中采用变排量的方式提高压裂改造体积,这可为页岩气压裂优化设计提供依据。      

水力压裂中的应力阴影效应与数值计算

从岩石的细观非均质特性出发,采用岩石破裂失稳的渗流-应力-损伤耦合分析系统,设计了一系列的数值试验揭示水力裂缝间的应力阴影效应。试验条件下的研究结果表明：①应力阴影效应受水平应力差系数、注入孔间距、岩石非均质性、压裂顺序的影响,表现为排斥和吸引2种力学行为,体现在裂缝尖端应力伞面积、裂缝宽度和长度方面;②随着岩石均质度的提高,应力阴影效应对尖端应力伞的影响变弱,裂缝尖端应力伞的面积逐渐减小;③水平应力差较小时,井孔间距对应力阴影效应的贡献要大于远场应力;高水平应力差时,远场应力对“Stress shadow”的影响要强于井孔间距;④应力阴影效应伴随着裂缝的动态扩展而不断变化,裂缝尖端的应力伞面积和缝长具有很强的相关性,二者服从幂函数分布。通过这一研究,可以为水平井多裂缝射孔间距优化提供一定的理论依据。     

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低渗气藏在已探明的天然气地质储量中占有相当大的比重。但低渗气藏的低产特征，使得这类气藏往往难以直接获得商业性开发利用，只有通过储层压裂改造才能达到经济开发要求。章根据气井压后流体渗流流动规律的变化，利用气藏的渗流理论，推导出气井压后稳态产能公式；并利用油藏数值模拟的方法，系统地分析了压裂缝长、导流能力、有效渗透率、有效厚度等对塔巴庙区块压裂初期产量大小和压后产量变化的影响，得到塔巴庙区块低渗气藏压裂井筛选原则和压裂设计参数。在做压裂选井时，应选择有效渗透率和有效厚度都较大的井进行压裂；在压裂设计时，应优选出合理的裂缝导流能力和裂缝缝长，从而为低渗气藏的高效开发提供科学决策。     

页岩气压裂技术及其效果评价

页岩气作为一种重要的非常规能源,目前只有美国和加拿大取得商业开发成功。页岩气商业开发成功主要取决于水平钻井和压裂技术的突破。目前常用的技术有多级压裂、清水压裂、缝网压裂重复压裂和同步压裂等。此外CO2和N2泡沫压裂也日益得到人们的重视。该文从压裂液、压裂方式和裂缝监测技术及效果评价方面对页岩气压裂技术进行了介绍。     

考虑页岩储层微观渗流的压裂产能数值模拟

考虑页岩微观渗流特征下的产能评价方法有利于提高压后动态分析的准确性和可靠性。压裂改造后页岩储层中,页岩气将在纳米孔隙中通过解吸附、扩散和滑脱流进入天然裂缝,再由天然裂缝流向人工裂缝,常规的产能评价数学模型已无法进行刻画和描述。为此,在考虑页岩气生产过程中基岩纳米孔隙中Knudsen扩散、滑脱流、吸附解吸微观流动特征,天然裂缝应力敏感以及人工裂缝非达西流效应基础上,基于双重介质模型,人工裂缝考虑为离散裂缝,建立了页岩储层基质—天然裂缝—人工裂缝的渗流数学模型,并给出了数值解法。模拟分析了页岩水平井压裂裂缝与储层参数对生产动态的影响。研究表明:吸附解吸效应、Knudsen扩散与滑脱流、天然裂缝渗透率、应力敏感系数、裂缝导流能力、裂缝半长与压裂段数对页岩气井生产具有重要影响。该研究为完善页岩气渗流理论,建立适合页岩气的动态评价模型,准确评价页岩气产能具有重要意义。     

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本文简要介绍了部分压裂酸化添加剂的应用及实验研究成果,并从压裂酸化增产的角度对压裂酸化添加剂今后研制方向提出了建议。     

油藏整体压裂数值模拟软件的研制与应用

油藏整体压裂开发是低渗透油藏改造技术的新发展,油藏整体压裂数值模拟为低渗透油藏压裂开发提供决策依据;为有效地进行油藏整体压裂开发方案的编制,基于目前普遍采用的开发井网模式(反九点、矩形、反五点井网),考虑压裂裂缝方位处于有利和不利方位的情况,研制了整体压裂模拟设计软件;油田实际应用表明该软件能较好地用于油藏整体压裂方案的编制.     

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。 