多级压裂水平井周期性注气吞吐提高页岩油气藏采收率——以北美Eagle Ford非常规油气藏为例

在溶解气驱开发方式下,采用多级水力压裂水平井衰竭式开发页岩油气藏一次采油的采收率预测仅为5%~10%,因而如何提高采收率是一个不得不面对的棘手问题。近年来,对多级压裂水平井通过周期性注气吞吐来提高页岩油气藏采收率在北美Eagle Ford非常规油气藏的先导试验和大规模现场应用均取得了显著成效。为了加快中国非常规油气资源的高效开发利用,在调研相关文献的基础上,结合北美已有的成功经验,从作用机理、数值模拟和现场试验等多个方面对注气吞吐提高页岩油气藏采收率技术进行了论述,进而提出了有针对性的建议。研究结果表明:①大规模周期性注气吞吐作业能有效延长油井生命周期,提高页岩油气藏的采收程度,提高幅度是衰竭式的30%~70%;②对于溶解气油比低的油藏,注气吞吐提高采收率的机理是注入的气体扩散到压裂油藏中与剩余原油接触且溶解,使其体积膨胀,降低了原油黏度和表面张力,提高了原油的流动性,对于初始溶解气油比高的挥发油藏和凝析气藏,油相组分蒸发到注入的气体中是更重要的增油机理,而对于凝析气藏,在井筒附近的凝析油气化提高产量则是主要的增油机理;③上述增油机理决定了只有注入大量气体才能取得明显的效果,注入的天然气为甲烷含量90%的干气,北美注气吞吐大规模应用得益于比CO_(2)还便宜的低价天然气;(4)由于国内天然气价格较高,可以考虑采用CO_(2)吞吐,使用CO_(2)能减少温室气体的排放量,如其捕捉、存储和管输等问题能够得以解决,注CO_(2)吞吐应是国内首选。

低渗气藏多级压裂水平井产能模型及影响因素

多级压裂水平井(MFHW)能大幅度提高低渗气藏的单井产能,提高低渗气藏的开发效益,而准确计算气井产能并分析其影响因素是压裂优化设计、气藏科学开发的基础。为低渗气藏MFHW产能计算建立了一个严格的数学模型,综合运用Laplace变换、叠加原理、积分方程的边界离散求解法、矩阵理论等数学方法成功地对模型进行了求解,并对不同因素影响下的产能进行了定量计算和分析,分析了气层有效厚度、气藏渗透率、压裂缝条数、压裂缝半长、压裂缝导流能力对气井产能的影响,同时也分析了地层流入各条压裂缝流量的差异。研究结果表明,气层有效厚度或气藏渗透率增大时,气井产量几乎呈线性增大;压裂缝条数、压裂缝半长、压裂缝导流能力增大,产量增大,但前期增速快,后期增速慢;地层流入各条压裂缝的流量在早期差别不大,晚期差别明显——端部流量大于中部流量。

线性复合油藏多级压裂水平井渗流模型

针对线性复合油藏,综合考虑压裂裂缝呈非等间距、非等半长、非等缝高、非等任意倾角等实际情况,建立了线性复合油藏多级压裂水平井不稳定渗流模型。利用点源函数理论、拉普拉斯变换、正交变换等多种现代数学方法进行求解,获得了考虑井筒储集和表皮系数影响的Laplace空间下井底压力动态响应解。编程绘制了新型的试井理论样版曲线,并开展了压力动态特征分析以及相关参数的敏感性分析。新的渗流模型不但可应用于水平井多级压裂后的渗流规律分析,还可用于实测井的试井分析,为油气田高效开发提供指导。

致密油藏多级压裂水平井数值模拟及应用

随着越来越多致密油藏投入开发,致密油藏开发已经成为国内外的热点。建立了多级压裂水平井渗流数学模型,编制了三维三相致密砂岩非线性渗流数值模拟模型。利用成熟商业软件对开发的新模型进行了验证。对实际生产井进行了历史拟合,对裂缝导流能力、改造区域规模、改造区域渗透率、非线性系数、初始压力等参数进行了分析。结果表明:开发的新模型能够对致密油藏多级压裂水平井进行有效地模拟,并反映致密油藏渗流的非线性特征。适当增加裂缝导流能力、增大改造区域、改造区域渗透率能够减小近井周围流动阻力,增大产能,而非线性系数增加了流体流动阻力,减小了产能。

一种用于多级压裂水平井判别来水方向的多井干扰压力分析方法

为了确定直井注水、水平井采油的联合井网井间连通情况,建立考虑裂缝非均匀产液的多级压裂水平井多井干扰试井解释模型,运用Green函数、Newman乘积法得到井底压力解,绘制无量纲压力和压力导数典型曲线图版,进行参数敏感性分析。多级压裂水平井多井干扰试井模型典型曲线划分为7个流动阶段,其中在系统干扰流阶段,压力导数曲线下降,且注水井的注水量越大,其下降程度越大,当周围注水井的总注水量小于多级压裂水平井产量时,压力导数曲线呈阶梯状下降特征,最终表现为一条水平直线段,当周围注水井的总注水量大于观测井产量时,压力导数曲线将一直下降,呈现下掉特征;注水井到多级压裂水平井的距离越近,系统干扰流阶段持续的时间越长。实例应用表明,提出的模型能够确定注采井间连通情况、判别多级压裂水平井来水方向,指导油田开发措施的制定。

考虑应力敏感效应的复合油藏多级压裂水平井压力动态分析

应力敏感效应是影响致密油气藏压力动态分析的重要因素。考虑应力敏感效应、体积压裂改造区(SRV)及水力裂缝的有限导流能力,建立水力裂缝为树状缝网的双重介质复合油藏多级压裂水平井数学模型。运用摄动变换、Duhamel原理、Laplace变换等方法求解模型,得到井底压力线源解,绘制井底压力动态曲线并对相关参数进行敏感性分析。结果表明:多级压裂水平井的渗流过程划分为12个阶段。渗透率应力敏感系数使压力曲线上翘;储容系数影响窜流的时间与强度;窜流系数影响基质向裂缝窜流出现时间;内外区流度比主要影响内区向外区过渡流及晚期径向流阶段;裂缝间距和裂缝长度增大有助于增加泄油面积,减小整体渗流阻力;内区半径主要影响内区向外区过渡时间。该结果对致密油气藏多级压裂水平井渗流规律分析和试井解释具有指导意义。

致密油藏多级压裂水平井CO_2吞吐潜力评价模型

CO2吞吐是一种改善复杂油藏开发效果的有效方法,针对致密油藏多级压裂水平井的应用还不多见,其影响因素还不明确,潜力评价方法也不成熟。本文针对加拿大B油田实际情况,从转吞吐时机、周期注入量、注入速度和焖井时间四个方面对CO2吞吐的影响因素进行了综合分析。在此基础上,利用响应面方法建立了CO2吞吐潜力评价模型,提出了CO2吞吐潜力预测的新方法。

基于分形和分数阶的煤层气藏多级压裂水平井试井模型

基于分形理论和分数阶微积分,建立具有割理(裂缝)系统应力敏感性的煤层气藏多级压裂水平井半解析模型;采用线源理论、数值离散和叠加原理等方法,求解拉式空间下的井底压力解;利用Stehfest数值反演技术,绘制真实空间下的无因次试井曲线,进行相关参数的敏感性分析。结果表明:根据导数曲线的不同特征,划分为8个不同的流动阶段,即井筒储集效应阶段、表皮效应阶段、第一线性流阶段、第一径向流阶段、第二线性流阶段、割理系统径向流阶段、窜流阶段和整体径向流阶段,拟渗透率模量和反常扩散系数增加,压力和压力导数曲线后期上升;分形维数减小,压力和压力导数曲线上升;水力裂缝半长变大,第一线性流阶段持续时间变长,第一径向流持续时间缩短;水力裂缝间距变短,第二线性流阶段出现时间变早,第一径向流阶段持续时间变短;水力裂缝条数越多,中期压力和压力导数曲线位置越低。该结果为更好地理解煤层气藏压裂水平井的渗流规律提供指导。

多级压裂水平井分段测试压力分析方法

多级压裂水平井缝间渗流规律及相互干扰程度对于确定生产过程中缝间干扰程度、诊断产水缝及来水方向具有重要意义。基于Cinco-Ley有限导流裂缝模型,采用点源法,将压裂缝离散为若干裂缝微元,联立内外边界条件构建矩阵求取每个裂缝微元的流量,通过各测试段裂缝微元流量之和进行约束,建立了多级压裂水平井分段测压的试井模型。如果分段测试各测试段流量呈现规则的U型分布,则导数曲线与全井段测试曲线重合;无量纲流量比合段测试流量偏高的压力导数曲线在井储和线性流阶段相对全井段测试曲线上移,反之相对全井段测试曲线下移。各测试段裂缝半长减小,压力导数曲线线性流段向上移动;裂缝间距增大,线性流阶段持续时间延长;裂缝导流能力增大,早期压力导数下降但趋势减缓;缝间干扰出现在第2过渡流阶段,水平井中部测试段压力导数出现上翘。提出的半解析模型在简化条件下与商业试井软件数值试井结果吻合度极高,证明离散求解方法准确、可靠。水平井分段测压实例解释拟合效果好,得到的参数为诊断水平井缝间产液情况、制定开发调整措施提供了依据。

裂缝性致密油藏多级压裂水平井试井模型

致密油藏由于渗透率低,表现出很强的非线性渗流特征,因此多采用水平井多级压裂技术提高单井产量。基于此,考虑了应力敏感和启动压力梯度的影响,根据物理模型建立裂缝性致密油藏多级压裂水平井试井模型,通过Laplace变换和有限余弦Fourier变换对数学模型进行求解,离散压裂裂缝并结合压降叠加原理,求得有限导流多级压裂水平井井底压力解。将文中的简化模型解与Saphir模型数值解进行对比,验证了简化模型的准确性;根据压力导数曲线特征,将裂缝性致密油藏多级压裂水平井井底压力响应特征曲线分为9个流动阶段,并分析了每个阶段渗流特征及各参数(裂缝分布、窜流系数等)对曲线的影响。该模型可以为裂缝性致密油藏多级压裂水平井试井资料解释和压裂方案设计提供理论依据。

考虑裂缝导流能力时效性的多级压裂水平井产能半解析模型

目前多级压裂水平井产能计算模型研究较多,但大部分产能模型都没有考虑裂缝导流能力时效性对产能的影响。而室内实验和矿场实践表明,在实际生产过程中,裂缝导流能力随时间不断变化。本文利用源函数法求解油藏渗流模型,利用有限差分方法离散求解考虑裂缝导流能力随时间变化的裂缝渗流模型,并通过裂缝和油藏接触面处的流量和压力相等这一边界条件,将这两者进行了耦合,得到了考虑裂缝长期导流能力的多级压裂水平井产能半解析模型。模型计算结果表明,导流能力随时间的降低,在产能预测分析中是不可忽略的因素,这一因素会改变油藏的渗流场分布,改变裂缝内的流量和压力分布,会使更多的流体通过井筒附近的裂缝流入井内。本文建立的模型和计算结果对于储层产能预测研究和实际生产都有较大的指导意义。

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。

不同裂缝形态页岩气多级压裂水平井产能预测模型应用研究

为准确评价页岩气多级压裂水平井的实际产能,针对实际压裂裂缝形态,分别采用“水平井+缝网”模型和“水平井+缝网+主裂缝”模型进行研究,对比分析结果显示两种产能的预测模型曲线形态特征相似,但产能的差异性较大。为准确讨论两种模型的适用性,选取实际页岩气井生产数据进行历史拟合,结果表明不同模型对于不同页岩气井拟合的效果不同,两种模型具有不同的适用性,“水平井+缝网”模型适用于裂缝网络复杂程度较高的页岩气井,“水平井+缝网+主裂缝”模型更适用于主裂缝明显的页岩气井。两种模型的探讨为不同压裂裂缝形态的页岩气井选择产能预测模型提供了理论支撑,同时可以根据拟合效果准确预测页岩气井的压裂效果,在产量预测上具有先进性。

致密油藏多级压裂水平井CO_2吞吐开发方式研究

我国致密油藏大都采用水平井多级压裂技术进行开发,初期产能较高但产量递减快,亟须补充油藏能量。CO_2吞吐是一种经济有效的增油措施,为致密油藏长期稳定开发提供了新思路。以L致密油藏G油层为例,建立多级压裂水平井单井吞吐模型,用数值模拟的方法研究周期注入量、注入速度、焖井时间等对吞吐开发效果的影响。研究结果表明,在合理吞吐参数下,L致密油藏多级压裂水平井可以获得较好的开发效果。

基于TPHM的页岩气藏多级压裂水平井产能分析

页岩孔隙结构复杂,微裂缝发育,传统的应力敏感模型不能准确表征开发过程中页岩基质的渗透率变化,基于双应变胡克模型(Two-Part Hooke’s Model,简称TPHM),建立综合考虑页岩气黏性流、Knudsen扩散、吸附解吸的数学模型。利用离散裂缝模型对地层微裂缝及水力裂缝进行描述,采用商业化软件对模型进行有限元求解,并对相应的参数进行敏感性分析。结果表明:考虑Knudsen扩散后,页岩气产气速度增大;考虑TPHM表征的渗透率后,页岩气产气速度显著下降;人工裂缝间距、长度、条数均对页岩气产能有很大的影响,人工裂缝间距越大、长度越长以及条数越多,页岩气产气速度越大。通过实例应用,验证了TPHM的正确性。该渗透率模型更加符合页岩的特点,从而可以更加精确地模拟页岩气井的产能,辅助开发方案的制订。

考虑应力敏感的致密气多级压裂水平井试井分析

根据致密气藏应力敏感实验数据和试井理论,建立了渗透率随有效应力呈幂律形式变化的多级压裂水平井三维数值试井模型。采用混合单元有限元方法对模型进行求解,得到了不同应力敏感条件下的试井理论曲线。研究了应力敏感不可逆性对试井曲线特征的影响,以及应力敏感系数、开关井次数及产量大小等因素对测试曲线形态的影响。研究结果表明,应力敏感不可逆性会造成储层渗透率的永久性伤害,应力敏感系数越大、开关井次数越多、产量越大对储层渗透率的伤害越大,其试井双对数曲线表现为压力及压力导数曲线上升,全历史压力曲线表现为压力下降幅度随开关井次数增加而增加。存在多次开关井的致密储层试井资料实例解释结果表明,若忽略应力敏感不可逆性的影响,会造成解释得到的原始储层渗透率偏小且全历史压力曲线后期很难拟合。

致密气藏多级压裂水平井产能预测新方法

致密气藏多级压裂水平井的渗流规律复杂,影响气井产能的因素较多。首先引入单裂缝评价的思路,在基质中建立了有限导流裂缝引起的渗流数学模型,通过Fourier积分变换求解,以此为基础,在裂缝中建立了考虑井筒聚流作用的变流量渗流模型,通过数值求解Fredholm型积分方程拟合出了裂缝导流能力影响函数,最终得到了单一裂缝的产能公式。利用井筒管流作用建立了多级压裂水平井从地层到井底全过程流动的产能预测方程组,同时考虑相邻裂缝间的相互干扰,并给出了完整的算法。应用该方程组计算了实例气井及各压裂段在不同井底流压下的产量,并分析了该井水平段压降和产量分布及无阻流量随有效裂缝半长和导流能力的变化情况,为评价各裂缝参数和压裂效果提供了依据。

致密火山岩气藏压裂水平井产能预测方法

水平井多段分级压裂是目前开发致密气藏最有效的方式之一,通过对水平井非稳态产能模型的研究可以有效预测压裂水平井的产能特征及确定各因素对产能的影响。将致密火山岩储层多级压裂水平井的渗流划分为3个阶段,考虑不同区域不同渗流阶段的渗流特征和机理,建立了基质–裂缝、裂缝–近井筒和裂缝–井筒的耦合流动方程。以椭圆形渗流理论和多井干扰下的叠加原理为基础,通过保角变换、当量井径原理,建立了多级裂缝相互干扰下的压裂水平井非稳态产能预测模型,运用于实际并进行了各参数的敏感性分析。实例计算表明,致密火山岩气藏压裂水平井生产初期产量高,产气量随着时间逐渐降低。初期产量高、递减较快,后期产量低、递减较慢、产量趋于平缓。通过对启动压力梯度、敏感系数、滑脱因子等因素进行敏感性分析可知,各个影响因素均存在一个最佳取值范围。

考虑微尺度效应的页岩气藏压裂水平井压力动态分析

为了更加准确地进行页岩气井产能预测、压裂设计,研究页岩气渗流的微尺度效应,进行井底压力分析。从微观角度,用带有Langmuir滑移边界的格子Boltzmann方法模拟页岩气在有机质纳米孔道中的流动,并拟合出基质渗透率。在宏观角度,将微观基质渗透率引入试井模型,用Laplace变换、点源方程、叠加原理和数值离散等方法建立页岩气藏多级压裂水平井试井模型,并通过Stehfest算法对Laplace空间下的压力值进行反演,得到典型的压力动态曲线,并分析流动参数对井底压力的影响。结果表明:纳米孔道中气体的稀薄效应显著,孔道直径越小,孔壁的滑移速度越大,甚至大于孔道中的气体速度;页岩气在纳米孔中流动时发生"双滑脱效应","双滑脱效应"导致页岩气的渗透率大于等效液体渗透率,并引起在克氏渗透率图中气体渗透率与平均压力的倒数偏离直线关系;压裂水平井渗流可划分为9个流动区域;拟稳态模型可更好描述吸附解吸阶段压力的变化;吸附系数影响吸附解吸的强度,窜流系数影响吸附解吸出现的时机,弹性储容比影响整个流动阶段,而裂缝只影响早期渗流阶段。

致密油水平井多级压裂后产能影响因素分析

水平井多级压裂是低渗透致密储层提高产能和解决储量动用难等问题的重要技术措施,广泛应用于油气田勘探开发等领域。如何优化设置水平井多段裂缝,将决定压裂工具和工艺的选择,最终影响到压裂效果。以矩形边界油藏内压裂水平井为对象,在不同压裂裂缝形态的基础上,建立描述油藏与裂缝关系的物理模型和数学模型,并对其进行差分求解、编程。应用该模型对X井压后产能进行预测,预测产能与本井实际产能相吻合,证实建立的数值模拟模型可行。应用数模方法对影响水平井压后产能的地质和工程因素进行分析,研究储层渗透率、压裂段数、井底流压、裂缝半长和簇间距等因素对压后产能的影响,优化了水平井压裂的裂缝形态参数,从而更好地指导水平井压裂设计的编制,提高压裂水平井的施工效果和成功率。