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。     

低渗透油藏压裂水平井压力动态特征研究

为研究低渗透油藏的压力动态特征,建立了考虑缝网压裂的压裂水平井三线性流数学模型,通过拉普拉斯变换和杜哈美原理求得了考虑井储和表皮效应影响的井底无因次压力解,应用Stehfest数值反演算法绘制了油井的井底压力动态响应曲线。分析了压力动态曲线特征并对其敏感性因素进行了研究。研究表明,弹性储容比主要影响压力导数曲线窜流凹子的宽度和深度及出现时间的早晚;窜流系数主要影响窜流凹子出现的位置;裂缝导流能力主要影响裂缝-内区(缝网区域)地层双线性流出现时间的早晚及内区窜流凹子的位置和形态;内区宽度主要影响内区地层线性流的持续时间。     

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。     

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。     

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。     

考虑应力敏感的稠油热采试井模型研究

基于稠油热采的物理过程,利用渗流力学基本原理,建立考虑应力敏感的稠油热采试井解释数学模型,通过Laplace变换和摄动变换法求解得到模型在拉氏空间的解析解,再利用Stehfest数值反演方法得到实空间的数值解,绘制无因次井底压力及压力导数与无因次时间的特征曲线,并进行影响因素分析。研究表明:该试井模型曲线可划分为5个流动阶段;考虑应力敏感影响时,内区与外区径向流阶段压力导数曲线都表现出不同程度的"上翘",外区径向流阶段压力导数曲线高于斜率为(1-n)/(3-n)的直线,应力敏感系数越大,偏离幅度越大;幂律指数越小,外区径向流阶段压力导数曲线"上翘"幅度越大。利用该模型可以分析储层的应力敏感特征,指导存在应力敏感效应的稠油热采试井资料的解释与研究。     

导流能力不均匀的部分压开垂直裂缝试井分析方法

考虑水力压裂不能完全压开厚层,压裂后支撑剂无法到达裂缝尖端,缝内导流能力分布不均匀,采用两段导流系数定量表征裂缝内不均匀的导流能力,建立了导流能力不均匀的部分压开垂直裂缝试井模型。运用Laplace变换求解渗流方程,获得考虑井筒储集效应与表皮效应的井底压力解,绘制典型曲线图版,模型参数敏感性分析表明:裂缝内不均匀分布的导流系数会影响井底压力响应特征,差异程度取决于裂缝两端导流系数比。压力与压力导数在双对数曲线上会出现斜率介于0.25～0.5的特征直线段。用本文提出的模型对新疆油田某油井试井解释表明实际储层厚度大于压裂厚度,为进一步改善压裂效果和提高解释精度提供了依据。     

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。     

非线性流下井筒压降影响的水平井产能分析

 大量研究表明,气体渗流受到启动压力梯度、滑脱效应、应力敏感等因素影响,针对气藏的特征,基于稳定渗流理论,在考虑气体高速非达西渗流的基础上,通过气藏渗流与井筒流动耦合,推导建立同时考虑滑脱效应、启动压力梯度、应力敏感等因素共同影响的气藏-水平井井筒耦合模型,并通过实例分析研究了各因素对井筒流量分布的影响.研究结果表明：非线性流特征对井筒流量在井筒跟端分布影响较大;井筒管径越小,绝对粗糙度越大,在靠近水平井的趾端部分井筒流量减小幅度越大,而在靠近水平井的跟端部分井筒流量上升幅度越大;非均质性越强,水平井长度越长,井筒中流量减小幅度越大.     

页岩气藏分段压裂水平井不稳定渗流模型

针对页岩气藏中吸附气和游离气共存的储集方式,基于双重介质模型建立考虑吸附解吸过程的页岩气藏不稳定渗流数学模型,并定义新的参数来表征基质中吸附解吸气量与游离气弹性释放量的比值,利用Laplace变换计算页岩气藏点源解,通过叠加原理得到定产量生产时水平井分段压裂改造后井底压力解,对考虑井筒和表皮系数的影响以及定井底流压生产时水平井动态产能进行分析。结果表明:在开采过程中页岩吸附解吸气量所占比例较大,且考虑吸附解吸后,定产量生产所需压差小,压力波传播到边界时间晚,压力导数曲线凹槽更加明显,同时定井底流压生产时压裂水平井产量更大,稳产时间更长;Langmuir吸附体积越大,压力波传播越慢,所需压差越小,压力导数曲线凹槽越深,同时页岩气藏稳产时间越长,产量越大,但产量的增幅越小。     

考虑吸附效应的非达西流压裂水平井试井分析

页岩气藏渗透率较低,流动过程中存在边界层影响和吸附解吸现象。在建立页岩气藏压裂水平井试井模型过程中,非压裂区域考虑为存在吸附效应的非达西流动,压裂区域考虑为双重孔隙介质达西流动,水力压裂裂缝区为达西流动。基于油气渗流理论和数学物理方法,建立了考虑吸附效应的非达西流压裂水平井试井模型,求解得到了考虑井筒存储和表皮效应的压裂水平井井底压力响应,并进行了压力响应参数敏感性分析。结果表明:启动压力梯度主要影响特征曲线后期上翘程度;窜流系数主要影响"凹槽"的位置,当同时考虑启动压力梯度和吸附解吸时,窜流系数还影响着解吸时间的长短;解吸系数主要反映解吸扩散程度,随着压力降低,页岩气解吸效果越明显,特征曲线中的"凹槽"宽度和下凹程度越大。研究对于页岩气藏压裂水平井的开发与动态监测具有一定的指导意义。     

非均布导流下页岩气藏压裂水平井产量模拟

现有的页岩气压裂井产能预测模型假设导流能力在缝长方向均匀分布,导致预测结果存在较大偏差。为提高压裂气井的产量预测精度,基于源汇思想和势的叠加原理,考虑压裂裂缝缝内导流能力的非均匀分布特征,建立了气井水力压裂后的非稳态产量预测模型,并通过数值方法对压裂水平井的产量进行了模拟。研究表明,与常规导流均匀分布的模型相比,缝内导流的非均匀分布对产量产生较大影响;在无因次导流能力较小时,强化近井地带裂缝导流能力的凹型分布等布局方式,有利于提高压后产量;随着无因次导流能力的增加,产量增幅逐渐降低;由于气层的供给能力有限,在无因次导流能力较高时,导流能力出现“过剩”,不同的导流能力分布方式下的产量接近。     

致密气藏多级压裂水平井生产动态机理分析

为准确预测致密气藏多级压裂水平井在非线性渗流和复杂裂缝下的生产动态特征,通过双重连续介质-离散裂缝耦合模型对原始致密储层和水力压裂裂缝系统流动特征进行刻画并构建综合渗流数学模型,采用非结构三维四面体网格和控制体积-有限元方法建立全隐式数值模型,并通过修正Peaceman方法建立复杂压裂水平井数值井模型,从而获得准确的数值解。开展含水饱和度、应力敏感系数、压裂裂缝压开程度和空间非对称分布等关键参数对X致密气藏某区块压裂水平井生产动态的影响因素分析。研究表明,该模拟方法能准确预测致密气藏压裂水平井生产动态特征,为致密气藏的高效开发提供理论支撑和计算工具。     

低渗气藏压裂水平井渗流与井筒管流耦合模型

目前国内外压裂水平井已成为开发低渗透油气藏的重要手段,正确预测压裂水平井的产能对水平井的开发方案设计、地层及裂缝参数等敏感性分析具有重要的指导意义。应用复位势理论和势的叠加原理,考虑气体在地层中渗流和井筒内管流的耦合,根据流体力学理论和动量定理,结合气体的性质和实际气体的状态方程,建立低渗透气藏压裂水平井地层渗流与水平井筒管流耦合的渗流模型及其求解方法。结合长庆低渗气藏实际进行对比计算,结果表明：（1）水平井筒内的压力损失对压裂水平气井的生产动态有一定的影响;（2）井筒内的压力呈不均匀分布;（3）每条裂缝的产量并不相等。在此基础上还分析了井筒半径、水平段长度、裂缝条数以及管壁粗糙度等参数对井筒压力损失和压裂水平气井产能的影响,得出一些有用的结论。     

低渗油藏垂直裂缝井产量递减规律

 油气藏改造时受地层复杂地应力的影响,压裂形成的垂直裂缝通常关于井筒不对称或裂缝左右两翼不在同一平面。针对垂直裂缝的特征,基于不稳定流理论,应用势理论、势叠加原理和数值分析方法,推导出低渗油藏垂直裂缝井产量动态预测模型,并利用实例分析了油井产量动态递减规律。结果表明,低渗油藏垂直裂缝井产量递减规律表现为油井初期产量较高,油井产量递减速度较快,而中后期油井产量进入缓慢递减阶段;裂缝非对称率对油井产量变化的影响较小,在开发初期,不共面夹角对油井产量变化的影响较大,油藏非均质性强弱对油井产量变化影响显著;裂缝长度越长,裂缝导流能力越大,油井产量越高,产量递减速度越快;随着裂缝长度和导流能力增加,产量增幅逐渐变小。