页岩气产能评价方法及模型研究

非常规气藏渗流机理复杂,具有独特的渗流机理和生产动态特征,难以用常规的气井产能方法评价产能,预测可采储量。从渗流力学出发,根据页岩气藏压裂后储层特征,建立了页岩气藏复合模型,确定了页岩气井稳产时间,分析了内外区渗透率、内区半径、启动压力梯度、解吸压缩系数和储层厚度等影响规律;并参照Vogel方程建立了页岩气井产能方程。结果表明:内区渗透率、外区渗透率、内区半径、储层厚度和解吸压缩系数是影响页岩气井产能的敏感因素;表皮因子和启动压力梯度不是敏感因素。通过可靠性分析,参照Vogel方程建立的页岩气井产能公式能够快速、准确的判断页岩气井的产能。     

北美页岩气规整化产量递减分析方法应用研究——以长宁-威远示范区为例

摘要：页岩气井控压生产时,工作制度变换频繁,产量及压力递减缓慢,常规递减方法难以对其生产动态进行准确预测。针对控压页岩气井生产特征,北美Haynesville提出采用规整化产量同时耦合压力及产量影响,进行页岩气井动态分析。本文基于上述方法,通过地质参数类比、数值模拟计算和矿场实例应用等验证手段,论证了该方法对于长宁-威远示范区气井生产动态分析的可行性,并提出了采用该方法预测长宁-威远示范区页岩气井最终可采储量（EUR）的相应步骤。本文研究成果证实了北美规整化产量递减分析方法应用于国内同类型页岩气田控压限产气井的可行性及优势,对国内同类页岩气田动态分析及生产规律预测具有参考和借鉴价值。     

北美页岩气规整化产量递减分析方法应用——以长宁-威远示范区为例

页岩气井控压生产时,工作制度变换频繁,产量及压力递减缓慢,常规递减方法难以对其生产动态进行准确预测。针对控压页岩气井生产特征,北美Haynesville提出采用规整化产量同时耦合压力及产量影响,进行页岩气井动态分析。基于上述方法,通过地质参数类比、数值模拟计算和矿场实例应用等验证手段,论证了北美规整化产量递减分析方法对于长宁-威远示范区气井生产动态分析的可行性,并提出了采用该方法预测长宁-威远示范区页岩气井最终可采储量(EUR)的相应步骤。研究成果证实了北美规整化产量递减分析方法应用于中国同类型页岩气田控压限产气井的可行性及优势,对国内同类页岩气田动态分析及生产规律预测具有参考和借鉴价值。     

页岩气井EUR快速评价新方法

页岩气井通常采用控压进行生产，这既可降低储层应力敏感效应，又可改善气井生产效果，提高气井最终可采储量（EUR）。同时，频繁变更工作制度又会导致气井生产数据波动剧烈，给准确预测气井EUR带来了新的挑战。因此，通过对现有气井生产数据处理方法的综合分析，首先，开展了变工作制度下波动数据降噪方法的研究，结果表明双对数坐标系下的压力规整化产量-物质平衡时间图版能使波动数据得到有效的收敛；然后，基于降噪处理后的数据形态特征，建立了页岩气井EUR评价新模型，提出了一套页岩气井EUR评价新方法。实例分析表明，新方法与经典方法的评价结果相近，确保了新方法的可靠性；同时，新方法操作更简便，计算更高效，避免了经典方法中参数多、拟合难的问题，可更加快速地完成页岩气井EUR评价。     

考虑压裂液流体特征的井筒多相流模型建立

针对页岩气井流体与常规气井流体的差异,基于页岩气井流体特征实验,对压裂液黏度、密度及表面张力与温度的变化关系进行研究。依据实验结果进行拟合得到返排液各物性的相关式,对常用压降模型及井筒温度预测模型进行修正并联立得到页岩气井筒温度压力耦合模型。利用F页岩气田气井真实数据进行实例计算,分析表明修正后的Gray模型精确度最高,验证了新温度压力耦合模型的科学性与合理性。     

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。     

煤层气井采气机理分析

从水文地质的角度分析了稳定状态和非稳定状态下煤层气井的生产过程,揭示了煤层气井生产的实质就是通过排水达到降压、采气,以地下水运移规律为指导进行排采是煤层气井持续、稳定、高产的关键。同时结合不同地质情况分析了煤层气井的产气规律及趋势,为煤层气井的预测生产提供了理论依据。     

三交区块煤层气井煤粉产出动态规律及管控措施

为查明煤粉产出对煤层气井开发的影响,揭示煤粉产出的动态规律,制定合理的煤粉管控措施;以鄂尔多斯盆地东缘三交区块8口煤层气井和典型井SJ23-1的现场煤粉体积分数监测和排采数据为依据,分析了煤粉对煤层气井排采的影响,划分了煤层气井排采煤粉的4个阶段,根据三交区块产出煤粉的动态特征和地质条件制定了合理的煤粉管控措施;实践表明:煤粉的产出是多种因素综合的结果,排采初期和产气量快速上升期是煤层气井发生卡泵的高发期,制定的管控措施能有效地减少卡泵事故的发生,减少煤粉对储层的伤害,更好地保护煤储层,延长煤层气井的生产周期,提高煤层气井的产气能力.     

高压气井修井挤压井井筒流动模型

塔里木油田克深气田超深、高温、高压,部分气井在生产过程中环空异常带压,若长期监控生产,井控风险大,需要进行压井以便开展修井作业。高压气井修井挤压井作业过程井筒流动规律复杂,压井风险高。考虑压井过程井筒-地层复杂耦合流动,建立了高压气井挤压井数学模型,模型预测结果与实测数据吻合较好,能够满足高压气井挤压井施工设计的需要。通过数值计算,分析了高压气井挤压井作业井筒流动规律及影响因素。研究表明,挤压井过程中井底压力和油压对地层渗透率、储层厚度、地层压力、压井液排量等参数较为敏感,储层渗透率和厚度越低,地层压力越高,压井井底压力和油压越高。压井液排量越大,压井持续时间越短,产生的井底压力越高。挤压井作业需根据储层渗透率、厚度及地层压力等参数,确定合理的压力液排量等施工参数,在保证压井成功高效的前提下,避免压漏地层。     

煤层气井采气机理分析

从水文地质的角度分析了稳定状态和非稳定状态下煤层气井的生产过程，揭示了煤层气井生产的实质就是通过排水达到降压、采气，以地下水运移规律为指导进行排采是煤层气井持续、稳定、高产的关键。同时结合不同地质情况分析了煤层气井的产气规律及趋势，为煤层气井的预测生产提供了理论依据。     

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。     

基于改进残差的神经网络方法预测页岩气甜点

北美页岩气革命取得的巨大成功对全球能源格局产生了深远的影响,并引起了工业及学术界的广泛关注。甜点预测是提高页岩气钻井成功率、保障压后产能的一项关键技术。目前传统方法预测页岩气甜点区存在误差较大的问题。以加拿大商业开发成功的页岩气产区Fox Creek地区为例,对控制该区页岩气甜点的地质及工程因素进行详细剖析,在此基础上,提出一种改进残差的神经网络方法来分析页岩气甜点主控因素,并建立甜点区预测模型。结果表明,影响研究区页岩气甜点区的主控因素为孔隙度、渗透率、泥质含量、埋深、地层压力、脆性指数和压裂施工参数（水平段长度、压裂段数、支撑剂注入质量和压裂液注入体积）。改进残差神经网络算法在测试及训练的产气量数据预测方面吻合度分别达到0.94和0.85,展现出很好的预测效果。基于改进残差神经网络的预测模型表明,西部和南部Duvernay边界处发育页岩甜点区,向东北部逐渐变差。该页岩气甜点预测模型为该地区页岩气的后续高效开发提供了可靠的基础。     

页岩气水平井重复压裂关键技术进展及启示

由于页岩气水平井初始增产措施的种种不利因素，产量达不到预期，加之目前低迷的油价背景，页岩气水平井重复压裂技术越来越受到页岩气资源开发的关注。随着压裂技术的不断发展，许多页岩气区块已经成功实施了这一技术，以提高生产率，并增加页岩气井的最终采收率。综述了页岩气水平井重复压裂优化选井的程序，并讨论了关键工艺技术和监测分析技术，最后，结合目前不同技术的研究现状，对今后页岩气水平井重复压裂技术的研究方向进行了展望，提出了结合“大数据”技术选井、套损变形井柔性修复、基于损伤力学的裂缝监测以及新型材料的压裂液和支撑剂等技术攻关的建议。中国页岩气资源潜力巨大，加速形成适合中国页岩气水平井重复压裂配套技术，会对未来中国页岩气商业开发起到促进作用。     

威远区块页岩气水平井产量主控因素分析

四川盆地威远区块国家级页岩气示范区开发效果显著,但仍存在单井产量差异较大的问题,深入分析页岩气水平井高产的主控因素是目前研究的重点。利用威远示范区取芯井地质及测井资料明确龙马溪组龙一₁¹小层作为最优开发层系,开展储层精细评价研究,结合水平井压后评价建立了储层厚度、最优靶体位置、I类储层钻遇率与产量之间的关系,明确了天然裂缝发育程度对水平井产量的影响,定量计算了压裂液量、砂量和排量3项工程参数与缝网有效性的关系。结果表明：（1）龙一₁¹小层厚度与产量呈高度正相关;（2）距离龙一₁¹小层底部距离0~4 m是最优靶体位置;（3）I类储层钻遇率的高低直接影响着水平井高产与否;（4）天然裂缝发育有利于页岩气获得较高产量;（5）根据工程参数定义的缝网综合有效系数达到0.8以上时,可认为形成了有效的页岩气流动通道。     

考虑氧化作用的富有机质页岩吸附水量

页岩气井大型水力压裂后压裂液返排率普遍较低,滞留压裂液可能诱发页岩产生裂缝,但在水力裂缝与天然裂缝中占据有效气体传输通道,影响压裂效果。选取四川盆地龙马溪组典型富有机质页岩,采用填砂管与粒状页岩模拟体积改造的页岩气层,开展了蒸馏水与氧化液体积改造后页岩气层吸附水量的对比实验,明确了氧化对压裂液渗吸分散到裂缝附近基块孔隙的作用与机理。结果表明,与蒸馏水相比,氧化作用可以增强页岩渗吸分散水相作用,降低页岩孔隙空间内的自由水量,增加页岩吸附水量;富有机质页岩氧化作用消耗有机质,分解有机黏土复合体,裂缝与孔喉壁面更多的黏土矿物接触压裂液,增加黏土矿物吸附水量,降低裂缝面及基块孔隙含水饱和度,释放渗流空间。建议根据具体工程地质特征,优选氧化性流体的加入时间及用量,充分发挥滞留氧化性压裂液的造缝能力,促进压裂液渗吸分散,实现压裂液少返排或零返排,增大气体在裂缝中有效渗流通道。     

川东南五峰组-龙马溪组页岩气目标评价及水平井设计技术

川东南地区五峰组-龙马溪组具有良好的页岩气勘探开发潜力,利用实验、地震、测井、钻井及压裂等资料,以页岩气甜点目标评价为主线,开展地质-物探、地质-工程一体化研究,结合勘探开发实践,明确了地质综合评价、甜点目标评价体系及水平井地质-工程一体化设计等目标评价技术系列。甜点目标评价体系是以“三因素控气”地质认识为指导,建立甜点目标评价体系和标准,优选有利目标。水平井地质-工程一体化设计技术是通过优化水平井部署和压裂设计,穿好层、压好缝,提高单井产量。通过目标评价技术集成及应用,形成固定做法、固化成熟技术,高效指导川东南地区五峰组-龙马溪组页岩气勘探开发。     

压裂液侵入对页岩储层导流能力伤害

大规模水力分段压裂是页岩气等非常规资源高效开发的关键技术。页岩气井返排率一般较低,大量的压裂液长期滞留地层对储层岩石、支撑剂强度等造成一定的伤害,影响页岩储层压裂改造长期效果。针对该问题,通过室内试验模拟研究现场压裂前后气测导流的变化规律,对压裂液伤害程度进行表征。结果表明:压裂液侵入降低了支撑剂、页岩岩石强度,导致支撑剂破碎率、岩石嵌入程度加剧,导流能力伤害达到60%以上;使用大粒径支撑剂、较高铺砂浓度,优选破胶性能好、低残渣、防膨性强的压裂液,能有效提高导流能力,降低压裂液伤害程度。研究结果对页岩地层压裂设计,降低压裂液伤害提高产量提供参考。     

基于分步有限元法的多级压裂过程中套管应力敏感性分析

目前中国四川地区页岩气开发大多采用大排量分段压裂工艺技术,部分页岩气井在施工过程中出现套管变形的现象,导致后续施工改造无法顺利进行,严重影响了页岩气井的正常生产。因此准确了解压裂过程中套管应力的变化规律具有重要意义。区别于传统模型,基于分步有限元方法,考虑了钻井、完井、压裂整个施工过程,构建了页岩各向异性下套管-水泥环-地层组合体有限元分析模型,模拟多级压裂过程中组合体应力以及温度场随时间的变化特征。分析了两种模型下注液温度、套管内压、地应力变化、地层孔隙压力变化、水泥环弹性模量以及地层弹性模量等因素对套管受力状态的影响。研究结果表明:(1)压裂过程中,采用传统模型会低估套管应力的增大程度;(2)大排量压裂施工过程中,井筒内温度震荡变化,注液温降导致套管应力明显升高;(3)地应力分均匀性以及孔隙压力的增大会导致套管应力有所增加;(4)页岩各向异性对套管应力的影响较小,其中地层性质的下降会导致套管损坏的几率增加。因此在今后的页岩气压裂改造过程中,有必要采用分步有限元模型,综合考虑这些影响因素,合理优化相关的压裂作业参数,从而确保后续压裂完井作业的正常进行。     

页岩气藏开发的关键因素

 页岩气藏是一种非常规气藏,属连续型气藏,其储层结构复杂,为低孔、低渗型,对开发技术要求很高。本文简述国内外页岩气开发现状,对北美页岩气藏开展研究并总结其勘探开发成功经验,认为其有效开发的关键是甜点区优选及储层压裂改造,综合地质评价是页岩气资源投入开发的基础,储层改造技术是动用页岩气储量的核心。介绍了开发目标区优选的主要地质参数及钻完井优化的主要内容,同时结合中国页岩气井地质及工程参数实际对比,提出了页岩气成功开发的工作思路,即在水平段储层评价基础上,进行有针对性压裂射孔设计,采用适合工程参数以增大缝网改造体积和效率,进而提高单井产量。     

Shale gas exploitation with supercritical CO2 technology

This paper analyzes the physicochemical properties of supercritical CO2, the characteristic of shale gas and shale gas reservoirs. The technologies of drilling, production, fracturing using the supercritical CO2 in shale gas exploration are proposed, to increase the penetration rate, decrease the damage to formation while fracturing, and enhance the recovery of shale gas. It is believed that the huge economic benefits of shale gas exploration with the supercritical CO2 fluid will be obtained, and it also can initiate a new technology field of CO2 in the petroleum engineering.