压裂裂缝网络不稳态流动半解析模型

与压裂单条缝及多条缝的流动模式不同,包含相互交错裂缝的压裂裂缝网络流动会在裂缝交汇处产生流向重定向和流量重分配的过程。通过引入星三角变换法,并结合有限差分方法对这一特殊流动过程进行描述,推导裂缝网络内部流动数值解。基于Laplace空间源函数及叠加原理建立油藏流动解析解。耦合该两部分流动,给出一个压裂裂缝网络不稳态流动半解析模型,并利用现场实例验证模型的实用性。结果表明:该模型可以处理裂缝空间位置和导流能力任意分布的裂缝网络,能够预测生产井的压力、产量动态及不同生产阶段的油藏压力分布;在上下封闭无界储层中,压裂缝网存在裂缝内部线性流、裂缝与地层双线性流、地层线性流、过渡流以及拟径向流;受井筒存储效应的影响,观测不到裂缝内部线性流;渗透率为1×10-7μm2级别的储层在生产早、中期流体流动主要集中在密度大及导流能力高的裂缝附近,但最终(生产30~50 a)的泄流区域都局限在压裂改造范围内,改造区外的储层流体很少流动。     

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。     

致密油层体积压裂水平井压力传播特征研究

考虑体积压裂水平井不同区域渗流特征(裂缝控制外区-裂缝控制内区-压裂水平井),建立了储层-裂缝-井筒耦合流动模型,应用Laplace变换及Stehfest数值反演,给出并分析了压力动态特征曲线。结果表明:基于压力导数曲线斜率,可以将体积压裂水平井压力传播过程划分为7个阶段:(1井筒储集控制阶段;2裂缝内径向流阶段;3裂缝及储层双线性流阶段;4裂缝干扰前线性流阶段;5裂缝干扰过渡流阶段;6裂缝内区线性流阶段;7裂缝外区拟径向流阶段)。同时,结合目标区块地质特征,分析了压裂参数对各阶段压力传播特征影响。结果表明:裂缝导流能力主要影响缝间干扰前早期流动特征,持续时间约200 h;裂缝条数主要影响缝间干扰出现的时间,持续时间约1 000 h;裂缝半长几乎影响整个生产前期与中期流动阶段,影响时间可持续至10 000 h。因此对于目标区块致密储层而言,建议首先优化裂缝半长,其次为裂缝条数,最后为导流能力。研究将对压力传播阶段识别、生产动态解释及裂缝参数优化提供理论基础。     

页岩气藏压裂水平井五区复合模型产能分析

水平井结合水力压裂技术已经成为高效开发页岩气藏的有效手段。为此,建立并求解了综合考虑页岩气解
吸、扩散和渗流特征的页岩气藏压裂水平井五区复合渗流模型,获得了Laplace 空间的产量解析解。运用Stehfest 数值
反演技术得到了实空间的无因次产量,绘制并分析了无因次产能递减曲线。研究结果表明：产能递减曲线可划分为6
个流动阶段;窜流系数主要影响解吸扩散及以后的流动阶段;导流能力主要影响早期裂缝线性流动阶段;压裂区宽度
越大,产能越大;压裂区渗透率主要对中后期的产能曲线产生影响,渗透率越大,压裂之后形成的缝网与天然微裂缝沟
通的越好,产能越大。研究结果可为页岩气藏分段压裂水平井产能递减分析提供科学依据。     

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。     

致密气藏3D裂缝压裂水平井非稳态渗流分析

综合考虑压裂后裂缝未完全穿透地层厚度及致密气藏应力敏感性基础上,建立了致密气藏多段压裂水平井非稳态渗流模型,通过Laplace变换和无限傅立叶余弦变换得到了该模型半解析解。计算结果表明,致密气藏流体流动可划分为6个流动阶段,分别为早期线性流、早期拟径向流、过渡阶段线性流、过渡阶段拟径向流、拟稳态窜流和晚期拟径向流;应力敏感性主要影响晚期流动阶段,包括过渡阶段拟径向流、拟稳态窜流和晚期拟径向流;应力敏感系数γ越大,在晚期流动阶段压力和压力导数曲线"上翘"得越高;在早期渗流阶段,2D裂缝与3D裂缝压力导数曲线不重合,3D裂缝具有"球形流"渗流特征;垂向渗透率越小,"球形流"渗流特征表现得越明显;在垂向渗透率相同的情况下,穿透比越小,压力导数曲线上"球形流"特征越明显。     

一种简便的测试压裂压力递减分析方法

目前缺乏简便有效的分析测试压裂压力递减数据的方法,为此开展了测试压裂压力递减特征研究,研究中采
用了数值模拟的方法,结果表明：施工停泵后压裂液在地下裂缝和储层将依次经历裂缝延伸、弹性闭合、闭合后拟线性
流和闭合后拟径向流4 个流动阶段,其压降导数在双对数坐标下会依次呈现1/2 斜率、3/2 斜率、1/2 斜率和0 斜率直
线段;进一步提出运用井底压降及其导数双对数曲线分析方法,首先诊断出压裂井的各个流动阶段,再分别利用G 函
数、FL 函数和FR 函数模型分析获得压裂储层关键参数,如初始地层压力、闭合压力、地层系数、压裂液滤失系数。东
海低渗气田某测试压裂井的实例应用证明了提出方法的可靠性和实用性。     

多段压裂水平井不均匀产油试井模型

针对某条或多条裂缝产油量较小或不产油这一问题,运用Green函数、Newman乘积方法和叠加原理,建立多段压裂水平井不均匀产油试井模型,将裂缝内流动划分为远离井筒的变质量线性流和靠近井筒的径向流表征裂缝有限导流,利用Stehfest数值反演得到考虑井筒存储和表皮效应的实空间井底压力解,绘制典型图版,并分析不均匀产油和裂缝参数对井底压力的影响。结果表明:多段压裂水平井均匀产油和不均匀产油的压力和压力导数特征差异明显;两端裂缝产油量越大,压裂裂缝间距越大,裂缝半长越小,裂缝呈纺锤形分布时,缝间干扰越小,早期径向流越明显,在系统拟径向流之前出现一个新平台。与试井软件Saphir中的经典多级压裂水平井数值模型对比,结果证明了提出的模型的正确性。     

多翼裂缝垂直井的瞬态压力分析

水力压裂形成的复杂裂缝网络破坏了单个线性裂缝的流动特性，给油井的动态预测带来了极大的挑战。为了研究多翼裂缝垂直井的瞬态压力特征，基于源函数理论和叠加原理将地层系统分为两个子系统，利用离散坐标法建立了瞬态压力分析的半解析模型。通过Laplace变换及Stehfest反演算法绘制了油藏中各流动阶段的识别曲线。在此基础上，通过改变裂缝数量、裂缝长度、裂缝角度、裂缝分布形式和裂缝导流能力等参数对复杂裂缝网络进行了敏感性分析。研究结果表明，多翼裂缝垂直井的地层流动共经历了4个阶段，其中，裂缝数量及长度对地层内地层线性流影响较大；裂缝分布形式对地层内双线性流及地层线性流影响较大且复杂；裂缝导流能力对地层内的双线性流动影响较为明显；裂缝断裂角度对地层内各流动阶段的动态压力特性影响均较小。     

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。     

致密储层垂直裂缝井压力动态特征

 针对致密储层非达西渗流规律及垂直裂缝井的特殊流动模式,采用考虑井筒存储和裂缝表皮的三线性流模型描述早、中期流动阶段及考虑启动压力梯度的有效井径模型反映晚期拟径向流阶段。通过三线性流模型和有效井径模型的优化组合,建立了致密储层垂直裂缝井不稳定渗流试井分析模型,采用最小二乘法拟合三线性流模型与有效井径模型的压力解。分析了无量纲导流系数、裂缝表皮及启动压力梯度对井壁压力及压力导数动态曲线的影响,结果表明：无量纲导流系数越大,压力降越小,从而能量损耗越小;裂缝表皮主要影响早、中期压力动态;启动压力梯度越大,后期无量纲压力增加越明显,说明渗流过程能量损失增大。     

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。     

双重介质油藏水平井试井分析方法

水平井开发双重介质油藏比直井能取得更好的开发效果,已为油田开发的实践所证实。水平井试井分析是油藏类型识别及求取地层参数的重要手段。考虑井筒储集和表皮效应的情况下,建立了双重介质无限和盒型封闭油藏中水平井三维渗流的数学模型,利用拉普拉斯变换获得了数学模型的解,并对一口实例水平井的试井资料进行了分析,获得了裂缝渗透率、表皮系数、井筒储集系数、弹性储容比和窜流系数,结果表明,所提出的理论和方法是可行和实用的。     

一种已压裂页岩气水平井的产量预测新方法

水平井加多段压裂已成为页岩气藏的主要开发模式,针对压裂后的页岩气藏具有人工裂缝、天然裂缝及纳米
级孔隙等多种流动空间,开展了渗流数学模型的建立与求解研究。通过等效简化构建了三线性渗流模型,考虑了具有
解吸吸附作用的基质空间线性渗流、以等效天然裂缝为主的裂缝网络空间线性渗流、等效主裂缝内的线性渗流。对
三重渗流分别建立了极坐标空间和拉普拉斯空间下的数学模型,并对数学模型进行求解,得出单井气藏的产能公式和
井底压力公式。应用所建立模型,对实际压裂水平井的产能进行了求解,与实际产量进行对比,表明利用文中方法建
立的模型及解析解进行产能预测分析是可行的。