考虑应力敏感和水力裂缝方位角的页岩产能模型

产能预测对页岩气的高效合理开发有着重要的作用,而目前国内外对于页岩气分段压裂水平井产能的研究没有同时考虑到天然裂缝应力敏感和水力裂缝形态及渗流特征对产能的影响。为此,根据双重介质渗流理论,综合考虑了页岩储层的吸附解吸、扩散运移、天然裂缝的应力敏感效应,建立了页岩储层渗流模型;同时考虑水力裂缝的有限导流能力、裂缝方位角等因素,利用点源函数方法将裂缝离散,之后叠加建立水力裂缝模型,最后将两种模型耦合得到页岩气藏压力水平井不稳定渗流模型和产能模型。根据已建立的页岩气压裂水平井产能模型,编程计算出产能特征曲线;通过对比模拟结果分析出,与实例类似的页岩气压裂水平井的最优水力裂缝导流能为15~18 D·cm,最优缝长分布方式为外高内低的U型,最优水力裂缝间距分布为等间距分布;模拟结果与页岩气井的现场数据的对比,也验证了该模型的准确性。该研究对页岩气开发有着重要的指导意义。     

页岩储层天然裂缝剪切滑移特性实验研究

为研究页岩储层天然裂缝剪切滑移特性,基于GCTS TRR-1000三轴力学系统,设计了注入流体和水力裂缝共同作用下的天然裂缝剪切滑移实验.实验结果表明:(1)天然裂缝在与水力裂缝相交前就发生了微小的剪切滑移(<0.02 mm),但此过程的剪切滑移是天然裂缝压实所致;裂缝相交后由于注入流体的作用天然裂缝发生破坏,进而产生...     

考虑缝间流量不对称的裂缝井干扰试井分析方法

考虑压裂缝间的相互干扰作用,采用有限差分方法耦合地层与裂缝渗流方程,建立压裂井邻井干扰试井模型,绘制试井典型图版.分析裂缝表面线流量分布,由于存在缝间干扰,压裂井裂缝表面线流量呈非对称分布.同时,由于干扰井裂缝的高导压能力,模型中干扰信号将更快传导至观察井井底,压力导数曲线提前出现干扰过渡阶段.研究了观察井与干扰井布井...     

压裂裂缝间距优化设计

在多裂缝压裂设计中,如何合理设置水力裂缝间距、最大限度形成缝网是储层改造过程中的关键问题.水力裂缝的形成会在裂缝周围产生诱导应力使得储层的应力差得到改善.根据单条水力裂缝诱导应力的解析解提出一种简便的裂缝间距设计方法,从而能最大限度促进复杂缝网形成.以平面二维水力裂缝的线弹性应力场为基础,采用应力叠加的方式来计算,通过...     

应力干扰对致密油体积压裂水平井产能的影响

致密油储层的孔喉细小,渗透率低,油井没有自然产能,开发难度大。水平井体积压裂是致密油开发的主要手段。目前关于水平井体积压裂下的致密油产能预测模型研究,均没有考虑到裂缝之间应力干扰的影响,计算结果往往偏大。该文研究了裂缝之间应力干扰对水力裂缝宽度变化的影响,分析了应力干扰对于致密油体积压裂水平井产能的影响。研究结果表明,裂缝之间的应力干扰会降低水平井的产能,在考虑应力干扰的时候,水力压裂的最优裂缝数目会减小,而且裂缝的高度对水平井产能的影响较大。     

缝面位移控制压裂裂缝同步扩展数值模拟

分段多簇压裂是非常规油气藏有效动用的重要工艺,压裂裂缝的复杂程度是提高单井产量和控制储量的基础,储层裂缝的扩展形态受地层物性,压裂工艺参数影响较为复杂。因此,为探索压裂裂缝同步扩展的形态特征及影响因素,建立了分段压裂缝面位移参数控制裂缝扩展数学模型,通过典型井取心岩心力学实验和数值模拟,结果表明：分段压裂簇裂缝的同步扩展形态与井斜角密切相关。井斜角在90°减小至0°时,裂缝扩展形态特征由双翼对称向双翼非对称转变,90°时簇裂缝向外侧发生偏转,且在裂缝尖端和应力阴影区,最大、最小主应力方向均发生转向,更利于复杂缝网的形成;小于90°时,裂缝向内侧发生偏转。分段压裂簇间的应力干扰作用强度与压裂排量值正相关、与簇间距离值负相关。压裂排量大小对提高裂缝的缝长和缝宽的扩展距离作用明显,能有效提高单井控制储量范围,但缝宽的扩展存在上限;簇间距10 m时,每孔排量不低于0.12 m³/min才能有效形成簇间应力干扰;排量0.18 m³/min,簇间距离小于20 m时,裂缝间的应力干扰显著,最大与最小主应力方向均发生转向,更好形成复杂缝网,簇间距离大于20 ...     

页岩储层微裂缝发育程度预测方法

微裂缝发育程度直接影响页岩储层孔渗性,准确预测微裂缝发育程度对页岩气勘探开发具有重要意义,本文建立了一种页岩储层微裂缝发育程度预测方法。在电镜观测及高压压汞实验基础上,分析了页岩微裂缝基本特征,提出了微裂缝发育量化指标。分析了页岩矿物组分及有机质含量对微裂缝发育的控制作用,建立了页岩微裂缝发育程度预测模型,对川南龙马溪组页岩微裂缝发育程度进行了预测,预测微裂缝孔体积平均值为0. 000 543 m L/g,黏土矿物对微裂缝孔体积贡献最大,占比达到70%,有机质次之,占比为24%,脆性矿物贡献最少,占比为6%。分析了微裂缝预测结果与页岩储层孔渗性之间的关系,验证了预测方法的可靠性。     

吉木萨尔致密储层压裂多缝干扰产能分析

针对吉木萨尔区块致密油薄互层储层的细分切割多簇压裂改造工艺措施,使用斯伦贝谢地质工程一体化软件Mangrove进行了缝间干扰压裂模拟,探究了在两种不同工况条件下簇间距、单段射孔簇数及加砂强度对裂缝发育形态、储层改造效率、裂缝规模和施工压力的影响,并对各种施工方式的经济性进行了对比评价。研究发现,簇间距是影响缝间干扰的主要因素,单段射孔簇数的影响较弱。缝间干扰越严重,裂缝形态越复杂,施工压力越高,储层整体改造效果越好,但也有出现裂缝无法起裂的情况,具体施工设计要依据现场实际情况调整。     

裂缝性页岩气藏考虑应力敏感的产量递减模型构建

 页岩气藏广泛采用常规气藏产量递减模型进行动态分析,而页岩气在储层中的赋存方式具有一定的特殊性,主要以吸附态和游离态为主,所以常规气藏递减分析方法已不再适应。本文在传统裂缝-基质双重介质模型基础上,引入无因次应力敏感系数,定义两个无因次吸附参数——无因次Langmuir体积和无因次Langmuir压力,建立了考虑应力敏感和吸附效应影响的裂缝性页岩气藏产量递减数学模型。利用隐式差分和牛顿迭代方法,进行数值离散,获得产量的数值解,并绘制了Blasingame型产量递减曲线。分析表明,裂缝性页岩气藏应力敏感越大,无因次产量、产量积分及产量积分导数越小;页岩气基质吸附量越大,无因次产量递减积分导数曲线出现下凹的时间越晚;同时结合页岩气井生产数据,页岩气藏的吸附常数和其他地层参数,以及应力敏感效应引起的产量下降都可以通过典型曲线得到。     

页岩气储层水力裂缝转向扩展机制

从页岩储层岩石断裂力学角度出发,推导三维空间中水力裂缝激活和转向控制方程,将转向扩展的水力裂缝视为不连续正应力条件下的连续延伸。分析控制裂缝转向扩展形态的关键因素和力学特征并进行实例计算。结果表明:从主裂缝扩展长度方向看,水平地应力差越大,裂缝转向后宽度越窄;压裂液排量和黏度越大,裂缝转向后剩余能量越大,裂缝宽度越大;水力裂缝和天然裂缝初始逼近角约为30°时最容易沿天然裂缝发生转向;水力裂缝发生转向后表观形态有较大变化,裂缝向偏离最大主应力方向扩展,造成裂缝宽度变窄;裂缝打开能量的过多耗散造成裂缝总体长度和体积变小;水力裂缝转向能扩展为2~3种裂缝模式的复合。     

页岩气藏缝网压裂物理模拟的声发射监测初探

水力压裂模拟实验中,对水力裂缝的监测和识别是研究储层裂缝形态的基础。利用室内大尺寸真三轴水力压裂物理模拟装置对300 mm×300 mm×300 mm立方体页岩试样开展体积压裂实验,建立多通道声发射实验监测系统,在试样两个对称侧面布置声发射探头,采集实验过程中裂缝破裂时的声波信号,对裂缝缝网形成过程进行三维动态实时跟踪,可以明确水力裂缝起裂和裂缝扩展形态;再结合声发射计数曲线和泵压曲线可以实时监测水力裂缝不同扩展阶段,判别水力裂缝与天然裂缝相互沟通过程。监测过程发现,声发射累积次数最高点先于破裂压力点出现,水力裂缝扩展接收的声发射信号多于天然裂缝开启过程,地层破裂后泵压曲线的波动可以识别裂缝之间的沟通程度,打开试样观察示踪剂的分布特征进一步验证了声发射监测结果。     

页岩气储层毛管压力曲线分形特征

通过分形理论利用毛管压力曲线分析页岩储层的孔隙分布特征,研究储层内部的复杂孔隙结构。根据四川盆地上三叠统页岩储层样品的实测毛管压力曲线,结合前人的研究成果,总结出2类页岩储层毛管压力曲线;分段拟合计算分形维数后,发现压汞曲线只有部分段的分形维数在合理范围内。说明利用分形维数研究页岩储层孔径分布时,要对曲线进行分段拟合。此外,证明了毛管压力曲线能够反映孔径>150nm的中孔的孔隙半径分布。     

V型切口脆性断裂的最大周向应力准则

基于2个基本假设,建立了I-II复合型V型切口脆性断裂的最大周向应力准则。给出了I型V型切口的临界应力强度因子与I型裂纹的临界应力强度因子之间的关系,并用有机玻璃板材加工成2种I-II复合型V型切口试样,进行了实验验证。实验结果表明,所提出的I-II复合型V型切口脆性断裂的最大周向应力准则与实验结果基本吻合。     

页岩气的开发

 页岩气作为一种资源量巨大的非常规天然气,具有“自生自储,原地成藏”的特征,其储层致密、开采难度大、气井投产后“初产高,递减快,长期低产”的特点明显。综述了全球页岩气的储量、开发技术及意义,介绍了目前中国页岩气的开发现状。中国页岩气资源丰富,地质资源量134.42×10¹² m³,技术可采资源量25.08×10¹² m³,“水平井+体积压裂+工厂化作业”是页岩气成功开发的基本模式,目前在长宁-威远、昭通和涪陵3个南方海相页岩气示范区实现了初步规模开发,已经具备了年产气97亿m³的生产能力。分析表明,合理高效地开发页岩气,对于缓解中国能源供需矛盾、调整能源消费结构、增强国际天然气定价影响力及促进区域经济发展均具有重要意义。     

织纳地区龙潭组煤系页岩气储层特征与勘探潜力评价

为查明织纳地区龙潭组页岩气勘探前景,通过分析Z2井龙潭组泥页岩样品的矿物组成、有机地化特征、微观孔隙特征、钻孔泥页岩厚度、分布情况及其含气性特征,研究了龙潭组页岩气储层特征并对页岩气勘探潜力进行评价。结果表明：泥页岩有机质类型为Ⅱ₂-Ⅲ型,且以Ⅱ₂为主,总有机碳含量为1.34%~8.25%,平均值为3.68%,有机质成熟度为0.92%~3.24%,平均值为2.45%,属于高-过高成熟演化阶段,具有较好的生气潜力。扫描电镜结果显示泥页岩样品主要发育四类微观孔隙,包括粒内孔、粒间孔、有机质孔和微裂隙,内部孔隙发育,为页岩气提供良好的储集空间。Z2井泥页岩脆性矿物含量为24.40%~63.08%,平均值为41.22%,泥页岩总厚度为170.74m,占比42%,发育5个有效连续厚度大于15m的泥页岩层,与邻井可形成2个泥页岩层段,适宜进行压裂改造。织纳地区龙潭组泥页岩具备良好的生气条件、储集条件和可压裂性,具有较大勘探潜力。     

致密砂岩与页岩压裂缝网形成能力对比评价

压裂裂缝网络形成的程度,是能否实现致密油藏经济有效的开采的首要因素。针对长庆油田长7致密砂岩油藏储层,采用了页岩用的裂缝网络形成的评价方法,结合声发射仪器,对比了长7致密砂岩与页岩2种岩心压裂后形成缝网的能力。通过实验可以看出,致密砂岩压后呈现为简单的平面主裂缝特征,而页岩均呈现无主裂缝的无规则散布特征;岩石脆性并不是影响致密砂岩形成缝网的主要因素;在无水平地应力差或水平地应力差较小的情况下,长7致密砂岩油藏储层能够形成一定程度的复杂裂缝;天然裂缝系统的发育程度也是长7致密砂岩油藏体积压裂形成缝网的关键因素。     

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。     

鄂尔多斯盆地富县页岩气缝网压裂适应性研究

页岩气开发是近几年国内外研究的热点,缝网压裂是目前页岩气开发的主要技术手段。文章对比分析了美国页岩气与富县延长组页岩气成藏条件,认为鄂尔多斯盆地富县区块延长组长7段具有页岩气开发的潜力。进行了富县与美国各大盆地岩石矿物组成对比分析研究,分析了石英、长石、粘土矿物等组分对缝网形成条件的影响,确定富县区块延长组长7段储层进行缝网压裂的可行性。通过杨氏模量和泊松比计算出长7段页岩脆性范围为54.3%-67.4%,对比结果表明富县延长组长7段页岩使用缝网压裂能够形成较为复杂的网状裂缝;在此基础上,针对富县区块延长组长7段的储层特征提出了缝网压裂的初步方案,即使用低粘度压裂液和低密度支撑剂,大液量、大排量、小粒径和低砂比的压裂工艺,在页岩中形成大规模的裂缝网络,提高油气动用程度,扩大可采储量,对富县区块延长组长7段页岩气改造具有一定的指导意义。     

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。