页岩气储层压裂水平井三线性渗流模型研究

具有天然裂缝发育及纳米级孔隙的页岩气储层渗流具有多种模式,压裂水平井开发模式已成为页岩气藏主要 开发模式,渗流数学模型的建立与求解具有很强的理论意义和现实价值。借鉴已有的三线性渗流模型思路,重新设计 了模型的构成,并建立了包括解吸吸附的渗流数学模型,借助无因次化及拉普拉斯变换推导出单井压裂水平井页岩气 藏的产能公式和井底压力公式,最后,应用得到的结果进行了单井生产过程中影响因素的分析。通过研究与应用表 明,由该简化模型得到的公式能方便而且准确地计算并预测页岩气的产量变化,而且对于压裂设计也可提供设计参数 的优化分析方法。     

孔隙网络模拟渗流速度对页岩气开采的影响

孔隙网络模型是预测多孔介质流动特性的有效手段。基于页岩气藏微观孔喉参数建立了随机孔隙网络模型,并模拟了气水两相流动,通过求解模型压力矩阵方程,绘制渗流图像;通过模拟不同速度下的渗流特征,分析了水侵现象、渗流速度对气水两相渗流路径的影响。结果表明,渗流速度与驱替压差呈正相关,在渗流速度大于临界流速v_c的驱替过程中,压降梯度对渗流路径起主要影响作用,不同的渗流速度会形成不同的渗流路径,渗流路径符合分形特征;而由于较高渗流速度（大于临界流速v_c）会破坏气/水界面稳定性,因此,高渗流速度更利于水侵而降低页岩气产量;若渗流速度小于临界流速v_c,气/水界面趋于稳定,促使页岩气大量产出。     

页岩气成藏影响因素浅析

2002年起,在美国页岩气勘探开发取得骄人成绩的启示下,页岩气在我国逐步受到重视。目前我国页岩气研究还处于初步探索阶段,我国学者对页岩气成藏机制、成藏条件等进行了初步研究,已具有一定的认识。结合前人的研究,本文将页岩气成藏影响因素进一步总结,指出页岩气成藏影响因素主要包括:有机质含量、页岩有效厚度、裂缝发育、地层压力等。     

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。     

大坝背管裂缝宽度计算公式的改进

指出了用现有裂缝理论计算钢衬钢筋混凝土压力管道裂缝宽度的局限性.进一步完善了"外部管壁”的力学模型,并据此导出了精确度更高的半理论半经验公式,该公式考虑了混凝土保护层内外的裂缝宽度差异.最后给出了算例.     

页岩气储层水力裂缝网络的延伸规律

为了深入认识页岩气储层水力压裂裂缝的延伸规律及裂缝网络形成条件,通过建立页岩气储层水力裂缝延伸的二维模型,分析地应力差异系数、天然裂缝及层理面等因素对水力裂缝延伸方向的影响规律,并对页岩储层水力裂缝网络的形成机制进行研究.研究结果表明:水力裂缝在层理面内转向、分岔及沟通天然裂缝是形成裂缝网络的关键,层理面和天然裂缝逼近角和地应力差异系数需在一定临界组合条件下才形成裂缝网络,偏离该条件均形成单一裂缝;最大水平主应力方向与页岩的层理面和开度较好的天然裂缝之间的逼近角呈大角度时,更有利于形成裂缝网络.     

微裂缝对低渗储层水驱油渗流规律的影响

微裂缝对低渗储层注水开发有很重要的影响,因此研究和认识微裂缝对开发此类储层具有重要意义.对长6储层5块具有微裂缝的天然岩心进行了室内水驱油实验研究,研究结果表明:①微裂缝对水驱油效率影响不大,但却增大了油水的渗流通道,改善了储层的渗透性;②微裂缝岩心无水驱油效率低,但最终驱油效率与无裂缝岩心相差不大;③微裂缝岩心与无裂缝岩心相比,相渗曲线两相区较窄,含水率上升较快.     

混凝土裂缝宽度和深度对裂缝表面碳化的影响

为研究混凝土裂缝宽度和深度对裂缝表面混凝土碳化的影响,制作了带裂缝的钢筋混凝土试件并进行了碳化试验研究。研究采用碳化时未开裂的试件、裂缝近似贯通的试件、裂缝未贯通的试件的横断面,其中裂缝近似贯通试件、裂缝未贯通试件的横断面即为裂缝开裂断面。对于裂缝近似贯通和未贯通的试件,通过对比裂缝的宽度、深度和裂缝表面混凝土的碳化情况,并与未开裂试件断面混凝土碳化情况进行对比分析。研究结果表明,裂缝宽度对于混凝土裂缝表面的碳化几乎没有影响,表面碳化主要与裂缝深度有关。本文对混凝土开裂部位的耐久性研究仅以裂缝表面宽度为依据进行的方法提出了不同看法,建议将混凝土裂缝宽度和深度列为同等重要的研究依据。     

裂缝性页岩气藏水平井产能预测模型

基于页岩气藏线性、非稳态流动特点,考虑未压裂区双重介质特点及其对产气的贡献,建立页岩气多级压裂水平井渗流模型并求得定压条件下Laplace空间解。数值模型验证表明解析解与数值解吻合度高,在此基础上推导新的页岩气双孔瞬态产量典型曲线,补充和发展原有页岩气SRV模型典型曲线,并进行参数敏感分析,将新建典型曲线与SRV模型、Brohi模型典型曲线进行对比。结果表明:新典型曲线流动阶段表现为线性流与过渡流交替,较Brohi单孔外区模型典型曲线更复杂;气藏尺寸、窜流系数、内外区裂缝渗透率比对典型曲线影响很大,而储容比的影响不明显;未压裂区天然裂缝对气井产量有积极作用,对页岩气藏进行产能预测时不可忽略。     

CK油田C42井区人工裂缝对注水开发效果的影响分析

CK油田属于低渗透油田,由于储层孔喉细小,物性差,渗透率低,必须进行压裂改造,使其产生具有足够有效长度和高导流能力的人工裂缝,从而形成相对高产储层.该文以C42井区为例,首先采用动态分析法评价了人工裂缝对注水开发效果的影响,在此基础上对该地区裂缝开启压力进行研究,研究结果将对此类油田的开发有一定的指导意义.     

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。     

页岩气压裂增产机理与施工技术分析

能源是制约中国经济发展的重要因素,但中国常规油气资源基本上都已经进入了产量递减期,开发页岩气是一条势在必行之路。在页岩气开发中压裂又是最为关键的环节,它直接关系到了气井的产能、采收率和经济效益。较为全面地介绍了页岩气的压裂增产机理和施工技术,对中国的页岩气开发提出一些有益的建议。从地质入手分析了页岩的地质概况,建议加强对脆性和天然裂缝的评价;并详细阐述了改造体积增产理论,简要分析了影响页岩气井产能的因素;结合改造体积增产机理,对页岩气压裂中需要应用到的各项技术进行了分析,提出了一些新的观点以及研究建议。     

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。     

页岩气渗流机理研究进展及发展趋势

页岩气在复杂孔渗空间的流动属典型的多尺度多场耦合流动。开展页岩气渗流机理研究,有助于揭示页岩气藏中流体运移机制,为后期建立数学模型、开展数值模拟研究及产能评价与预测奠定理论基础。在调研国内外相关文献的基础上,并结合近期已开展的工作,从页岩孔隙结构特征、吸附解吸规律、含气量测试、应力敏感性、储层流体运移等实验内容以及分子动力学方法、直接蒙特卡洛方法和格子Boltzmann方法等微观流动机理模拟方法两方面进行归纳总结,阐述了页岩气渗流机理的研究进展,指出气体吸附程度对渗流规律的影响研究、页岩气多尺度介质流动机理实验评价装置研制、页岩气藏气水两相流动实验与理论研究是未来的发展方向。     

页岩储层流动机制综述

 为了研究页岩储层的流动机制,对国内外页岩气流动机理相关文献进行了广泛调研,详细阐述了解吸附、扩散和渗流的数学描述方法、影响因素、适用条件及存在的问题,为流动机制的深入研究提供参考.分析表明：气体在页岩储层中的流动主要经历解吸附、扩散和渗流3个过程.Langmuir等温吸附定律很好地描述了页岩气的解吸附规律,但在描述多组分气体解吸附时仍存在一定问题,需要进一步研究;Fick第二扩散定律能够准确地描述页岩气的扩散过程,如何划分渗流和扩散的流动区间并进行耦合还需进一步研究;气体在天然裂缝网络中的流动遵循滑脱效应的广义达西定律,在压裂诱导裂缝中的流动遵循Forchheimer定律;天然气在页岩储层的流动存在压敏、气水两相流动、温度变化引起的热效应、相变等多种流动机制,需要进一步研究.     

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。     

低渗透气藏垂直裂缝井椭圆渗流模型研究

针对低渗透气藏垂直裂缝井的渗流过程,考虑了非线性渗流和介质变形系数的影响,建立了椭圆渗流模型。根据此模型可以模拟气井生产压力降落过程中及关井压力恢复过程中地层压力分布状况。计算结果表明：在不稳定渗流早期,即压力波传播的第一阶段。压降漏斗曲线随时间不断扩大和加深;关井之后地层压力逐渐恢复,井底附近地层关井瞬间,地层压力上升趋势较为明显,关井时间越长,距离井底越远,地层压力上升速度越小。     

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。     

基于扩散的页岩气藏压裂水平井渗流模型研究

针对页岩储层纳米孔隙中天然气扩散作用对压裂水平井产能有多大影响这一问题,开展了渗流数学模型建
立、求解及定量计算分析研究,研究中采用了三线性渗流机理、克努森扩散机理及扩散引起渗透率增加值公式,绘制了
不同孔隙直径下克努森数与储层压力关系图版,得到了可用于实际生产预测的单井产能方程,从孔隙大小、储层压力、
气藏深度等3 个方面进行了扩散作用的分析,给出了页岩气藏生产过程中需要考虑扩散作用的各指标阈值。结果表
明,在储层压力条件下,孔隙越小的储层,扩散作用对产能的影响越大,而对于较大孔隙的储层,当井底压力低于模型
中计算出的阈值时,扩散作用就不应该被忽略。