基于时间序列相似性与机器学习方法的页岩气井产量预测

页岩气井单变量产量预测存在较强的不确定性,而现场生产动态数据同时包括多个相关指标,针对如何选取合理的多变量数据对页岩气井产量进行预测,在保证计算效率的情况下提高预测精度。页岩气井的生产动态数据集包括日产气量、日产水量、套压、油压、油嘴直径、开井时间和温度等,采用欧式距离和动态时间弯曲距离对生产动态数据时间序列进行相似性度量,依据与日产气量的相关度,把数据分为强相关时间序列和弱相关时间序列;其次,基于卷积神经网络、循环神经网络、长短期记忆网络和门控神经网络分别对全时间序列、强相关序列、弱相关序列和单变量序列进行页岩气井产量预测;最后,以平均绝对误差、均方根误差和决定系数作为评价指标,得到不同序列的误差由小到大排序为强相关序列、全时间序列、弱相关序列、单变量序列,优选的机器学习方法为门控神经网络和长短期记忆网络。结果表明,采用机器学习方法结合页岩气井强相关性序列(日产气量、套压、油压、日产水量)能有效降低预测误差,提高页岩气井产量预测效果。

基于停泵压降数据的页岩气井单段裂缝参数反演——以长宁N209井区页岩气井为例

水平井多级分段多簇压裂是页岩气藏有效开发的关键技术,准确评价缝网参数是开展压裂效果评估、压裂工艺优化和压后产能预测等工作的重要前提.传统页岩气井压裂裂缝参数表征主要采用裂缝扩展模拟与现场监测等手段,对压裂施工停泵压降曲线的信息挖掘与利用不足.采用数字滤波方法消除停泵压降数据的水锤波动,利用分形裂缝表征页岩气井压裂缝网,结合数值试井分析实现了单段裂缝参数反演,建立了一套基于停泵压降数据的缝网参数反演工作流程.该成果在长宁公司N209井区压裂井成功应用,并对裂缝参数评价结果与一体化压裂模拟和产气剖面测试等反演结果进行了验证.结果表明,基于停泵阶段压降数据的单段裂缝参数反演结果显著提升了参数解释精度,有助于揭示页岩气井段间产气能力差异的原因;气井产能与裂缝总长和裂缝表面积的相关性明显高于利用广域电磁法确定的压裂改造体积,其中,早期日产气量与总缝长相关性最高;预计最终回收率与裂缝表面积相关性最高;缝网总长与单簇压裂液规模强线性相关,反映了长宁区块页岩气井压裂工艺2.0的技术先进性.获取页岩气井单段裂缝参数可为产能主控因素分析和压裂效果评价提供更加有效的分析指标.

物理—数据协同驱动的页岩气井产量预测方法

由于页岩气渗流机理复杂,赋存方式多样,压裂后对裂缝网络的精确识别和表征存在较大困难,现有方法难以准确预测页岩气井产量。为此,提出了机理—数据融合建模的思路,结合连续拟稳态假设、物质平衡方程、产量递减分析方法和递推原理,建立了物理—数据协同驱动的产量预测方法,进而以中国某区块页岩气井现场生产数据为例,对该方法的准确性、可靠性进行了测试,并与经验产量递减分析和时间序列分析方法进行了对比分析。研究结果表明:(1)建立的产能模型采用拟压力代替压力,采用物质平衡拟时间代替时间,弱化了产量、流压和甲烷物性变化带来的影响;(2)以累计产量误差最小为目标开展历史拟合,弱化了生产制度变化带来的影响,使得建立的产能模型能够自动适应流压—产量变化;(3)应用该方法的关键在于采气指数—物质平衡拟时间双对数图中的特征直线,若图中出现特征直线,则可以开展产量预测,反之,则不能预测。结论认为:(1)建立的产量预测方法将不稳定流动问题转化为拟稳态流动问题求解,简化了对储层非均质性的描述,避开了裂缝网络精确识别和定量表征的难题,计算效率高,可解释性强;(2)生产数据测试结果表明该产量预测方法精度高,长期预测结果稳定,并优于Logistic Growth Model、Duong和StretchedExponential Production Decline经验产量递减分析方法,也优于非线性自回归神经网络、长短记忆神经网络时间序列分析方法。

一种页岩气井的缝网沟通诊断方法

随着对页岩气藏地质认识的深化,页岩气藏立体开发调整已是提高页岩气储量动用率和采收率的一种常用方式。受井距小、天然裂缝发育、老井动用不均等影响,页岩气立体开发井之间的压裂干扰不可避免且干扰类型多样,老井表现出的动态特征差异明显,故以生产响应为基础的缝网沟通诊断必不可少。文中以南川工区页岩气藏为研究对象,采用水力压裂模拟、气藏工程动态分析等手段,开展了页岩气井缝网沟通诊断方法研究。结果表明:1)按照裂缝导流能力,立体开发井缝网沟通机理可表现为天然裂缝与压裂缝所组成缝网的4种沟通形式。2)响应于不同的缝网沟通形式,在立体开发井压裂施工期间,老井关井套压呈现平稳上涨、上涨波动、轻微波动回落、剧烈波动等4种波动类型,套压涨幅主控因素为天然裂缝发育程度、井间采出程度及新井强改造规模等。3)结合老井复产后生产指标、递减规律、试井曲线等的变化特征,建立了南川工区页岩气立体开发井压裂干扰缝网沟通预测表。在矿场实践中,可以根据预测表中的某几个特征,预测井间生产干扰或缝网沟通情况,为精细化数值模拟和立体开发井分段压裂优化提供科学指导。

页岩气井邻井压裂干扰响应特征及机理探讨:以涪陵页岩气田为例

涪陵页岩气田是我国探明储量最大的非常规页岩气田,储层以页岩为主,具有低孔低渗、非均质性强等特点。自2018年率先在国内部署开发调整井并实施水力压裂,面临着由于压力场变化导致周围老井压力异常变化,从而影响老井正常生产等问题,给气田采收率的提升带来了不确定的因素。从已产生影响的一次井网老井生产情况来看,邻井压裂影响干扰特征呈现多类型、多特征、多结果、多主控因素的特点,而目前还没有统一的邻井压裂干扰响应特征描述方法和机理解释。以涪陵页岩气田为例,在大量文献调研的基础上,基于一次井网整体有效动用程度,开展了页岩气井邻井压裂干扰响应特征及机理探讨。研究表明:(1)页岩气邻井干扰按照对母井技术可采储量的影响结果分为正面、无、负面干扰3种类型,造成3种干扰类型的差异主要与子母井空间井距、穿行层位、采出程度、地层压力、应力差异等因素相关;(2)初步明确了产生邻井压裂干扰的机理是子井和母井裂缝沟通程度及两者人工缝网重叠程度不同;(3)根据干扰带来的不同结果需采取合理的井距设计,压裂施工前采取母井关井恢复压力至稳定状态、子井压裂施工期间采取远场封堵转向压裂技术等方式规避负面影响。研究结果为制定合理的压裂防干扰措施提供了理论支撑,对行业具有良好的指导意义。

考虑气水两相流动的页岩气井压裂-生产一体化数值模拟

基于位移不连续法和离散裂缝统一管网模型,采用顺序迭代数值模拟方法,构建了考虑气水两相流动的页岩气井压裂-生产一体化数值模型。模型考虑了天然裂缝、基质物性对压裂过程的影响,且直接将压裂后地层压力及含水饱和度分布用于后续焖井、生产模拟,可以更准确地实现压裂-生产一体化模拟。模拟结果表明:储层物性参数对裂缝扩展有较大影响,合理预测压裂结束后地层压力及储层流体分布是准确预测页岩气井产气量、产液量的关键;相较于常规方法,提出的模型同时考虑压裂对基质压力及含水饱和度的影响,可以更准确地模拟产水量、产气量。将建立的模型应用于实际页岩气压裂水平井的压裂-生产一体化模拟,模拟结果与实际生产数据吻合程度较好,验证了模型的准确性。

页岩气井智能一体化复合排采工艺系统研究与应用

页岩气井产量递减速度快,生产后期井筒容易产生积液,需采用排水采气手段才能实现正常生产。而目前常用的单一排采工艺存在工艺效果周期短、作业施工频次高、劳动强度大、智能化程度低、施工风险和投入成本较高的缺点,影响了页岩气井的开发效率。为解决上述问题,基于不同排采工艺原理、数字孪生、大数据挖掘以及物联网理论和原理,并结合气井生产工艺实际需求,将目前页岩气井生产所需要的主流排采工艺进行了集中整合,研究出了一套适合页岩气井的智能一体化复合排采工艺系统。该系统能够根据现场实际情况,通过携液流速、携液流量、油套管液面高度、举升压力和测井柱塞动力等参数判断是否需要启动以及启动哪种类型的排采工艺,实现了智能复合工艺的有效管理和精确管控。智能一体化复合排采工艺系统在长宁页岩气田的宁209H35平台进行了现场先导性试验,结果表明,该工艺系统能够有效改善试验井的生产状况,工艺措施后平台的放喷生产次数和气举辅助工艺的应用次数均明显减少,日产气量和日产水量均有明显的提升,稳产效果较好,具有规模化推广应用的潜力。

某页岩气井连续油管震击器断裂案例分析

某页岩气井连续油管钻磨桥塞过程中发生一起震击器芯轴断裂事故,通过对工具断裂情况进行宏观分析,初步判断为弯扭断裂。结合震击器使用工况和受载特点,利用泵压数据进行傅里叶变换并得到泵压变化频谱,分析并认定是由于使用偏心磨鞋造成了泵压振动频率明显增大,泵压的高频波动增加了震击器芯轴的应力疲劳程度,最终造成了芯轴的断裂,并提出了改进建议。

长水平段页岩气井连续油管钻磨技术研究及应用

长水平段页岩气井连续油管钻磨作业过程中反复出现下入困难、钻磨桥塞遇卡、钻磨效率低、长水平段内打捞困难、连续油管遇卡后处理困难等难题。常用的水力振荡器、震击器以及金属减阻剂等措施效果有局限性,再进一步提升较为困难。尤其是可溶桥塞溶解不充分形成二次胶结物,导致连续油管钻磨过程中卡钻事故频发。通过研制反循环打捞磨铣一体化工具、流线型凹底磨鞋以及可溶桥塞助溶剂等,探索并构建以“工具-液体”为核心的长水平段连续油管钻磨技术,在实践中获得初步成效,为深层页岩气高效开发提供助力。

关井时机对页岩气井返排率和产能的影响

页岩气井压后返排率普遍较低,大量的压裂液永久赋存于储层中,对页岩气井的生产有可能造成不利影响。为此,以实际生产数据为基础,分析了页岩气井早期生产返排特征,并根据典型数据建立相应的数值模型,研究了不同时机关井持续时间、生产制度对页岩气井返排率和产能的影响。结果表明:①在返排前关井期间,极窄的相渗曲线共渗区急剧降低压裂液在储层中的渗吸运移速度,关井100 d后移动距离小于3 m,随着关井持续时间增加,压裂液返排率呈指数降低,开井的初始产气量先减小后增大,对长期产气量的影响则恰好相反,因此,并不能简单得出关井时间越长,越有利于生产的结论 ;②而在生产返排后关井期间,随着关井持续时间增加,返排率减小,开井的初始产气量增大,长期产气量则会减小,但相比之下,返排后关井效应弱于返排前;③对于生产制度而言,生产压差增大会掩盖应力敏感导致的渗透率降低效应,最终表现为累计产气量、累计产水量都增加,同时,高生产压差人工缝底部积液,而低压差含水饱和度则几乎为0。该研究成果为认识压裂液的滤失机理及其在储层中的赋存方式、确定页岩气多段压裂水平井的最佳关井时间与生产制度,提供了技术支撑。

基于施工曲线的页岩气井压后评估新方法

基于有限的资料进行压后评估分析,对于压裂方案的持续改进具有重要的意义。为了再认识储层及人工裂缝参数,把压裂施工曲线分为前置液注入和主压裂施工两个阶段。通过统计前置液注入阶段的地层破裂次数、平均压力降幅和平均压力降速,可以定性判断地层脆塑性;根据压裂施工中的能量区域可定量化计算综合脆性指数。真三轴大型物理模拟试验结果显示,主压裂施工阶段曲线压力波动频率和幅度反映了裂缝的复杂程度,结合地层脆塑性可综合诊断远井裂缝形态。以渝东南某页岩气P井为例,进行压后评估分析。结果表明:①水平井筒延伸方向的页岩地层非均质性较强,以自然伽马值260 API作为该区地层脆塑性的界限,偏脆性地层更易形成复杂裂缝系统;②P井有一半裂缝为单一缝,为了进一步改善开发效果,应进一步采取精细分段、转向压裂等措施。该成果为进一步改进该区压裂井设计、提高压裂有效改造体积提供了理论依据。

页岩气井可压裂性综合评价方法研究及应用

页岩气井可压裂性评价是保证压裂改造效果的重要基础。目前对可压裂性研究主要是在常规物性基础上将岩石脆性矿物含量或岩石力学参数作为水平井压裂施工段优选的重要依据。但压裂过程中沟通并延伸天然裂缝是形成缝网的关键,因此须将分支裂缝的形成条件作为页岩气井可压裂性评价的重要组成,以提高有利层段选评的准确性。通过分析人工裂缝与天然裂缝相交后起裂力学条件,提出相交后形成的分支裂缝起裂压力计算方法,再根据人工裂缝内的压力变化情况和储层地应力状态,建立人工裂缝与天然裂缝相交后的起裂模式并将其无因次化后作为评价的组成要素,形成页岩气井可压裂性综合评价方法。基于四川盆地南部页岩气Wx2直井的地质、测井数据对龙马溪组有利层段的分析,按照综合评价结果进行射孔和压裂,其测试产量明显高于该区块其他常规可压裂性评价的直井。表明该方法具有较高的准确性和适用性,既能保证压裂改造效果,又能降低施工风险和成本。

温度与压力作用下页岩气井环空带压力学分析

为解决页岩气井环空带压的问题,进行了压裂及生产过程中温度和压力变化对页岩气井环空带压影响的力学分析。以弹性力学为基础,建立了页岩气井直井段双层套管系统的力学模型,基于界面上应力相等及位移连续条件,推导了各界面的径向应力计算方程,并讨论了套管内压、温度、地应力等因素对水泥环封隔能力的影响规律。研究结果表明:温度升高、内压及地应力增大、水泥环弹性模量增大均有利于提高水泥环的封隔能力,减小套管壁厚有利于增加界面的径向应力;随着井深的增加,界面径向应力变大,水泥环封隔能力增强,提高直井段下部水泥环的封隔能力是降低井口环空带压风险的关键;第一界面和第二界面是固井失效的危险点,提高第一、第二界面的固井质量,有利于降低形成环空带压的风险。

页岩气井体积压裂条件下的水泥环界面裂缝扩展

射孔会对井筒完整性造成局部损伤,尤其是导致水泥环本体破坏以及第一界面(套管-水泥环界面)、第二界面(水泥环-围岩界面)的胶结脱离、微环隙等,在后期页岩气水平井体积压裂过程中,由于高压流体的注入,界面微环隙将会加剧甚至发生裂缝扩展,影响封固性能。针对这一问题,建立了界面裂缝扩展数学模型,通过流体连续性方程、泊肃叶定律和净压力与缝宽弹性关系以及边界条件联立得到非线性偏微分方程组,利用对控制方程无因次化的方法求得自相似解。使用该模型对现场算例进行了计算,并分析了各参数对界面裂缝长度的影响。研究结果表明:适当提高水泥环弹性模量,适当降低井口压力和压裂时间有利于减小界面裂缝扩展长度,有利于保障水泥环长期有效封固。研究结果能够对页岩气井体积压裂条件下的水泥环封固性能进行评价和预测,同时在满足油气开采要求的前提下,对相邻射孔段间距的优选,也具有一定的指导意义。

一种页岩气井连通性评价的新型示踪剂应用研究

选取了3种在地层和压裂液中含量低、环保、稳定的稀土元素Pr、Yb、Sm与乙二胺四乙酸和吡啶二羧酸形成络合物,然后将其作为示踪剂应用于页岩气井连通性评价。在中国石化涪陵页岩气田焦页66号扩平台井组的中部气层两口井(焦页66-Z1HF和焦页66-Z2HF)中注入微量元素示踪剂,通过监测注入示踪剂井及其邻井返排液中是否有微量元素示踪剂来评估焦页66号扩平台压后连通性,进而探讨涪陵页岩气田下部、中部、上部气层立体开发的可行性。返排液监测结果显示,焦页66-Z1HF井偶见高含量Sm元素示踪剂(焦页66-Z2HF井注入剂),表明两口中部气层井间可能存在连通;下部气层监测井未见Pr,Yb,Sm浓度异常,说明其与中部气层未发生连通;上部气层监测井焦页5-S2井和焦页5-S3井返排液混样中监测到了高浓度Sm元素示踪剂,表明其与中部气层存在连通。研究初步验证了微量元素示踪技术是一项简单、有效的页岩气井连通性评价的示踪技术,可以方便、高效地判断页岩气井的井间连通情况,具有广阔的应用前景。

翁氏模型在页岩气井产能预测中的应用

产量预测是页岩气井开采过程中必不可少的环节。为了评价页岩气井的生产能力，预测页岩气井高峰产量、开采年限、最终采收率、可采储量以及产量递减，根据翁氏模型理论基础，结合多元线性回归系数求解法，对实际页岩气生产井进行产能预测，分析页岩气井产量变化规律。结果表明，翁氏模型预测法的预测数据与实际生产数据相关性较好，所得的平均误差率为11．88％，具有较好的可靠性。利用翁氏模型对页岩气井产能进行预测是一种比较实用的方法，为页岩气井的开采提供理论指导，也对深入了解页岩气藏的开发动态和提高采收率具有一定意义。

川东南页岩气井压裂降压技术

为实现川东南超深页岩储层有效改造,并最大限度地降低压裂施工压力,提出了优选射孔参数、进行压前酸液预处理、设计降阻率高的滑溜水体系及采用前置粉砂段塞技术等技术对策。通过分析和计算,采用89mm射孔枪配合SDP40HMX28-8射孔弹,60°相位和18孔/m的孔密进行射孔。利用川东南超深页岩储层的岩心进行了溶蚀试验,根据试验结果结合地层特点确定了15.0%HCl＋1.5%HF＋2.0%高温缓蚀剂＋1.5%铁离子稳定剂的酸液配方。根据地层特征,通过室内试验优选了配方为0.2%高效减阻剂SRFR-1＋0.3%复合防膨剂＋0.1%复合增效剂＋0.02%消泡剂的滑溜水,其性能稳定,易返排,黏度约9～12mPa·s,降阻率大于75%,对地层的伤害率小于10%。现场应用表明：采用优化后的射孔参数进行射孔,可以满足降低孔眼摩阻的要求;应用优选的酸液进行压前预处理,施工压力降低10～15MPa;采用前置粉砂段塞技术,可以有效降低裂缝弯曲摩阻,达到降低施工压力的目的。这表明,采用提出的技术对策可以降低川东南超深页岩气井压裂施工压力。

水平井钻井技术在四川长宁—威远页岩气井的应用

与直井钻井技术相比,在采用水平井钻井技术开发页岩气藏时页岩受力状态改变,钻井液浸泡时间增加,容易出现井壁垮塌等井下复杂。基于四川长宁—威远页岩气示范区地质、工程特点,结合页岩气藏高效开发需求,分析了页岩气藏水平井钻井作业面临的主要技术难题,研究了安全、快速钻井关键技术方法,进行了现场应用,钻成了页岩气藏水平井,水平段长度和机械钻速都有较大提高,为水平井钻井技术在页岩气藏中的推广应用提供了良好的技术支持。

强交变热载荷下页岩气井水泥环完整性测试

页岩气井大规模水力压裂过程中,因井筒内的温度、压力波动及持续变化、循环加卸载引发的水泥环完整性问题将威胁到井筒的完整性。为了弄清强交变热载荷下水泥环完整性失效机理、避免页岩气水平井大规模压裂过程中水泥环屏障失效,基于自主研发的实验装置对全尺寸实物“生产套管—水泥环—技术套管”组合体在强交变热载荷作用下的密封完整性和力学完整性进行了测试及评价,获得了2种全尺寸水泥环(普通水泥环和高强度水泥环)在3种强交变热载荷作用下(出现间断CO2气泡的循环次数分别为4次和14次,出现连续气泡的循环次数分别为5次和15次,交变热载荷分别为30~120℃和30~150℃)的完整性实验结果。研究结果表明:①交变热载荷对水泥环完整性具有显著的负面影响,并且随着交变温度及温差的增大,表征水泥环密封完整性的热循环次数急剧减少;②表征水泥环与套管间的剪切力、轴向与径向结合强度等界面力学性能指标均随交变温度增加而下降;③水泥环微环隙主要是由套管与水泥环材料之间的不协调变形所致,而交变热载荷诱导的水泥石自身力学性能衰退及损伤在一定程度上加剧了水泥环密封完整性失效。结论认为,该研究成果可以为深部页岩气水平井大规模压裂施工设计提供参考。

隆页1HF页岩气井钻井关键技术

隆页1HF井是位于彭水区块的一口页岩气预探井,钻遇地层具有缝洞发育、倾角大、可钻性差等特点,钻井过程中面临易漏失、易井斜、页岩层易坍塌、机械钻速低等难点。通过综合应用近钻头地质导向钻井技术、油基钻井液、双凝双密度水泥浆等,并对井眼轨道、钻头和钻具组合进行优化设计,实现了安全、优快钻进。隆页1HF井全井未发生恶性漏失,大斜度井段机械钻速比相邻地区页岩气井提高32%,储层穿遇率达100%,钻井周期缩短25.68%,固井质量优秀。该井采用的钻井关键技术能够进一步降低彭水区块页岩气开发成本。