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。     

页岩气藏分段压裂水平井产能分析

页岩气是主要以游离态和吸附态赋存于泥页岩系统中的非常规天然气资源,游离气和吸附气含量是影响页岩气藏水平井产能的关键因素。为了研究游离气和吸附气含量对水平井产能的影响,对含气量确定方法和影响因素进行了综述。在此基础上,利用Eclipse双孔介质和对数间距网格加密方法建立了页岩气藏水平井地质模型。设计5套不同游离气和吸附气含量方案进行模拟计算,将水平井日产气量、累积产气量、游离气和吸附气日产气量、游离气和吸附气采出程度、地层压力分布进行对比分析,明确了页岩气藏游离气和吸附气含量对水平井产能的影响。研究结果表明:随游离气含量增加和吸附气含量降低,水平井日产气量和累积产气量逐渐增加;水平井初期产气量主要由游离气贡献,吸附气主要在气井投产的中后期产出;游离气采出程度远高于吸附气的采出程度,高游离气含量是页岩气藏获得高产的重要前提。     

页岩气水平井体积压裂试井压力特征

 页岩气藏普遍采用体积压裂方式开发。通过考虑吸附解吸影响的渗流方程,建立了考虑压裂体体积及展布的水平井渗流模型,分析了不同压裂体体积及展布情况下的压力特征。研究表明:压裂体体积及展布主要影响早期线性流曲线形态特征;压裂体的压裂程度影响着早期线性流持续时间的长短;早期线性流曲线特征受多重因素影响,在对体积压裂进行试井评价时需要综合考虑。     

页岩气藏分段多簇压裂水平井产能模型及影响因素分析

根据页岩气藏储集特征和分段多簇压裂水平井的开发方式,基于双重介质模型建立了考虑吸附气和游离气共存以及气体滑脱效应的页岩气藏不稳定渗流数学模型。利用Laplace变换、镜像映射和叠加原理,得到了定井底流压生产时分段多簇压裂水平井的产能解析解;结合Stehfest数值反演计算并绘制了产能曲线。研究结果表明:发生窜流后,随着压力下降,基质系统的吸附气解吸向裂缝系统供气,压裂水平井的产能增加;分段多簇压裂水平井的端部外侧裂缝对产量贡献最大,对裂缝半长非常敏感,同一段内中间裂缝对产量贡献最小,受簇间距离影响较大;水力裂缝的分布方式对分段多簇压裂水平井的产能影响较大,裂缝段簇比越大,累积产气量越高;气藏压力越低,滑脱效应对页岩气井产能的影响越大。     

页岩气藏水平井分段压裂缝间应力干扰全三维模拟

已有多裂缝应力干扰分析模型多基于二维或拟三维假设,该类模型只能考虑裂缝沿水平面的扩展与水平方向的就地应力大小,同时对裂缝形态有较强约束。为了更加准确地分析三维空间多裂缝干扰模式,建立了基于三角形单元位移不连续方法的全三维多裂缝扩展数值模型,对采用二维与三维模型预测的应力干扰强度进行了比较,计算了多裂缝扩展引起的三维空间应力分布。模拟结果表明:全三维压裂模型能够更加准确地刻画地层应力分布与裂缝形态。与二维模型预测的结果相比,三维模型预测的裂缝间应力干扰更弱,预测的裂缝变形诱导应力变化和裂缝扩展速度更小。     

应力敏感页岩气藏水力压裂直井试井分析

应力敏感效应普遍存在于天然裂缝发育的页岩气藏中。本文根据页岩气渗流理论及吸附气解吸特征,引入Langmuir等温吸附公式和渗透率模数,建立了应力敏感双孔单渗页岩气藏水力压裂直井的不稳定渗流数学模型。并用变换式和摄动技术线性化处理非线性偏微分方程,同时应用Lord Kelvin点源基本解、Poisson求和公式、修正Bessel函数积分等方法求解出应力敏感页岩气藏水力压裂直井在Laplace空间中的无因次井底压力响应函数。通过Duhamel叠加定理和Stehfest数值反演算法得到实空间的数值解,并绘制无因次压力和压力导数双对数变化曲线,进一步分析渗流特征及Langmuir体积、Langmuir压力、无因次渗透率模数、储容比、窜流系数等对无因次压力和压力导数动态特征的影响。     

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。     

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。     

不等距压裂水平井井底瞬时压力计算方法

利用源汇理论建立并求解了不等距压裂水平井渗流的数学模型,获得了不等距压裂水平井井底瞬时压力计算公式,分析了压裂水平井井底的压力变化规律。研究表明,压裂水平井的压力典型曲线主要分为5个阶段,其压力导数曲线呈现两个水平段,第一水平段值为N/2,第二水平段值为0.5。当裂缝均匀分布时,第一径向流持续时间较长;当裂缝分布不均匀时,第一径向流持续时间则较短。     

多段压裂页岩气水平井不稳定线性流分析

基于三重介质模型的解析解,分析多孔介质参数,如水力裂缝储容比、天然裂缝储容比、天然裂缝窜流系数和基质窜流系数,对无因次产量递减曲线的影响,提出中晚期不稳定线性流控制判断标准;基于三重介质模型的分析方法分析国外某多段压裂页岩气水平井生产数据,并对水力裂缝半长进行评价,通过油藏数值模拟进行验证,最终得出该井水力裂缝半长为42.2 m。研究表明:基于三重介质模型计算的水力裂缝半长更为准确,结合不稳定线性流分析方法和油藏数值模拟方法能有效提高计算结果精度。     

页岩气藏水平井分段多簇压裂与流动数值模拟

为探究页岩气藏水平井压裂参数对产气量的影响,开展了分段多簇压裂与流动的数值模拟研究。裂缝扩展模型考虑应力阴影作用,利用位移不连续方法求解应力与位移不连续量。耦合井筒和裂缝中流体流动,并采用牛顿迭代法求解;考虑页岩气的黏性流、Knudsen扩散和吸附解吸,采用离散裂缝模型对压裂后页岩气的流动进行了求解。模拟结果表明:多簇裂缝同步扩展时裂缝间距越小,两侧裂缝偏离最大水平主地应力方向角度越大,中间裂缝宽度越小;随着水平井压裂段数增加,累积产气量增加,但增加幅度逐步降低;至于压裂段,三簇压裂比两簇压裂累积产气量高;裂缝间距越大时,累积产气量越高。     

裂缝性气藏分支水平井试井模型及井底压力动态

综合运用渗流力学、数学物理方法、计算数学基础理论,基于严格的数学推导,建立裂缝性气藏分支水平井不稳定试井模型,并求得模型的Laplace空间解,利用Stehfest数值反演结合计算机编程,绘制出裂缝性气藏鱼骨型分支水平井的典型曲线。结果表明:裂缝性气藏鱼骨型分支水平井不稳定渗流过程可能出现早期纯井储段、井储后过渡段、裂缝系统第一径向流段、裂缝系统线性流阶段、裂缝系统第二拟径向流段、分支干扰过渡段、裂缝系统第三拟径向流阶段、窜流段和总系统拟径向流段9个流动阶段;水平井分支长度越短或分支间距越长,第二拟径向流段越明显。     

页岩气水平井防塌水基钻井液体系研究

为解决油基钻井液在页岩气水平井中应用时带来的环保问题和钻井液处理成本较高的问题,通过室内实验优选出了性能优良的封堵剂、抑制剂和润滑剂,并结合其他处理剂,研究出一套适合页岩气水平井的防塌水基钻井液体系,室内对其综合性能进行了评价.结果表明:钻井液体系经过130℃老化后,其流变性能稳定、滤失量较小,具有良好的耐温性能;钻井...     

低渗透裂缝性油藏压裂水平井产能动态分析

低渗透裂缝性油藏,裂缝分布复杂、储层物性差、渗透率低、流动过程符合低速非达西渗流特征,需要采用水平井结合水力压裂技术进行开发。基于压裂水平井三线性流模型,结合沃伦-鲁特模型,建立考虑启动压力梯度的压裂水平井不稳定渗流数学模型,得到其在Laplace空间的解析解。运用Stehfest数值反演算法得到实空间的数值解;并绘制无因次产量随时间变化的双对数特征曲线图,进一步对诸多影响因素进行分析。结果表明:启动压力梯度越大,流动阻力越大,压裂井后期产量越低。人工主裂缝导流能力主要影响初期产量;内区储容比越大,中期产量递减越平缓,窜流系数越大,压裂井中期产量越大,下降越平缓。外区储容比越大,后期产量下降越平缓,窜流系数越大,后期产量越大,下降越平缓,外区边界反映出现时间越早;综合考虑增产效果和经济效益,人工压裂主裂缝条数存在最优值范围。     

长岭火山岩气藏水平井开发技术

火山岩气藏一般具有岩石类型繁多、岩性岩相复杂、孔喉结构杂乱、低孔低渗、储层非均质性极其严重等特征.针对火山岩气藏地质特征复杂和开发难度大的特点,对吉林长岭火山岩气田地质特征进行深入研究,分析论证了水平井在提高单井产能、产能替换比、面积替换比和单井控制储量等方面的技术要素.将这些技术要素与直井进行对比,结果表明,利用水平井技术开发火山岩气藏是可行的.     

层理产状对页岩气水平井井壁稳定性的影响

根据四川盆地某页岩气田所取岩芯进行的强度实验,发现页岩呈现出显著的强度各向异性,沿层理面的剪切滑移是井壁失稳的主要机理。结合岩石力学实验结果,分析层理产状对井周应力状态的影响,得出井壁失稳风险分布图的演变过程,进一步分析了水平段坍塌风险随层理产状的变化规律。研究发现,沿层理面倾向钻进的水平井,坍塌压力随层理面倾角的增加先升高后迅速降低;沿层理面走向钻进的水平井则会不随着层理面倾角增大而发生变化。研究结论可以为页岩气钻完井设计提供参考。     

非凝析气与蒸汽混注水平井井筒流动传热特征

为了准确预测非凝析气与蒸汽混注水平井的井筒沿程流动特征,基于热采水平井管柱跟端注汽与趾端注汽模式,充分考虑水平井的孔眼出流、压降损失以及注入流体的热效应和相态特征,建立射孔水平井混注非凝析气(N2、CO2)与蒸汽时的井筒沿程变质量流动半解析模型。采用井筒细分微元与节点分析方法进行求解,对气汽混注下的稠油水平井井筒沿程流动特征进行研究,并探讨各注入参数对于井筒流动特征的影响。结果表明:模型的模拟结果显示仅靠近注汽点位置处的井段加热效果较好,这与矿场实际情况较为吻合;相比传统注蒸汽,气汽混注下的水平井热有效长度更长,加热效果更好;不同注汽模式的水平井具有不同的加热效果,在实际生产过程中,可以轮回改变注入管柱的下入深度,实现不同的加热模式,改善水平段油藏加热效果。     

三重介质油藏负表皮系数水平井瞬态压力的有效算法

为了更好地描述多尺度孔隙碳酸盐岩油藏的渗流特征,建立考虑多重窜流的三重介质油藏水平井不稳定试井模型,并对模型求解,绘制典型曲线。通过对水平井与直井在不稳定渗流早期流线特征的相似性分析,以及对不同表皮系数定义的正确区分,确定各表皮系数间的关系,进而引入水平井有效井径的概念。结果表明:多尺度孔隙碳酸盐岩油藏水平井开采下的渗流过程可能出现9个流动阶段;该方法与传统方法相比计算结果可靠,彻底解决了负表皮系数水平井瞬态压力计算的难题,适用范围广。