页岩气储层压后返排特征及意义

为制定科学的页岩气储层压后返排策略,基于威远地区龙马溪组36口页岩气井压后返排数据,分析压后关井对产量的影响以及返排过程两相流阶段性特征,同时进行页岩气储层液相支撑验证实验。结果表明:压裂液在主压裂结束后一定时间内仍然发挥造缝作用,一定时间的关井有利于提升气井累积产气量期望值;页岩气储层压后返排气液两相流阶段出现气增液降特征点是高产气井的共同特征,根据两相流阶段特征可初步评估气井产气能力;滞留压裂液在页岩储层微细裂缝网络中具有液相支撑作用,使气相渗透率不是含水饱和度的单调函数,存在最优返排率使气相渗透率最大化;可以采用以追求气相渗透率最大化为目标,以控压、控速为原则的页岩气储层压后返排策略。     

页岩气藏压裂水平井物质平衡模型的建立

针对页岩气藏压裂水平井中裂缝、基质、游离气和解吸气等对产气量贡献比例定量计算的难点问题,开展了动态渗流分区的物质平衡模型的建立与分析研究,研究中采用了不同渗流区域内压力降传播速度及平均地层压力的计算方法,进行了动态渗流分区设计,给出了压裂液返排后储层受渗吸作用的含水饱和度计算方法,建立了由12项构成的综合物质平衡方程。通过模型的实例应用与分析,获得了气井生产的7个渗流阶段,揭示了不同生产时间的供气结构比例变化规律,认识到基质储层的游离气是气井长期生产的主要供给气来源,其次是解吸气。模型的建立简化了多尺度渗流方程的描述和复杂求解过程,为理论分析和现场应用提供了一种新的方法,也为深入理解和研究页岩气藏渗流特征提供了依据。     

页岩气井返排早期气水两相流研究

目前存在的早期单相流返排的数学模型适用于致密油气储层,却不适用于页岩气储层,这是因为页岩气井早期返排阶段不存在单相流,而是气水两相流。利用北美某页岩气储层压裂水平井的返排数据分别绘制气水产量随时间的变化曲线和气水比随累积产气量的变化曲线,气水产量曲线在早期返排阶段气水同产,表明裂缝中存在自由气的消耗;而气水比曲线根据斜率的正负将返排分为两个阶段,并针对曲线的“V型”进行原因分析。针对气体早期返排阶段,建立裂缝系统物理模型,运用物质平衡方程和扩散方程,推导得到页岩气井早期两相流返排数学模型,数学方程表明：等效压力与拟时间成线性关系。应用现场实例对数学模型进行分析,结果表明,该模型能够较好地拟合现场数据,拟合得到的直线斜率可用于估算原始裂缝体积,截距可以给出裂缝半长和裂缝渗透率之间的关系。本文创新性地对返排数据进行调研分析,在此基础上得出适用于现场估算裂缝参数的返排数学方程,从而为认识裂缝特征提供了新的方法。     

页岩气井返排早期气水两相流数学模型研究

目前存在的早期单相流返排的数学模型适用于致密油气储层,不适用于页岩气储层,这是因为页岩气井早期返排阶段不存在单相流,而是气水两相流。利用北美某页岩气储层压裂水平井的返排数据分别绘制气水产量随时间的变化曲线和气水比随累积产气量的变化曲线,气水产量曲线在早期返排阶段气水同产,表明裂缝中存在自由气的消耗;而气水比曲线根据斜率的正负将返排分为两个阶段,并针对曲线的"V型"进行原因分析。针对气体早期返排阶段,建立裂缝系统物理模型,运用物质平衡方程和扩散方程,推导得到页岩气井早期两相流返排数学模型,数学方程表明:等效压力与拟时间呈线性关系。应用现场实例对数学模型进行分析,结果表明,该模型能够较好地拟合现场数据,拟合得到的直线斜率可用于估算原始裂缝体积,截距可以给出裂缝半长和裂缝渗透率之间的关系。本文创新性地对返排数据进行调研分析,在此基础上得出适用于现场估算裂缝参数的返排数学方程,从而为认识裂缝特征提供了新的方法。     

压裂直井压后返排油嘴直径优选方法

随着非常规能源的开发,压裂技术得到了更广泛的应用。压后强制返排技术是保证裂缝高导流能力的有效措施;然而,选取合理的油嘴直径进行返排一直是现场施工的难题。油嘴直径过大,会造成支撑剂大量回流;油嘴直径过小,压裂液向储层大量滤失,对储层造成伤害,不利于油气增产。利用物质平衡原理,在支撑剂回流启动模型的基础上,结合裂缝的闭合特性,导出了压裂液返排过程中井口压力与最优返排油嘴直径的关系式,为现场施工提供指导。分析表明,裂缝闭合时机是油嘴选取的临界状态,裂缝闭合前,支撑剂在裂缝中启动流速低,不宜用大油嘴返排;裂缝闭合后,最优返排油嘴随压降变化敏感,可以及时更换大油嘴进行返排。     

苏里格气田加纤维压裂技术的应用研究

针对苏里格气田气井压裂返排过程中支撑剂回流的实际情况,制备出适合苏里格气井的压裂用纤维,并确定
了加入纤维的尺寸与浓度;通过模拟裂缝强制闭合模式,结合返排过程中临界返排流量、支撑剂沉降速度等计算模型,
编制了纤维防支撑剂回流压裂返排优化设计软件,并结合实际的压裂施工资料进行分析设计,为压裂液返排及控制支
撑剂回流提供指导。现场的加纤维压裂和控制放喷试验表明：所研制纤维适合苏里格地区气井的防支撑剂回流要求,
较为显著地减少了支撑剂回流量,提高了放喷排液速度,同时还降低了排液过程中由于支撑剂回流导致的针、闸阀损
毁情况发生的概率。     

压裂气井支撑剂回流及出砂控制研究及其应用

加砂压裂是低渗气藏开发评价和增储上产必不可少的技术措施,然而经过大量的现场施工发现,如果压裂后气井排液控制不当或生产过程中配产不合理,将导致支撑剂回流或出砂,引起气井产能严重下降,从而影响最终的压裂效果.分析了支撑剂回流机理,建立了压裂液返排过程中临界返排流量、支撑剂返排速度和沉降速度计算模型,提出了控制支撑剂回流的放喷油嘴选择原则.在考虑气井生产过程中既要返排注入地层中的压裂液,同时又不将地层砂(包括支撑剂)带入井筒的前提下,推导出了压裂气井的临界产量计算公式.结合实际的压裂施工资料进行了实例计算分析,为指导压裂液返排和确定气井合理产能提供依据.     

裂缝性油气藏压裂水平井试井分析

利用Green函数源函数法,通过镜像映射和叠加原理得到裂缝性油气藏水平井多段压裂改造后地层中任意一点的压力解。首先推导顶底封闭四周无限大、盒状及定压条件下单条裂缝生产时地层中任意一点在拉氏空间的压力计算公式,并假设水平井井筒无限导流,进一步建立水平井多段压裂改造后井底压力求解方法。基于Stehfest数值反演得到考虑井筒存储和表皮系数影响的水平井井底压力解。对不同边界条件下井底压力及压力导数的双对数曲线进行分析,并分析压裂裂缝参数对井底压力响应的影响。结果表明:压裂水平井存在压裂裂缝线性流、压裂裂缝径向流、地层线性流、系统径向流及边界影响五种流动阶段;同时由于油藏为双重介质油藏,所以还存在基质系统向裂缝系统的窜流;裂缝条数越多,生产相同的时间时井底无因次压降越小,但当压力波传到边界后裂缝条数不再对流动造成明显影响;裂缝半长会影响压裂裂缝径向流出现的时间及地层线性流之前的压降,且压裂裂缝越长,压裂裂缝径向流出现的时间越晚,生产相同的时间所需要的无因次压降越小;裂缝间距会影响裂缝径向流结束的时间,且缝距越小,裂缝径向流持续的时间越短。现场应用结果证明了模型的正确性。     

裂缝性油气藏压裂水平井试井分析

利用Green函数源函数法,通过镜像映射和叠加原理得到裂缝性油气藏水平井多段压裂改造后地层中任意一点的压力解。首先推导顶底封闭四周无限大、盒状及定压条件下单条裂缝生产时地层中任意一点在拉氏空间的压力计算公式,并假设水平井井筒无限导流,进一步建立水平井多段压裂改造后井底压力求解方法。基于Stehfest数值反演得到考虑井筒存储和表皮系数影响的水平井井底压力解。对不同边界条件下井底压力及压力导数的双对数曲线进行分析,并分析压裂裂缝参数对井底压力响应的影响。结果表明:压裂水平井存在压裂裂缝线性流、压裂裂缝径向流、地层线性流、系统径向流及边界影响五种流动阶段;同时由于油藏为双重介质油藏,所以还存在基质系统向裂缝系统的窜流;裂缝条数越多,生产相同的时间时井底无因次压降越小,但当压力波传到边界后裂缝条数不再对流动造成明显影响;裂缝半长会影响压裂裂缝径向流出现的时间及地层线性流之前的压降,且压裂裂缝越长,压裂裂缝径向流出现的时间越晚,生产相同的时间所需要的无因次压降越小;裂缝间距会影响裂缝径向流结束的时间,且缝距越小,裂缝径向流持续的时间越短。现场应用结果证明了模型的正确性。     

压后返排支撑剂回流模型研究(英文)

支撑剂回流是压后返排工艺中一个重要的评价标准.在分析了支撑剂运移回流的物理过程基础上,对于裂缝闭合前后支撑剂不同的受力情况,建立了支撑剂回流力学模型.计算结果表明:裂缝闭合前,沉降在裂缝底部的支撑剂不易发生回流,悬浮在裂缝上部的支撑剂较易发生回流.裂缝闭合后,闭合应力开始作用在支撑剂上,颗粒之间胶结更加紧密,发生回流需要的临界流速也变得更大.破胶压裂液粘度直接影响支撑剂回流效果,粘度越大,返排临界流速越小,支撑剂回流越容易发生.裂缝闭合前采用小流速返排,裂缝闭合后增大返排流速,同时尽可能降低破胶压裂液粘度,即可使压裂液得以尽快返排,同时保证了尽可能多的支撑剂停留在裂缝中,该模型丰富和完善了压裂返排支撑剂回流理论.     

基于边界元法的压裂液返排数值模拟

为研究水力压裂后压裂液的返排问题并设计出科学合理的返排方案,采用边界元方法,建立压后返排数值模型,综合考虑裂缝变形过程与流体滤失及流动过程,构建流固耦合非线性方程组,并采用牛顿迭代法进行求解,以实现对返排全程的定量化控制.研究表明:裂缝延伸越深,裂缝宽度越窄,且随着返排进行,裂缝逐渐发生闭合;返排初期流体压力下降较快,返排后期降速减低,当井口压力降为大气压时,返排停止;在返排后期合理调整喷嘴尺寸可加快返排,会导致流量升高、流速加快,井口压降曲线斜率明显增大.可见本模型能准确刻画出压裂液回流过程中裂缝宽度的分布与变化过程,能准确反映流体压力、流量流速的变化规律,对非常规能源的生产开发具有一定的借鉴意义.     

致密砂岩气井气水两相产能预测半解析模型

致密砂岩气井产能预测受气水两相流特征和裂缝渗流参数影响大,相比于数值模拟,基于解析模型的产能预测计算快、应用较广,但传统的解析模型在处理两相渗流方程非线性问题时简化过大,造成动态分析结果误差较大。针对这一问题,本文考虑了储层和裂缝中的气水两相流动特征,利用三线性流模型表征压裂缝及储层应力敏感性,建立了致密砂岩气井气水两相产能预测模型。将流动物质平衡方程与牛顿迭代法结合,利用平均地层压力逐步更新渗流模型非线性参数,并通过逐次迭代将气水两相模型线性化,获得了模型的半解析解。通过与商业数值模拟软件结果对比以及矿场实例应用验证了模型的准确性,并绘制了气水两相产能预测曲线,分析了敏感性参数对产能的影响规律。研究结果表明,所建立的半解析求解方法能够高效地处理气水两相非线性渗流问题,快速准确地获取致密气井产能预测曲线;致密储层产水严重影响了气井产能,合理的裂缝参数对提高气井产能至关重要;气藏开发过程中应合理控制生产压差,降低应力敏感效应对致密气井产能的影响。     

页岩油压裂水平井变导流能力试井模型研究

致密油气、页岩油气等非常规油气资源由于其储层渗透率低,在开采过程中往往采用水平井多级压裂技术来提高单井产量,实现经济开采。基于渗流力学,建立了考虑应力敏感、变裂缝导流能力的裂缝性油气藏多段压裂水平井试井数学模型,通过Laplace和Fourier变换等方法求得模型在Laplace空间下的无因次井底压力解;用Stehfest数值反演计算了实空间无因次井底压力。研究表明,当所有无因次裂缝导流能力之和不变时,如果井筒两端裂缝导流能力高于中部裂缝导流能力,早期阶段生产压差小,压力曲线低;当无因次裂缝导流能力沿裂缝方向减小时,无因次裂缝导流能力变化梯度越大,生产压差越大,早期阶段无因次压力曲线越高;应力敏感系数越大,无因次压力及压力导数曲线上翘幅度越大;裂缝储容比越小,窜流段压力导数曲线“凹子”越深;窜流系数越大,窜流发生越早。     

产水气井稳定点二项式产能方程及其应用

对于存在底水、边水、层间水的气藏,在开发过程中,易出现气水两相流动。准确评价气井产能对于合理开发气藏具有重要意义。从渗流力学的基本原理出发,结合质量守恒方程,引入水气比参数,建立气水两相拟稳定渗流的数学模型,推导出气水两相渗流的稳定点二项式产能方程。根据此方程,结合不稳定试井解释资料,以及一个稳定点的数据,能够确定气井开始产水时的无阻流量以及生产过程中不同时间段的无阻流量。作出对应的流入动态关系曲线图,只需在生产过程中测得一个稳定点资料即可,无需单独做产能试井,为准确认识产水气井的产能提供了理论基础。     

考虑动态滤失系数的压裂井裂缝闭合及返排优化

依据渗流力学理论,借助岩心滤失试验,引入动态滤失系数,建立致密气井压裂后强制裂缝闭合理论模型和动态滤失系数模型,对加砂压裂及压后关井过程中的压裂液滤失量、滤液侵入机制、近缝地层压力剖面进行动态分析。结果表明:动态滤失系数模型可更好地描述压裂液滤失的动态过程,前期滤失速率大,后期滤失速率变小并趋于定值;压裂液滤失由缝口至缝端逐渐降低,侵入伤害带主要集中在缝口处,侵入深度与储层的物性参数、压裂液流体参数及施工规模有关;气井中压降主要集中在原状地层区,返排的主要能量来源于压裂及关井过程中地层气体压缩产生的附加能量。     

非均布导流下页岩气藏压裂水平井产量模拟

现有的页岩气压裂井产能预测模型假设导流能力在缝长方向均匀分布,导致预测结果存在较大偏差。为提高压裂气井的产量预测精度,基于源汇思想和势的叠加原理,考虑压裂裂缝缝内导流能力的非均匀分布特征,建立了气井水力压裂后的非稳态产量预测模型,并通过数值方法对压裂水平井的产量进行了模拟。研究表明,与常规导流均匀分布的模型相比,缝内导流的非均匀分布对产量产生较大影响;在无因次导流能力较小时,强化近井地带裂缝导流能力的凹型分布等布局方式,有利于提高压后产量;随着无因次导流能力的增加,产量增幅逐渐降低;由于气层的供给能力有限,在无因次导流能力较高时,导流能力出现“过剩”,不同的导流能力分布方式下的产量接近。     

煤岩裂缝渗流能力实验评价及近井地层等效渗透率分析

煤岩裂缝的渗流能力是影响煤层气产能的重要因素.采用API导流仪及岩心驱替装置,模拟煤层气排采过程中煤层有效应力的连续变化,评价裂缝闭合压力逐渐升高、地层压力连续下降以及频繁开关井(间歇性排采)等工况条件下煤岩压裂裂缝的动态导流能力和含天然裂缝煤心的渗透率变化.实验结果表明,提高裂缝闭合压力、降低孔隙流体压力以及频繁开关井等都会降低煤岩裂缝的渗流能力,尤其对压裂裂缝的导流能力影响更为显著.基于此,利用实验数据分别回归了煤岩压裂裂缝导流能力和含天然裂缝煤岩渗透率与有效应力的经验关系式,建立近井煤层等效渗透率计算模型.利用该模型可以根据现场测算的等效渗透率,初步判断煤层压裂裂缝的有效导流能力或缝长,可以为煤层气压裂效果评价、分析排采过程中煤岩裂缝参数的动态变化提供一种新方法.     

大庆油田密井网水平裂缝参数的优选

根据三次加密后油层改造的实际需要，建立了五点和反九点井冈条件下三维两相带有水平裂缝的油藏数值模拟模型，研究了水平裂缝半径和导流能力对油井产量、无水期采收率和最终采收率等指标的影响，优化了水平裂缝参数。研究结果表明，合理的裂缝半径应为井距的２０％，导流能力为２０μm·ｃm。该结果为油井经三次加密后的水力压裂设计提供了理论依据。     

裂隙性储层压裂缝延伸机理及防治水意义

针对由水力裂缝触发的裂隙性储层涌水、突水等地质问题，首先根据弹性力学原理和断裂力学强度准则，基于储层原生裂缝几何特性和压裂液渗流规律，建立了垂直井工况下的起裂压力计算模型;其次考虑煤储层的损伤本构关系，将Dougill损伤因子与起裂压力公式相结合，进一步建立了延伸压力的计算模型;应用经典的PKN模型以及裂缝内净压力的非线性压降规律，建立了改进的压裂缝扩展延伸模型.该模型揭示了裂缝性储层压裂长度L与压裂时间t之间的非线性关系，显示出压裂缝的延伸距离随时间的增加而增长，但前期增长较快，后期基本趋于稳定.豫北焦作恩村区块三口试验井的计算结果，与邻区位村区块微地震实测资料契合度较高，从而验证了理论模型的正确性，为现场压裂参数控制以及防治压裂缝突水提供了可靠的技术支撑.     

基于分布式光纤温度监测的气井产出剖面解释——以中国南海永乐区多层合采探井为例

随着分布式光纤温度（DTS）监测精度和分辨率的提升，逐渐成为油气生产管理和动态分析中产出剖面监测的重要技术之一，但其解释技术还处于起步探索阶段。考虑流体渗流过程中焦耳汤普逊效应以及诸多微量热效应，结合质量守恒、动量守恒、能量守恒定律建立低渗多层合采气井温度剖面预测模型。该模型耦合了渗流过程中压力和温度场两部分数学模型，求解模型分析讨论了产量、生产时间和渗透率对产出温度剖面影响，结果表明:产量增加产出剖面温度降低；储层渗透率对产出温度剖面影响最为明显；储层渗透率降低，产出剖面温度增加，且增加幅度是非线性的；随着生产时间增加温度增加，但增加幅度逐渐减少且趋于稳定。最后以南海永乐区一口多层合采探井DTS实际温度测试数据进行了产出剖面解释，结果与实际地质认识具有一致性，验证了理论模型的可靠性。该研究课题促进了DTS监测技术在低渗致密多层合采气藏监测中的推广与应用。