页岩气藏三孔双渗模型的渗流机理

为了掌握页岩气储层气体复杂流动的规律,从而高效开发页岩气藏,对页岩气渗流机理进行了研究。借鉴适用于非常规煤层气藏双重孔隙介质模型和考虑溶洞情况的三重孔隙介质模型,基于页岩气储层特征和成藏机理,提出了页岩气藏三孔双渗介质模型;研究了页岩气解析扩散渗流规律,提出考虑储层流体重力和毛细管力影响的渗流微分方程;并利用数值模拟软件对页岩气产能进行了预测。结果表明：基质渗透率和裂缝导流能力是页岩气开采的主控因素,只有对储层进行大规模压裂改造,形成连通性较强的裂缝网络后才能获得理想的页岩气产量和采收率。     

利用分形模型计算气水相对渗透率

相对渗透率曲线是有水气藏开发计算、动态分析、气水分布关系研究的基础资料，而气水相对渗透率曲线一般通过气水两相渗流实验得到，但实验周期较长，往往不能满足科研生产需要。为了快速获得气水两相相对渗透率曲线，通过岩石毛细管压力曲线测定，建立孔隙结构分形模型，并利用分形模型计算气水相对渗透率。实践证明，利用分形模型计算的气水相对渗透率曲线与岩心的实测气水相对渗透率曲线吻合较好，可以较好地用于有水气藏的开发实践中。     

凝析气藏近井地层油气产状及渗流特征

提出了孔隙介质条件下凝析油气相态特征预测的相平衡模拟方法。将该方法应用于牙哈等凝析气藏的露点、反凝析油饱和度等相态特征研究,取得了令人满意的结果。将孔隙介质条件下凝析油气体系相平衡计算方法引入凝析油气渗流理论,得到了考虑吸附和毛管凝聚作用影响的凝析油气体系物化渗流模型,给出了考虑界面现象影响的凝析气井产能方程及描述凝析气藏近井地层反凝析油饱和度分布规律、气相相对渗透率分布规律、压降漏斗分布规律的数学模型。通过牙哈凝析气藏气井产能、反凝析油饱和度分布规律以及气相相对渗透率分布规律的预测计算,表明多孔介质界面现象的作用会加剧地层反凝析现象,产生附加的反凝析动态地层伤害,引起凝析气井气相相对渗透率和产能降低。     

绝对渗透率对相对渗透率及其应用的影响

针对低渗透、致密油藏储层评价过程中,岩心分析、测井、试井得到的渗透率可比性差,不同资料相对渗透率曲线特征差别大的实际,以华庆油田长6油藏为例,进行了渗流机理实验研究和不同相对渗透率曲线特征分析。研究表明,致密油藏气测渗透率、水测渗透率、束缚水下油测渗透率差别大,由此计算的相对渗透率曲线具有不同的特征,测井、试井得到的渗透率渗流条件不同,相对渗透率曲线在动态预测过程中应根据绝对渗透率的取值方法进行相应转换。研究结果对正确评价致密油藏、提高致密油藏生产动态预测结果可靠性具有重要意义。     

页岩气多级压裂水平井不稳定产量递减探讨

由于水平井钻井技术及水力压裂工艺的进步,页岩气藏已经可以开采得到工业气流。基于页岩气藏特殊渗流机理及解吸扩散规律,建立了在水平井钻井及多级压裂生产条件下综合考虑井筒储集、表皮效应、水力裂缝参数等多种因素影响下的双重介质页岩气多级压裂水平井不稳定渗流模型。通过运用点源函数法、Laplace变换、特征值法、正交变换法及Stehfest数值反演得到了双重介质页岩气多级压裂水平井产量递减特征曲线,分析了产量递减特征曲线对于表皮因子、吸附因子、裂缝条数、水平井长度以及裂缝渗透率的敏感性。该模型及研究可以用于更精确有效地预测页岩气多级压裂水平井产量动态变化。     

基于滑脱的页岩气藏压裂水平井渗流模型及产能预测

页岩气储层的纳米级孔隙中滑脱效应使渗流机理更加复杂,通过建立解析解模型定量分析其影响程度具有实际意义和理论价值。以页岩气藏压裂水平井三线性渗流理论为基础,通过分析滑脱对渗透率影响规律及计算关系,构建了考虑滑脱渗流的数学模型,并对模型进行求解,得到了可用于现场生产预测的压裂水平井产能方程;根据对渗透率增加幅度和产量增加值界定了受滑脱效应影响孔隙阈值;应用所建立模型通过实例计算分析了不同孔隙直径、不同生产压差下滑脱效应分别对产能的增加值,定量地评价了滑脱效应的影响程度,结果表明初期产能增加值可达到1 500 m3/d,后期生产也可达到400 m3/d。因此,当页岩气储层孔隙较小进行产能预测时滑脱效应需要被考虑,以便更能科学全面地反映其渗流规律。     

考虑多重应力敏感效应的页岩气藏压裂水平井试井模型

页岩气藏存在多尺度孔隙结构,流体运移方式多样,包括吸附、扩散和非达西渗流。目前页岩气多重运移流动模型仅考虑天然裂缝的渗透率和孔隙度为应力敏感系数,但实验表明扩散系数也具有应力敏感性。建立考虑多重应力敏感效应的压裂水平井试井分析模型,能准确分析和预测页岩储集层和流体参数,对页岩气藏生产动态分析和开发方案编制十分必要。基于页岩储集层多尺度孔隙结构,假设页岩气藏具有基质和裂缝系统的双重介质,考虑流体多重流动机理,建立以扩散系数、天然裂缝渗透率和孔隙度为应力敏感系数的压裂水平井试井分析模型,分析了压裂规模和页岩储集层特征参数对试井曲线的影响。结果表明,压裂规模参数主要影响气藏开采早期,页岩储集层特征参数主要影响气藏开采晚期。针对中国典型页岩气区进行分析,提出的试井分析方法能较好地拟合生产数据,可为页岩气藏高效开发提供一定借鉴。     

页岩气藏高效离散裂缝网络数值模拟方法

裂缝多尺度分布是页岩气藏的主要特点,一种能够兼顾计算效率及渗流机理的数值模拟方法是目前页岩气藏数值模拟研究的难点,然而必须经过人工压裂等储层改造措施才能实现商业生产的页岩气藏其裂缝网络十分复杂(天然裂缝+人工裂缝),传统的离散裂缝网络模型(DFN)、离散裂缝模型(DFM)以及连续介质模型(CMM)难以满足现场尺度页岩气的数值模拟研究。为此,构建耦合天然裂缝—基质渗流特征的表观渗透率解析模型表征天然裂缝渗流特征,利用DFN模型描述人工裂缝渗流特征,提出了高效的网格划分方法,形成了可实现现场尺度页岩气数值模拟的高效离散裂缝网络(EDFN)方法。敏感性研究结果表明：①吸附可通过增加页岩气地质储量而增加产量;②Knudsen扩散和气体滑脱效应通过改善生产后期岩石渗流能力提高页岩气产量;③由于页岩基质渗透率低至纳达西,裂缝应力敏感对页岩气产量影响不大。     

考虑解吸扩散的页岩气藏气水两相压裂数值模拟

水力压裂是实现页岩储层有效开发的重要技术手段,而准确预测页岩气藏压裂井产量是保证页岩气高效开发的基础。以油气藏数值模拟和数值计算方法为工具,在考虑页岩基质块解吸扩散和窜流条件下,建立了页岩气藏气水两相压裂渗流数学模型,推导了数值计算模型,并研制了页岩气藏压裂产能模拟器,定量分析了裂缝参数、物性参数和解吸扩散参数对页岩气压裂井产量的影响。研究表明：水力压裂能有效提高单井产量,是页岩气藏高效开发的有效措施;压裂裂缝导流能力和天然裂缝渗透率是页岩气开采的主控因素,日产气量和日产水量随压裂裂缝导流能力和天然裂缝渗透率增加而增加;基质渗透率和扩散系数对产量的影响相对较小。     

滑脱和应力敏感效应对页岩气开发动态影响的数值模拟研究

滑脱和应力敏感效应是影响页岩气藏开发动态的2个重要因素,为定量研究其对产气量的影响,运用等效孔隙介质模型,建立了同时考虑滑脱和应力敏感效应的页岩气藏两相渗流数学模型,采用有限差分方法对该模型进行了数值求解,用Fortran语言开发了页岩气藏数值模拟器,在定产量和定压衰竭式开采条件下应用该模拟器研究了滑脱与应力敏感效应对页岩气井产能的影响规律,并将计算结果与美国Haynesville页岩气藏W3井的实际生产数据进行了对比。结果表明:衰竭式开发导致页岩气藏的压力和渗透率均降低,生产井附近储层压力和渗透率急剧降低;在投产第1年内,产气量虽迅速下降,但滑脱和应力敏感效应对产气量影响较小;生产500 d后,滑脱和应力敏感效应对产气量产生明显影响,滑脱效应使产气量增加,应力敏感导致产气量降低;模拟结果与生产数据的衰减趋势吻合度较高,证明该页岩气藏数值模拟器计算结果具有较高的可靠性。页岩气藏开发数值模拟器的成功研制,为页岩气井产能预测提供了一种新的有效手段。      

页岩气藏水相损害评价与尺度性

页岩气藏基质储渗空间为纳米尺度,超低含水饱和度,高黏土矿物含量,发育微裂缝,需经压裂改造投产,气体产出是一个多尺度、多种传质过程,但压裂液易产生滞留,影响气体产出。页岩渗透率为纳达西级,难以利用测量损害前后渗透率的传统方法评价页岩气层损害。采用四川露头页岩岩样和4种滑溜水压裂液体系,利用压力衰减法,结合水相渗吸实验和气驱水返排实验,评价了压裂液滤液对岩心尺度的损害程度,分析了页岩气藏工作液损害评价的指标,认为传统渗透能力恢复率或渗透率恢复率不能作为页岩气层损害评价的唯一指标。基于评价结果,结合目前部分压裂液返排率低的气井产量反而比较高的非常规现象分析,指出页岩压裂液诱发水相圈闭损害是一个动态过程,具有尺度性,在评价过程还要考虑滞留压裂液对气体传递的积极作用,压裂液作用及返排制度是未来5~10年值得研究的重点问题。     

页岩气藏压裂动用程度及气体流动模拟研究

页岩储层孔喉细小、渗透率低,水力压裂后形成主裂缝及诱导裂缝网络加剧了页岩气流动的复杂性。为了准确表征页岩气拟稳态渗流特征,提出了离散裂缝耦合多重连续介质系统数学表征方法,并针对储层裂缝分布形态,利用商业数值模拟器建立了考虑吸附/解吸的页岩气藏离散裂缝耦合多重连续介质数值模拟模型。模型中采用局部网格加密的方法描述离散裂缝网络,基于建立的多重连续介质系统数学方法表征压裂后形成的密集分布微小裂缝体系。利用建立的模型,系统分析了储层横向/纵向动用程度以及裂缝导流能力、裂缝半长、裂缝排布方式等裂缝参数对页岩气泄气面积和气井产能的影响。研究发现,增大储层改造体积能够大幅度提高页岩气单井产量,但同时应当考虑主裂缝与次裂缝网络的配置关系;当储层改造体积相同时,最大限度提高裂缝与井筒之间的连通程度是提高页岩气产量的必要条件。研究认为,上述研究结果对页岩气压裂改造设计具有一定的理论指导意义。      

基于权重分配的页岩气储层可压性评价新方法

为了解决现有页岩气储层可压性评价方法无法连续评价页岩气储层可压性的问题,考虑地质甜点和工程甜点双重因素,通过定量评价地质甜点参数,综合矿物组分含量、细观力学参数计算工程甜点参数,运用标准化、归一化、调和平均和算数平均方法建立了基于权重分配的页岩气储层可压性评价模型。该评价模型充分考虑了页岩储层含气性和易改造性的潜力,确定总有机碳含量、镜质体反射率、剪切模量和断裂韧度4个参数作为评价可压性的关键参数:当总有机碳含量大于2%、镜质体反射率大于1.3%、硅质矿物含量为20%~60%、碳酸盐岩矿物含量为10%~30%、黏土矿物含量为30%~50%时,页岩气储层最适合进行压裂改造。利用建立的评价模型评价了四川盆地威远地区某页岩气井W井储层段的可压性,并根据评价结果指导了该井的压裂设计与施工,压后微地震监测显示,产生了较多裂缝,实现了体积压裂。这表明,利用该评价模型可以连续评价储层的可压性,根据计算结果可以更加准确地划分有效压裂层段和遮挡层段,可操作性强,具有工程应用价值。      

页岩气井体积压裂技术在我国的应用建议

页岩气因其储层渗透率超低、气体赋存状态多样等特点,决定了采用常规的压裂形成单一裂缝的增产改造技术已不能适应页岩气藏的改造,必须探索研究新型的压裂改造技术,方能使其获得经济有效地开发。为此,在总结分析美国页岩气储层的岩性、物性、天然裂缝与力学性质特征的基础上,依据复杂裂缝形成机理,提出了压裂形成复杂缝网、增大改造体积的基本地层条件的观点,归纳了直井和水平井体积压裂改造工艺技术方法等。实践表明:页岩气储层获得体积压裂后不仅初期产量高,而且更有利于长期稳产;在我国压裂增产改造将是开发页岩气最重要的技术手段。建议分海相、陆相两大类型开展体积压裂适应性、体积压裂优化设计技术与实施工艺技术、压后监测与评估技术等攻关研究。     

涩北一号气田第四系储层特征研究

涩北一号气田是柴达木盆地东部浅层生物气田，通过对涩3-15井岩样的系统实验分析，结合气井的测试资料，研究了涩北一号气田第四系储层的岩石特征、孔隙结构和物性特征，发现岩石以粒间孔为主，具有高孔隙度、中低渗透率的特点，孔隙度主要分布在25％～40％的范围内，渗透率主要分布区间为（1～100）×10^－3μ2，孔渗相关性不强；虽然该储层岩石疏松，但部分高泥质疏松砂岩中微裂缝发育，具有较好的渗透性，其产气能力甚至比泥质含量低的Ⅰ、Ⅱ类储层还强，因此可作为有效产层。这一认识为涩北一号气田的储层研究提出了新的观点，对气田的储量增长和产能建设具有积极意义。     

页岩气水力压裂裂缝缝网完善程度概论

受页岩气实际储层条件和施工工艺技术的限制,相同或相近的改造体积内的人工裂缝网络分布状态千差万别。仅用改造过的页岩气藏体积(SRV)进行改造效果的表征和评价,有可能导致评估认识上的偏差甚至错误。为此,利用人工裂缝扩展数值模拟技术和产能数值模拟技术,研究了人工裂缝和天然裂缝的空间分布状态、改造过的页岩气藏内部的压力状态和采出程度,提出了页岩气缝网、理想缝网、页岩缝网完善程度3个概念。研究成果表明:(1)在开采结束时,各目标区域根据被改造过页岩气藏内气体采出程度和生产时间,可以划分成"改造相对完善区""改造过渡区"和"改造不完善区"等3类;(2)缝网最终形态参数和储层特性是影响缝网完善程度的两个主要因素,对于特定的气藏在井眼轨迹给定的情况下,人工裂缝的方向、长度、导流、高度和空间位置是影响页岩气缝网完善程度主要因素。结论认为,页岩气水力压裂裂缝缝网完善程度理论的提出,丰富了页岩储层改造技术理论体系,对致密油气等其他非常规储层裂缝系统的表征也具有借鉴作用。     

Shale water as a pressure support mechanism in gas reservoirs having abnormal formation pressure

One problem often confronting reservoir engineers is an analysis of the reservoir mechanisms involved in the depletion of abnormally high pressure reservoirs. Two mechanisms that have been proposed are: (a) high rock compressibility; and (b) shale water influx. This paper is a study of the shale water influx theory. A literature search was conducted to establish what is known about shale permeability, compressibility, porosity, and water viscoity. The shale properties were used in a calculation of water influx for two actual superpressure reservoirs using a linear diffusivity equation in which permeability and compressibility were a function of pressure. Of the shale parameters, permeability and compressibility have the most influence on water influx. For an initial shale permeability of the order of 10⁻⁵ mD and an initial bulk compressibility of 40 × 10⁻⁶ psi⁻¹, shale water influx significantly affects the reservoir depletion. For shale permeabilities of the order of 10⁻⁷ mD, shale water influx is insignificant. It was also noted that the pressure distribution in the shale is very steep and only the first few feet of shale contribute materially to the water influx. An approximate method for extrapolating early p/z behavior in superpressure gas reservoirs is also presented.     

非常规油气勘探、评价和开发新方法

非常规油气资源丰富,商业开采潜力大,北美页岩油气已经实现工业化和商业化成功开采.因不同于常规储层的低孔、低渗等特征,非常规储层的勘探、评价和开发需要一套新的技术和方法.在对北美已经商业化生产的Eagle Ford,Marcellus和Hawkville等区块的页岩勘探、评价和开发技术调研的基础上,总结出一套针对非常规油气勘探、评价及开发的方法.首先通过二维和三维地震技术以及试验井勘探,识别盆地形态和边界、储层厚度和面积;其次通过岩心数据对测井曲线进行校正,获取包含测井资料、岩石物理分析成果和“七性关系”处理的测井解释综合成果图,并结合地震识别技术,对有利储层及“甜点”区分布进行预测;最后,应用地质导向技术,引导水平井钻井在相对高品质储层中持续安全稳定的进行,并结合三维地震技术,针对不同地质储层情况设计不同的压裂增产方案,达到有效增产效果.这些新方法的成功探索,能为中国致密油气、页岩油气及煤层气的勘探、评价和开发提供参考.     

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科林贝尔在1941年提出了气体在不含束缚水多孔介质中渗流时出现的滑脱现象。而且岩石越致密，渗透率越低，科林贝尔效应越明显。然而，到目前为止还没有一套可靠的描述低渗透气藏动态预测的模型和方法，对低渗透气藏的研究仍沿用常规气藏模型，导致预测开发指标与实际存在较大的差异，导致错误的开发决策。为此，章基于对低渗气藏渗流机理分析，建立了考虑科林贝尔效应的低渗透气藏非线性渗流数学模型、数值模型和模拟模型。通过对磨溪雷-1气藏磨75井区的模拟研究表明，章建立的方法、模型能正确地反映低渗气藏的开采动态。该项研究成功实现了对低渗透气藏的定量动态预报，为低渗透气田开发设计和开采方案优化提供了一项强有力的技术手段。