致密砂岩气藏注CO_(2)提高天然气采收率微观机理

中国致密砂岩气藏资源储量丰富,复杂的气水渗流关系和气水同产特征制约了单井产能的发挥和天然气采收率提高,注CO_(2)是提高气藏采收率(EGR)和实现碳埋存的双赢途径。为明确致密砂岩气藏CO_(2)驱替微观渗流和提高天然气采收率机理,指导致密砂岩气藏CO_(2)-EGR方案设计,基于格子玻尔兹曼方法(LBM)建立了孔隙尺度多相多组分流动模型,揭示了致密砂岩气藏储层微观气水分布特征和CO_(2)-EGR的微观渗流机理,并明确了CO_(2)-EGR的主控因素。研究结果表明:①驱动压差显著影响了致密砂岩气藏的气水微观分布和水锁程度,使得气水流动能力和气水相对渗透率特征不同;②CO_(2)-EGR微观渗流过程包括气水两相的非混相驱替和CO_(2)-CH_(4)的混相驱替,对应EGR机理为分别受生产压差和地层压力控制的黏性驱替和混相扩散;③注入的CO_(2)可有效缓解水锁现象和贾敏效应,与CH_(4)良好的混相能力能促进沟通分散气泡,微观驱气效率可达42%~94%;④含水饱和度、孔隙结构和驱动压差显著影响微观驱气的作用机制和驱气效率的改善幅度。结论认为,在进行致密砂岩气CO_(2)-EGR的方案设计时,可优先考虑中—低含水饱和度的区块作为试验靶区,并根据靶区储层孔隙结构特征,优化不同注气阶段的注采参数,可充分发挥CO_(2)对CH_(4)的黏性驱替和混相扩散作用。

液桥的动态界面特性对液-液自发渗吸的影响研究

在自然界和工业应用中,多孔介质中的多相流动现象普遍存在,如地下水流动、油气开采、非饱和颗粒材料等.在这些过程中,液桥的存在对多相流动产生显著影响.基于改进的液-液自发渗吸理论模型及改进流-固作用力格式的两组分Shan-Chen模型,研究了液桥的存在对毛细管内液-液自发渗吸的影响.结果表明:与不含液桥的渗吸过程相比,液桥的存在使得毛细管内产生3个界面,显著增大了系统的动态接触角,降低自发渗吸速度.随着润湿性的增强,液桥的存在使得界面动态变化特性增强的幅度更大.当液桥的黏度小于非润湿流体的黏度时,整个系统的动态接触角随着渗吸长度的增加而增强;若二者黏度相等,整个系统的动态接触角为一稳定值;而当液桥的黏度更大时,整个系统的动态接触角随着渗吸的进行逐渐减小.将模拟获得的实时动态接触角纳入至渗吸理论中,可以改善由液桥界面动态变化导致的渗吸长度的理论值与模拟结果间存在的偏差,并得到与模拟基本一致的结果.文章还利用模拟数据,系统地评价了Cox-Voinov模型对含有液桥以及不含液桥体系的渗吸过程中的界面动态变化特性及渗吸长度预测能力.

边底水碳酸盐岩气藏提高采收率的微观驱气效率

边底水碳酸盐岩气藏储量丰富,是目前塔里木盆地、四川盆地、鄂尔多斯盆地等油气产区重要的开发对象,边底水碳酸盐岩气藏在开发中后期普遍面临水侵影响,将引起驱气效率和采收率下降等问题。为此,首先通过耦合流体流动方程和界面追踪方程,建立了孔隙尺度水气非混相流动模型,然后基于随机生长4参数法生成的非均质多孔介质模拟了水驱气过程,最后明确了剩余气的分布和形成机理,并探讨了微观驱气效率的变化机制。研究结果表明:①剩余气的分布包括盲端剩余气、孔喉间剩余气和簇状剩余气,其比例和规模受微观孔隙结构、润湿性和毛细管数共同控制,通过改变生产压差,打乱原有压力系统及气体膨胀,能进一步动用剩余气,进而提高微观驱气效率;②微观驱气效率与渗流过程密切相关,每一条水相优势通道的形成或扩大都会引起出口含水率的急剧上升并使驱气效率的增速变缓;③气藏微观孔隙结构和润湿性特征是确定的,通过优化毛细管数改变界面推进模式能有效提高微观驱气效率。结论认为,对于实际气井,应基于储层微观孔隙结构和润湿性特征,揭示气水界面推进力学机制的演变规律,进而确定最优毛细管数;明确孔隙尺度水气渗流特征及微观驱气物理机制,有助于指导气藏提高采收率方案的设计。

基于双循环的气井产量劈分方法及应用

产量劈分系数是多层合采气藏动态预测的基础,建立产量劈分系数动态跟踪计算方法具有重要意义.基于产量劈分的物理意义,明确了产量劈分系数的求解关键参数为泄气半径,但泄气半径在实际应用中通常未知.结合产能方程和物质平衡方程,建立了闭环的产量劈分系数计算模型,计算模型包含泄气半径、平均地层压力和产量劈分系数等三个未知参数,为求解计算模型提出了双循环计算法,内循环求解泄气半径,外循环求解产量劈分系数,内循环和外循环均存在唯一解,循环规则包括正向递归和反向递归,内循环与外循环的循环规则始终相反,通过设定循环步长和误差上限,建立了双循环的计算流程,外循环包含内循环,内循环收敛时外循环才能进行,外循环决定了内循环能否收敛.数值模拟验证显示,产量劈分系数在不同产层、不同阶段、不同时间表现出不同的变化规律,双循环计算法不仅机理正确且精度很高.产气剖面对比显示,双循环计算法在现场应用中亦具有可靠的精度.双循环计算法属于三元方程组的求解方法,实现了产量劈分系数、泄气半径和平均地层压力的同时计算.

孔隙型碳酸盐岩油藏储层微观孔隙结构定量表征及驱油效果评价

孔隙型碳酸盐岩储层非均质性强且孔隙类型多样,水驱采出程度差异较大,其主控因素尚不明确。基于孔喉频度分布曲线定性分类了储层微观孔隙结构,通过数字岩心技术建立了微观孔隙结构定量表征的方法,明确了中东某地区孔隙型碳酸盐岩孔喉特征,并开展水驱油室内物理实验,阐明了不同类型岩心采出程度差异及其主控因素。结果表明:①研究区储层微观孔隙结构可分为偏粗单峰型、偏细单峰型Ⅰ、偏细单峰型Ⅱ、偏粗双峰型及多峰型,储集性能与岩心均质性无显著关系,非单峰型的单相渗流能力优于单峰型,且单峰型随岩心均质性增强,单相渗流能力变差。②非单峰型的平均配位数和平均孔喉比均高于单峰型,且单峰型随着岩心均质性的增强,平均配位数和平均孔喉比降低。所有类型随喉道半径增加,孔喉比上限呈下降趋势;随孔隙半径增加,配位数上限呈指数型上升。③宏观上,岩心均质性为驱油效率主控因素;微观上,非单峰型在大孔喉处的高连通性以及小孔喉处的大孔喉比是导致其驱油效率显著低于单峰型的根本原因,且孔喉尺寸是单峰型驱油效率的重要影响因素。

页岩气有机质和无机质吸附能力定量表征

以PR状态方程和CH 4分子与孔隙壁面作用势能为基础,通过引入局部密度函数理论,表征纳米孔隙中CH 4分布特征,进一步耦合页岩有机质和无机质的孔径分布特征及与CH 4相互作用的差异性,建立考虑页岩非均质性的CH 4吸附评价模型,并将模型预测结果与实验测试结果进行对比。结果表明:模型预测结果与实验测试结果具有很好的一致性;有机质孔的吸附能力强于无机质孔,两类孔隙中吸附相的比例以及差异随孔隙尺度的增大而减小;在孔径为2 nm的孔隙中,有机质孔和无机质孔中吸附气占比分别为80%和62%;在孔径为20 nm的孔隙中,比例分别降至13%和10%;此外,有机质和无机质对吸附气的贡献不仅受孔隙表面性质的影响,而且受孔径分布特征特别是小孔隙(孔径小于20 nm)发育程度的约束。

水驱凝析气藏地层压力计算方法

凝析气藏地层压力是计算气藏储量、评价气井产能、进行动态分析及反凝析评价等必不可少的重要参数。水驱凝析气藏的开发是气藏开发中最复杂的类型之一,在开发过程中,地层压力不断下降,凝析油析出,凝析气中水蒸汽含量增多,边、底水不断侵入,准确计算及预测地层压力就显得尤为困难及重要。通过计算考虑多孔介质吸附及毛管力影响的反凝析油,实验测试不同压力下凝析气中水蒸汽含量,根据物质平衡原理,建立了考虑多孔介质吸附、毛管力及水蒸汽影响的水驱凝析气藏物质平衡新方程,并迭代求解得到任意生产时刻地层压力。应用结果表明,考虑多孔介质吸附、毛管力及水蒸汽影响计算的地层压力,更接近实测地层压力,从而减轻了现场测试工作量。

页岩气纳米孔气体传输模型

页岩气纳米孔气体传输模型是准确进行页岩气数值模拟的基础,对页岩气经济开发具有重要的意义。页岩气纳米孔气体传输机理包括纳米孔体相气体传输和吸附气表面扩散,而纳米孔体相气体传输机理包括连续流动、滑脱流动和努森扩散。基于滑脱流动和努森扩散两种传输机理,分别以分子之间碰撞频率和分子与孔隙壁面碰撞频率占总碰撞频率的比值作为滑脱流动和努森扩散的权重因子,将这两种传输机理叠加,建立了纳米孔体相气体传输模型。基于Hwang模型,考虑高压条件下吸附气覆盖度的影响,建立了纳米孔吸附气表面扩散模型。结合纳米孔体相气体传输和吸附气表面扩散模型,建立了页岩气纳米孔气体传输模型,并采用分子模拟和实验数据进行了验证。结果表明:1滑脱流动、努森扩散和表面扩散对气体传输的贡献是此消彼长的,其主要受孔隙尺度和压力的支配。2滑脱流动在介、宏孔(半径>2nm)和高压条件下,对气体传输贡献大;在微孔(半径≤2 nm)和低压条件下,其贡献小,可忽略。3努森扩散在宏孔(半径>50nm)和低压条件下,对气体传输贡献不可忽略,在其他条件下均可忽略。4表面扩散在微孔(半径≤2nm)和全压力范围内,总是主宰了气体传输;当孔隙半径>25nm和压力高于1 MPa时,表面扩散贡献可忽略;当孔隙半径在2~25nm和压力低于5 MPa时,表面扩散贡献较高,不能忽略。

低渗-特低渗油藏非稳态油水相对渗透率计算模型

考虑低渗-特低渗储层多孔介质中油水渗流特征,建立考虑启动压力梯度、重力及毛管力影响的低渗-特低渗油藏非稳态油水相对渗透率计算模型,进行非稳态油水相对渗透率试验,计算不同影响因素下的油水相对渗透率曲线。结果表明,启动压力梯度作为油水渗流的阻力,对油水相对渗透率、储层压力、剩余油饱和度、产油及产水等影响最为显著,其次是重力,毛管力仅对油相相对渗透率有影响,对水相相对渗透率无影响。

页岩气和致密砂岩气藏微裂缝气体传输特性

页岩气和致密砂岩气藏发育微裂缝,其开度多在纳米级和微米级尺度且变化大,因此微裂缝气体传输机理异常复杂.本文基于滑脱流动和努森扩散模型,分别以分子之间碰撞频率和分子与壁面碰撞频率占总碰撞频率的比值作为滑脱流动和努森扩散的权重系数,耦合这两种传输机理,建立了微裂缝气体传输模型.该模型考虑微裂缝形状和尺度对气体传输的影响.模型可靠性用分子模拟数据验证.结果表明:(1)模型能够合理描述微裂缝中所有气体传输机理,包括连续流动,滑脱流动和过渡流动;(2)模型能够描述不同开发阶段,微裂缝中各气体传输机理对传输贡献的逐渐变化过程;(3)微裂缝形状和尺度影响气体传输,相同开度且宽度越大的微裂缝,气体传输能力越强,且在高压和微裂缝大开度的情况下表现更明显.

挥发油非平衡相变对脱气影响的定量评价模型

为了定量评价非平衡相变对油气系统脱气的影响和准确确定不同采油速度下油气系统的泡点压力,以亨利模型为基础,考虑挥发油非平衡相变,建立了考虑压降影响的气体溶解度计算模型。利用变压器油和二氧化碳组成的油气系统在不同压降速度下进行脱气实验,分别测量非平衡相变和平衡相变状态下的脱气速度,经计算、拟合得到表征油气系统非平衡性的重量函数,最后计算出不同压降速度时的脱气速度和泡点压力,并定量评价非平衡相变对脱气的影响程度及泡点压力偏离程度。考虑油气系统非平衡相变模型的计算精度高于未考虑非平衡相变的亨利模型,计算结果表明,挥发油藏开发过程中,油气非平衡相变降低了油藏泡点压力,延缓了挥发油脱气进程,压力降落速度和压力降落幅度决定非平衡相变对脱气的影响程度:压力降落幅度越大、压力降落速度越大,非平衡相变对脱气影响越明显,泡点压力越低、脱气速度越小。

考虑变启动压降的异常高压气藏新产能方程

在异常高压气藏中，传统的二项式产能方程不能准确地表达气井流体渗流状况，需采用考虑气井非达西流动效应和脉动效应的三项式产能方程。当储层具有低孔低渗、非均质性强和含水饱和度高等特征时，气体渗流类似液体渗流，具有显著的“启动压力梯度效应”。因此，在三项式产能方程中添加了启动压力梯度项，并通过推导分析由启动压力梯度引起的启动压降是一个与产量相关的变量，而非常数。由此建立了考虑变启动压降的异常高压气藏新产能方程，为异常高压气藏气井合理产量的确定提供了理论依据。

页岩气有机质纳米孔气体传输微尺度效应

页岩气有机质孔隙多为纳米尺度且气体赋存方式多样,因此页岩气有机质纳米孔中的气体存在多种传输机理,而如何建立能描述高压条件下所有传输机理的纳米孔体相气体传输模型、如何描述页岩有机质纳米孔表面扩散,以及确定表面扩散对气体传输贡献究竟有多大等则是目前亟待解决的难题。为此,综合考虑体相气体传输、表面扩散、真实气体、吸附层和应力敏感等微尺度效应的影响,建立了页岩气有机质纳米孔气体传输模型。研究结果表明:①通过滑脱流动和努森扩散加权叠加建立的体相气体传输模型能合理描述体相气体传输;②表面扩散是重要的传输机理,尤其在尺度小的纳米孔中,主宰了气体传输;③页岩气应力敏感效应不同于常规油气藏,其不仅与有机质力学属性、有效应力等有关,而且还与气体传输机理有关。结论认为,所建模型能够从室内低压条件直接推广到页岩储集层高压条件,能为页岩气生产动态分析、产能预测和生产制度制订提供指导。

底水气藏水平井临界生产压差变化规律

根据物质平衡原理,推导底水气藏的含气高度、含水高度随时间的变化关系,并用近似方法确定波及系数,然后采用等值渗流阻力法,结合底水驱动垂向临界速度推导底水气藏开发的临界生产压差计算模型,从而实现定量表达水平井临界生产压差随开采时间增加而呈现递减趋势的变化规律。此外,分析垂向渗透率与水平渗透率之比、水气密度差、水气黏度比以及底水锥进高度等参数对临界生产压差的影响,为水平井开发底水气藏确定合理的生产压差、制定合理产量提供理论依据。

考虑反凝析的凝析气藏水侵量计算新方法

水侵量计算是实现气藏高效开发的基础工作。基于水驱气藏物质平衡方程,利用生产动态数据计算水侵量是较为简便的计算方法,但对于凝析气藏来说,当压力低于露点压力后,凝析油析出,水驱气藏物质平衡方程不再适用。通过物质平衡原理,建立了考虑反凝析现象、水侵及岩石、束缚水和凝析油弹性膨胀的水驱凝析气藏物质平衡方程,推导出水驱凝析气藏水侵量计算方法。实例应用表明,与常规水驱气藏计算的水侵量相比,水驱凝析气藏计算的水侵量较小,其考虑了凝析油析出,计算的水侵量较为准确。

苏里格气田复杂形状砂体小储量产能模型

苏里格气田砂体形状复杂,单井控制储量低,地层压力下降快,准确预测气井产能极其困难。基于苏里格气田砂体形态特征研究,总结出4种砂体叠置模式和两区渗流模式。借鉴天然水驱气藏物质平衡法,结合累计产量法,分别计算近井Ⅰ区和远井Ⅱ区动态储量及累计供气量,进而通过迭代求取不同生产时间的边界地层压力,然后联立拟稳定状态流动的气井产能方程,建立了适合苏里格气田复杂形状砂体小储量的产能计算模型。模型既考虑了复杂形状砂体不同渗流模式下的储层压力分布特征,又考虑了小储量气井地层压力下降快的特点。实例应用表明:计算的产能准确,误差在10%之内,满足工程需要。

利用产量数据动态跟踪地层压力的新方法

地层压力是计算气藏储量、评价气井产能、进行动态分析等必不可少的重要参数。根据定容性封闭气藏物质平衡方程，在已知天然气组分、地层温度、井底流压及产量等条件下，通过偏差因子程序计算得到地层温度恒定条件下井底流压对应的气体偏差因子，从而做累计产气量与井底视地层压力关系曲线并做其拟合直线，再通过已知视地层压力，做拟合直线的平行线，得到任意时刻累计产气量对应气藏视地层压力的关系曲线，利用此曲线预测在一定生产制度下地层压力变化趋势。应用表明该方法简单实用，计算地层压力接近实测地层压力，减轻现场测试工作量。

考虑反凝析的边水凝析气藏见水时间预测新方法

边水凝析气藏开发过程中,地层压力下降至露点压力后,凝析油析出。以往气井见水时间预测通常忽略了凝析油析出的影响,因此造成预测结果与实际结果有较大差异。为了更好地开发边水凝析气藏,准确预测见水时间,需考虑凝析油影响。基于多孔介质流体质点渗流规律,考虑反凝析油的影响,推导了近似直线供给边界的边水凝析气藏见水时间预测新公式。实例应用表明对边水凝析气藏见水时间预测时必须考虑凝析油的影响。预测新公式为深入研究边水推进机理,控制见水时间提供了理论依据,对边水凝析气藏生产管理具有重要的指导意义。

页岩气纳米孔气体传输综述

页岩气纳米孔气体传输是页岩气数值模拟基础,对页岩气的高效经济开发具有重要意义。页岩气自生自储,富含纳米孔,这些特殊性造成页岩气纳米孔气体传输机理与模拟显著区别于常规油气藏。本文描述页岩气储集层特征;综述并评价页岩气纳米孔气体传输机理和传输模拟,建立了页岩气纳米孔体相气体传输机理判别参数组,并绘制了体相气体传输机理分类新图版;提出了当前页岩气纳米孔气体传输模拟遇到的挑战,并展望了未来需加强研究的关键科学问题。

注气辅助重力泄油开发油藏采收率预测方法

注气辅助重力泄油已成为油藏提高采收率的最新开发方式,可解决常规连续注气和水气交替注入体积波及系数低的主要问题,大幅度提高最终采收率,然而还未有相对应有效的采收率预测方法。通过对注气辅助重力泄油开发机理研究,利用量纲分析方法,对毛管数、邦德数及重力数进行分析,评价其对采收率影响的相对作用,然后通过考虑储层润湿性、油气密度差与粘度比,重新修正重力数和重力泄油数,利用实验及现场数据,确定其与采收率的关系,最后建立了注气辅助重力泄油开发油藏采收率预测方法。非混相驱替时,重力泄油数与采收率具有很好的相关性,修正重力泄油数与采收率的相关性更好;混相驱替时,重力泄油数与采收率的相关性差一些,但修正重力泄油数与采收率的相关性较好。实例应用表明,经过修正的采收率预测方法计算的结果更接近实际采收率。