致密气藏3D裂缝压裂水平井非稳态渗流分析

综合考虑压裂后裂缝未完全穿透地层厚度及致密气藏应力敏感性基础上,建立了致密气藏多段压裂水平井非稳态渗流模型,通过Laplace变换和无限傅立叶余弦变换得到了该模型半解析解。计算结果表明,致密气藏流体流动可划分为6个流动阶段,分别为早期线性流、早期拟径向流、过渡阶段线性流、过渡阶段拟径向流、拟稳态窜流和晚期拟径向流;应力敏感性主要影响晚期流动阶段,包括过渡阶段拟径向流、拟稳态窜流和晚期拟径向流;应力敏感系数γ越大,在晚期流动阶段压力和压力导数曲线"上翘"得越高;在早期渗流阶段,2D裂缝与3D裂缝压力导数曲线不重合,3D裂缝具有"球形流"渗流特征;垂向渗透率越小,"球形流"渗流特征表现得越明显;在垂向渗透率相同的情况下,穿透比越小,压力导数曲线上"球形流"特征越明显。     

致密油层体积压裂水平井压力传播特征研究

考虑体积压裂水平井不同区域渗流特征(裂缝控制外区-裂缝控制内区-压裂水平井),建立了储层-裂缝-井筒耦合流动模型,应用Laplace变换及Stehfest数值反演,给出并分析了压力动态特征曲线。结果表明:基于压力导数曲线斜率,可以将体积压裂水平井压力传播过程划分为7个阶段:(1井筒储集控制阶段;2裂缝内径向流阶段;3裂缝及储层双线性流阶段;4裂缝干扰前线性流阶段;5裂缝干扰过渡流阶段;6裂缝内区线性流阶段;7裂缝外区拟径向流阶段)。同时,结合目标区块地质特征,分析了压裂参数对各阶段压力传播特征影响。结果表明:裂缝导流能力主要影响缝间干扰前早期流动特征,持续时间约200 h;裂缝条数主要影响缝间干扰出现的时间,持续时间约1 000 h;裂缝半长几乎影响整个生产前期与中期流动阶段,影响时间可持续至10 000 h。因此对于目标区块致密储层而言,建议首先优化裂缝半长,其次为裂缝条数,最后为导流能力。研究将对压力传播阶段识别、生产动态解释及裂缝参数优化提供理论基础。     

页岩气压裂水平井不稳定流动模型

水平井多级压裂技术已经成为目前开发页岩气藏的主要手段。针对气体在页岩流动过程中存在的吸附解吸、扩散、滑脱、启动压力梯度和应力敏感等效应,基于三线性渗流方程的基础上,推导出五线性渗流方程,建立了页岩气藏压裂水平井渗流数学模型。运用Laplace变换和Duhamel原理,求解出考虎井筒储集效应和表皮效应的页岩气藏压裂水平井Laplace空间的无因次井底拟压力解。通过Stefest数值反演,绘制了无因次拟压力曲线和拟压力导数曲线。依据特征曲线划分了流动阶段,并分析了不同影响因素对气井压力特征曲线的影响。研究结果表明：压裂水平井泄流范围可划分为五个流动区域,气井的压力特征曲线可划分为六个流动阶段。裂缝导流能力对水平井压力特征曲线的影响主要在过渡阶段、双线性流阶段;吸附系数主要影响过渡段、双线性流段、线性流段以及拟稳定流阶段;视渗透率系数主要影响双线性流动阶段、过渡阶段、窜流扩散阶段、地层线性阶段和拟稳定流阶段;导压系数影响窜流扩散阶段、地层线性流阶段和拟稳定流阶段;压裂改造区宽度主要影响地层线性流和系统拟稳态流动段。模型可以正确认识页岩储层复杂渗流规律,判别页岩气藏压裂水平井流动阶段,为预测单井产能和优化压裂设计参数提供了科学依据。     

页岩气藏压裂水平井五区复合模型产能分析

水平井结合水力压裂技术已经成为高效开发页岩气藏的有效手段。为此,建立并求解了综合考虑页岩气解
吸、扩散和渗流特征的页岩气藏压裂水平井五区复合渗流模型,获得了Laplace 空间的产量解析解。运用Stehfest 数值
反演技术得到了实空间的无因次产量,绘制并分析了无因次产能递减曲线。研究结果表明：产能递减曲线可划分为6
个流动阶段;窜流系数主要影响解吸扩散及以后的流动阶段;导流能力主要影响早期裂缝线性流动阶段;压裂区宽度
越大,产能越大;压裂区渗透率主要对中后期的产能曲线产生影响,渗透率越大,压裂之后形成的缝网与天然微裂缝沟
通的越好,产能越大。研究结果可为页岩气藏分段压裂水平井产能递减分析提供科学依据。     

低渗透油藏直井体积压裂产能评价新模型

体积压裂在低渗透油藏中应用广泛,产能评价是体积压裂优化设计的基础,对提高体积改造效果有重要意义。基于直井体积压裂的复杂裂缝改造特点及流动特征,将储层划分为三个区域:主裂缝区、改造区和未改造区,结合椭圆流与线性流建立了低渗透油藏直井体积压裂的渗流模型。针对低渗透油藏非线性渗流特征,推导出了低渗透油藏直井体积压裂三区耦合产能公式,产能公式计算出来的结果与现场数据对比误差小于6%。依据鄂尔多斯盆地某特低渗透油藏的基本参数,绘制了在不同影响因素下的产能曲线,分析了主裂缝导流能力、改造区体积大小、基质渗透率对产能的影响,结果表明:产能随主裂缝导流能力的增大而提高,生产压差越大提高速率越快;储层压裂改造体积越大,产能越高,但主缝长达到一定值后增产效果不明显;压裂缝与储层条件必须匹配才能达到最佳的增产效果。     

低渗透油藏长压裂缝井网注水开发渗流特征研究

综合运用渗流力学、油藏工程及数值模拟的方法对长缝压裂注水开发的渗流问题进行研究,建立了长缝压裂复合流动渗流模型,并运用数值方法进行求解,得到了不同井网形式下的渗流规律及试井曲线。研究结果表明:相同穿透比下交错井网压力波及面积大于正对井网;正对井网和交错井网2种井网形式下,井底流体流动形态主要分为井筒存储、早期线性流、径向流、地层双线性流动、边界影响等5个阶段;与正对井网相比,油井穿透比对交错井网线性流持续时间影响较大。研究成果对低渗油藏长缝压裂注水开发技术应用具有理论指导作用。     

考虑玛湖砾岩油藏复模态结构下的压裂水平井压力分析

玛湖油田为典型的致密砾岩油藏,常用“密切割、长水平段、水平井+体积压裂”的开发方式进行投产,整体具备三线性流模型特征,但砾岩基质独特的复模态结构,导致其又与常规的三线性流模型有所差异。因此,本文从砾岩油藏的复模态结构出发,分析其基质渗流特征,同时以压裂水平井的三线流模型为基础,建立考虑基质复模态结构下的渗流数学方程,并利用换元变换、Pedrosa变换、摄动变换等方法联合对数学模型求解后进行了流态划分、敏感性参数分析及现场应用。研究表明：受改造区基岩中基质与未改造区供液双重影响,本文模型双线性流特征更加明显;同时储容比、窜流系数、启动压力梯度及应力敏感对曲线影响阶段不同,其中储容比、应力敏感越大,压力曲线局部越向上偏移,窜流系数、启动压力梯度越大,压力曲线局部越向下偏移。矿场应用表明：该模型与实际数据拟合较好,符合储层实际情况,可为砾岩储层压裂水平井的动态监测提供一定的指导意义。     

考虑吸附效应的非达西流压裂水平井试井分析

页岩气藏渗透率较低,流动过程中存在边界层影响和吸附解吸现象。在建立页岩气藏压裂水平井试井模型过程中,非压裂区域考虑为存在吸附效应的非达西流动,压裂区域考虑为双重孔隙介质达西流动,水力压裂裂缝区为达西流动。基于油气渗流理论和数学物理方法,建立了考虑吸附效应的非达西流压裂水平井试井模型,求解得到了考虑井筒存储和表皮效应的压裂水平井井底压力响应,并进行了压力响应参数敏感性分析。结果表明:启动压力梯度主要影响特征曲线后期上翘程度;窜流系数主要影响"凹槽"的位置,当同时考虑启动压力梯度和吸附解吸时,窜流系数还影响着解吸时间的长短;解吸系数主要反映解吸扩散程度,随着压力降低,页岩气解吸效果越明显,特征曲线中的"凹槽"宽度和下凹程度越大。研究对于页岩气藏压裂水平井的开发与动态监测具有一定的指导意义。     

低渗透油藏压裂水平井压力动态特征研究

为研究低渗透油藏的压力动态特征,建立了考虑缝网压裂的压裂水平井三线性流数学模型,通过拉普拉斯变换和杜哈美原理求得了考虑井储和表皮效应影响的井底无因次压力解,应用Stehfest数值反演算法绘制了油井的井底压力动态响应曲线。分析了压力动态曲线特征并对其敏感性因素进行了研究。研究表明,弹性储容比主要影响压力导数曲线窜流凹子的宽度和深度及出现时间的早晚;窜流系数主要影响窜流凹子出现的位置;裂缝导流能力主要影响裂缝-内区(缝网区域)地层双线性流出现时间的早晚及内区窜流凹子的位置和形态;内区宽度主要影响内区地层线性流的持续时间。     

页岩气储层压裂水平井非线性渗流模型

水平井+体积压裂技术已经成为目前高效高速开发页岩气藏的主要技术手段。针对页岩储层存在的吸附扩散效应和应力敏感效应以及流体的滑脱效应和高速紊流效应,建立了水平井多级压裂复合渗流模型,并获得了其在Laplace空间的解析解;通过Stefest数值反演和Duhamel原理,得到了考虑井筒储集效应和表皮效应影响下的实空间无因次产量模型,从而绘制了无因次产能模型图版并进行了产能影响因素敏感性分析。根据实践应用结果显示,模型能够预测水平井产量并具有更高的预测精度。研究结果表明:页岩气藏压裂水平井产能可划分为三个渗流区域和五个流动阶段,前期由裂缝线性流占主导地位,产量高但递减速度快;中期由天然裂缝供气,是处于基质和裂缝供气的过渡阶段;后期由基质线性流占主导地位,产量低但递减缓慢。启动压力梯度对水平井前期产量影响较大,而储层应力敏感性对后期产量影响较大。模型为认识体积压裂水平井复杂渗流规律、预测页岩气藏压裂水平井产能、评价压裂效果以及优化水平井压裂参数提供了有效的科学依据和理论支撑。     

页岩气藏压裂数值模拟敏感参数分析

针对页岩气藏压裂形成复杂裂缝网络后,单一的裂缝描述方法不再适用的问题,采用Eclipse 软件中的页岩 气模型,建立了一种“等效方法”,将页岩气有效改造体积表征为“主裂缝+ 网络裂缝渗透率”,代替“主裂缝+ 次裂 缝”的模拟方法,两种方法产量和长期压力驱替是等效的,解决了手工划分网格工作量大、计算速度慢的问题。运用 Plackett-Burman 型线性试验设计方法,对水力裂缝参数和储层参数进行敏感性排序,结果表明：水力裂缝参数中,压裂 纵向改造程度、网络裂缝渗透率和有效改造体积对产量影响最敏感,储层参数对产量影响敏感程度由强到弱为：地层 压力系数、总含气量、储层有效厚度、吸附气比例、井底流压、基质渗透率。为页岩气压裂选井选层和压裂设计方案优 化提供了依据。     

页岩气压裂水平井生产数据分析方法

气井生产数据分析是评价气井动态储量、储层物性、水力裂缝等参数的有效方法,但在页岩气藏中,气体解吸、多段压裂、体积压裂区(SRV)的存在使得常规的评价模型不能满足现场需要。笔者在充分考虑了气体解吸、裂缝干扰、边界影响的基础上,利用Laplace变换和压力叠加原理求解压裂水平井的不稳定产能动态,并利用渐进分析给出新的无量纲物质平衡时间和产量,绘制页岩气压裂水平井Agarwal-Gardner型产量递减图版。图版可分为两大阶段：在不稳定递减阶段,页岩气的吸附特性会对发散的曲线产生显著影响;在拟稳态递减阶段,递减曲线归一,呈现Arps调和递减规律。矿场实例表明,通过拟合实际的生产数据,可以得到气藏有效泄流面积、天然裂缝渗透率及水力裂缝长度等参数,以此评价页岩气藏地质储量和水力压裂效果。     

页岩气藏压裂缝网扩展流动一体化模拟技术

页岩气藏天然裂缝分布复杂,地层非均质性强,水平井压裂技术是开发的必要手段,建立页岩气藏压裂缝网扩展与流动一体化模拟方法对于制定生产方案及评价压裂措施具有重要的现实意义。采用基于闪电模拟的油藏压裂裂缝网络扩展计算方法来模拟页岩气藏多分支裂缝网络形态,在此基础上进一步运用嵌入式离散裂缝模型（EDFM）来定量表征页岩气藏有机质-无机质-裂缝网络之间的复杂流动机制,从而实现页岩气藏压裂缝网扩展流动一体化模拟。基于该方法建立了200 m×200 m的地质模型进行缝网形态模拟以及流动表征,通过缝网扩展模拟方法得到裂缝网络分布规律,在此基础上基于嵌入式离散裂缝模型进行流动模拟,得到模型生产200 d后的含气饱和度分布以及产气量分布曲线。同时,基于本文模型分析了压裂液注入压力、分形概率指数、压裂液黏度以及裂缝网格精细程度等参数对裂缝网络形态、含气饱和度分布以及页岩气产量的影响。研究表明,压裂液注入压力越高分形概率指数越小、压裂液黏度越小裂缝扩展范围越大、含气饱和度下降范围越大单井产量越高,裂缝模拟精度会显著影响产量误差。基于该页岩气藏压裂缝网扩展流动一体化模型可以大规模模拟页岩气藏缝网形态以及多重介质复杂流动,为评价页岩气藏压裂施工好坏以及产量预测提供了有效的帮助。     

页岩气藏压裂水平井渗流数值模型的建立

水力压裂后的页岩气藏水平井渗流区域内储层呈现复杂的裂缝网络形态,考虑解吸–吸附机理的单井渗流数
值模型的建立对单井产能影响因素分析具有较强的理论价值和现实意义,基于Warren-Root 双重介质模型思想,建立
了考虑解吸–吸附的基质渗流数学模型和裂缝渗流数学模型,并进行了差分离散方法的设计及渗流方程的IMPES 方
法线性化处理,最后实现了通过Gauss-Seidel 迭代编程模拟。现场应用中,在页岩储层水平井压裂时的微地震结果基
础上构建了地质模型,所建立的数值模型可分析压力、吸附气量、渗透率、地层物性等多个参数特征对生产的影响,并
与页岩气产出规律相符,因此该简便模型可有效指导现场的工程设计及动态分析。     

页岩气藏压裂水平井线性耦合渗流模型研究

为研究页岩基质孔隙中气体低速流动时启动压力梯度对试井的影响、解决页岩气复杂流动机理耦合的困难,提出了一种新的圆柱状三重孔隙页岩基质模型,并与五线性渗流模型结合,建立了表征气体流动过程的多级压裂水平井线性耦合渗流模型;应用Laplace变换、Green函数等方法得到模型的解,利用Stehfest数值反演算法计算并绘制了气井无因次拟压力响应曲线并进行敏感性分析。结果表明,基于新模型的压力响应曲线可划分为七个流动阶段;启动压力梯度主要影响曲线的中晚期阶段,若启动压力梯度越大,则渗流阻力越大、拟压力及其导数值越大;基质渗透率越小,则基质向裂缝系统窜流越困难、边界控制流动阶段发生时间越晚。     

基于离散裂缝模型的页岩气动态特征分析

页岩储层孔隙结构复杂,基质渗透率低,天然裂缝发育,水平井体积压裂为其主要生产手段,表现出以裂缝系统裂缝渗流为主,基质系统扩散流、滑脱流以及吸附-解吸附现象共同作用的多尺度流动特点。基于离散裂缝建立页岩气渗流数学模型,利用有限元分析方法进行数值求解,通过实例研究分析页岩气生产动态特征,以及开发过程中压裂级数和裂缝半长对储层压力分布和页岩气井生产动态特征的影响。结果表明:页岩气井初期产量高,但递减快,生产周期长;开发初期以裂缝渗流为主,压裂级数起主导作用,级数越多,压力波传播越快,储层压力下降明显,产能主要集中在生产初期;开发后期以基质渗流为主,裂缝半长作用增强,产量递减率下降,生产井附近压力接近废弃压力,生产能力下降。     

页岩气藏开发中的关键力学问题

简要概述了页岩气资源和开发现状,基于页岩储层的微纳尺度孔隙结构特征、力学特点以及开采方式,系统论述了页岩气开发中的多尺度、多物理场流动动力学的过程与机制,归纳凝练出页岩气微纳尺度流动、页岩人工压裂的裂缝扩展以及分段压裂水平井缝网宏观流动等方面是亟需解决的关键前沿力学问题,并针对各前沿关键力学问题综述了研究进展和发展趋势,为促进我国能源发展尤其是页岩气的科学、有效开发具有重要的意义．     

页岩气藏部分压开压裂井压力动态分析

 压裂井因为能够提高单井产量和降低成本在页岩气藏的开发过程中得到了广泛应用,然而在实际生产过程中由于页岩储层普遍厚度较大,难以被完全压开。为此,综合考虑页岩气的解吸、扩散和渗流特征,建立了页岩气藏部分压开压裂井的渗流模型,应用Laplace变换、Fourier变换和Duhamel原理,结合Stehfest数值反演对模型进行求解,绘制了相应的压力特征曲线并对其进行了流动阶段的划分,讨论了相关参数对压力动态的影响。研究表明,页岩气藏部分压开压裂井的压力特征曲线存在7个主要流动阶段;裂缝的压开程度主要影响球形流阶段表现的明显程度及压力导数曲线前期位置的高低,解吸系数主要影响压力导数曲线下凹的深度,无因次储容系数主要影响压力导数曲线下凹的宽度和深度,无因次窜流系数主要影响解吸扩散阶段出现的早晚。所获得的结果可为利用压裂井合理高效地开发页岩气藏提供理论支持。     

考虑次生裂缝的页岩气藏有限导流缝网模型

为了考虑次生裂缝对页岩气井压力响应特征的影响,建立了耦合多重运移机制的页岩气藏有限导流缝网流动模型,并开展了压力动态特征的研究。首先,通过Laplace空间源函数、局部坐标转换及叠加原理得到耦合吸附解吸、扩散、渗流的气藏解析解。然后,基于有限差分方法及交汇单元流量分配变换,推导得到裂缝单元的数值解。耦合气藏及裂缝两部分的流动,半解析计算求解得到了考虑次生裂缝影响的压力响应曲线,并对次生裂缝组数、导流能力、裂缝角度等反映次生裂缝特征的参数进行了敏感性分析。结果表明,该模型存在10个典型流动阶段,能有效表征次生裂缝对曲线形态的影响,对页岩气压力动态特征的研究具有重要指导意义。