基于嵌入式离散裂缝模型优化的海陆过渡相页岩气压裂水平井数值模拟

近年来,鄂尔多斯盆地东缘大宁—吉县区块海陆过渡相页岩气勘探开发取得了突破性进展,进一步展示了该领域良好的开发前景,但对该区页岩气水平井产能评价理论的认识还不够深入,从而制约了后续开发井生产方案的优化制订。为了模拟鄂尔多斯盆地东缘海陆过渡相页岩气压裂水平井生产动态,基于嵌入式离散裂缝模型理论,考虑了储层不同类型孔隙中流体流动差异,采用有限体积法建立了地质参数建模与压裂缝网表征相结合的数值模拟技术,并结合压裂改造后裂缝网络的展布特点,对现场实例井进行了生产动态分析。研究结果表明:①海陆过渡相页岩气藏压裂水平井整体产量偏低,压裂施工规模和单井产能之间相关性较弱,压裂裂缝的合理表征是生产动态预测的关键;②页岩储层渗透率极低,压力传播范围有限,未与井筒或水力裂缝沟通的天然裂缝在生产过程中贡献率较低;③天然裂缝为气体在低渗透致密储层提供了渗流通道,提升了水力裂缝网络的复杂度,应优选裂缝发育区对气井进行压裂改造。结论认为,优选压裂改造甜点位置和提高压裂井缝网改造程度是海陆过渡相页岩气藏压裂水平井产量提升的关键,该认识为我国海陆过渡相页岩气高效开发提供了理论支撑。

基于嵌入式离散裂缝模型的增强型地热系统热—流—力—化耦合分析

增强型地热系统(以下简称EGS)在长期取热过程中会受到流(Hydraulic)、热(Thermal)、力(Mechanical)、化(Chemical)等多种物理场的综合作用影响。虽然嵌入式离散裂缝模型(以下简称EDFM)能够有效模拟裂缝型储层中流场、温度场、力场和浓度场的变化,但目前基于EDFM的热—流—力—化(以下简称THMC)四场耦合的相关研究和认识还不足。在考虑储层非均质性、物性参数变化和水—岩反应的基础上,基于EDFM建立了裂缝型储层的THMC四场耦合模型,对EGS运行过程中的流场、温度场、位移场和浓度场的时空演化进行了模拟分析。研究结果表明:(1)当基岩渗透率较低时,开采温度下降缓慢,EGS可维持较长年限的较高开采温度,但渗透率较低时会造成开采井质量流率减小,进而影响净取热功率;(2)当裂缝渗透率或裂缝开度发生改变时,EGS均可维持一定年限的较高温度稳定输出,随后出现不同幅度的下降,但当裂缝渗透率增大到一定值或者裂缝开度减小到一定值时,改变裂缝参数对开采温度的影响减弱;(3)当EGS运行40年时,采用变物性流体比采用常物性流体计算的开采温度偏低22℃,而考虑水—岩反应的开采温度偏低了15℃,储层平均孔隙度值增大12.5%。结论认为:(1)在对长期运行的EGS进行研究时,应综合考虑储层岩石参数、注入流体物性以及水—岩反应等因素的影响;(2)未来应考虑储层其他矿物组分的化学反应、力学变形对流—热—化三场影响的双向耦合,以便为EGS储层的工程开发和利用提供更准确、可靠的预测。

基于双重介质嵌入式离散裂缝模型的致密油藏产能影响因素

致密油藏具有显著的超低孔超低渗特征,准确表征天然微裂缝和水力压裂缝对致密油藏产量准确评价至关重要。研究者们广泛采用嵌入式离散裂缝模型(embedded discrete fracture model, EDFM)研究致密油藏流动规律,通过修改基质网格渗透率表征天然微裂缝,无法精细刻画微裂缝与基质间流体交换对流动产生的影响。为克服以上不足,考虑基质、复杂天然微裂缝和人工压裂缝间传质机理,建立了致密油藏双重介质嵌入式离散裂缝模型(dual porosity embeded discrete fracture model, DPEDFM);进一步,对模型进行数值离散处理,编制了相应的模拟器;最后,基于所建立模型研究了天然微裂缝、水平段长度、裂缝间距等多因素对致密油藏产能影响规律。研究结果表明,所建立模型的产能高于传统EDFM模型;水平段长度越长,产能越大;裂缝间距越小,产能越大;应力敏感对致密油藏生产动态有一定影响,并且随着时间推迟,影响逐渐增强;所建立模型实现了对基质、复杂天然微裂缝和人工压裂缝间复杂传质机理的精细刻画,相关研究结论可为致密油藏经济高效开发提供借鉴。

局部网格加密与嵌入式离散裂缝模型耦合预测压裂改造井产能

针对利用现有嵌入式离散裂缝方法(EDFM)预测压裂井产能存在不支持角点网格、近井地带精度低、未考虑铺砂浓度不均匀带来的导流能力非均质性等问题,设计了一种角点网格下的EDFM,可实现嵌入式裂缝与基质网格之间传导率的高效计算,同时利用人工裂缝开度点阵数据计算嵌入式裂缝各裂缝片的渗透率,在此基础上提出一种局部网格加密与嵌入式离散裂缝模型耦合求解预测压裂改造井产能的方法。通过与离散裂缝模型(DFN)方法计算结果对比和对中东伊拉克第一口加砂压裂井实际生产数据的拟合,验证了方法的有效性。采用该方法,结合正交设计完成了同区块首口分段压裂水平井改造参数的优化设计与工艺参数优化。研究表明提出的方法对提高EDFM方法适应性及产能预测精度具有理论意义且实用性强,实现了油藏尺度下的裂缝模拟与产能数值模拟的耦合衔接。

基于嵌入式离散裂缝模型的页岩气水平井立体开发优化设计

为提高页岩气区块整体采收率,涪陵页岩气田2020年以来采用在上部、中部及下部气层井间部署调整井的立体开发模式,并在涪陵页岩气田部分井组试验中取得了良好效果。采用数值模拟方法评估不同页岩气立体式开发技术方案的开发效果,是进一步优化方案,提升区块整体动用率和采收率的基础。提出一种基于嵌入式离散裂缝模型的数值模拟方法,并以涪陵江东区块为例,综合分析不同工艺压裂结果、井间干扰等因素对井组产能的影响,评估了立体开发的效果,提出相应的稳产增产对策。研究结果表明:采用嵌入式离散裂缝可以刻画多层系水平井立体开发中裂缝的分布,从而准确模拟裂缝的干扰情况;在下、上部气层分别存在未有效动用、基本未动用储量,具有加密调整潜力;立体开发可以有效提高页岩气储量的动用。

两套节点格林元嵌入式离散裂缝模型数值模拟方法

对于原始嵌入式离散裂缝模型(EDFM),在计算包含裂缝单元的基质网格内的压力分布时采用了线性分布假设,这导致了油藏开发早期对非稳态窜流量的计算精度不足.因此,本文提出了一种两套节点格林元法的EDFM数值模拟方法.两套节点格林元法的核心思想是将压力节点与流量节点区分开,一套压力节点设置在单元顶点,另一套流量节点设置在网格边的中点,满足局部物质守恒、具有二阶精度的同时,可适用于任意网格类型.本文将两套节点格林元法与EDFM耦合,采用了非稳态渗流控制方程的边界积分形式推导了基质网格与裂缝网格之间传质量的新格式,代替了线性分布假设以提高模拟精度;此外,修正后的EDFM能适应任意形态的基质网格剖分,拓展了原始EDFM仅适用于矩形基质网格、难以考虑复杂油藏边界的局限性.研究表明:通过对比商业模拟软件tNavigator?LGR模块与原始EDFM,验证了本文模型具有较高的早期计算精度;以复杂油藏边界-缝网-SRV分区模型为例,通过对比SFEM-COMSOL商业模拟软件,验证了本文模型处理复杂问题的适应性.本文研究可用于裂缝性油藏开发动态的精确模拟.

多尺度嵌入式离散裂缝模型模拟方法

天然裂缝性油藏和人工压裂油藏内裂缝形态多样,分布复杂,传统的离散裂缝模型将裂缝作为基岩网格的边界,采用非结构化网格进行网格划分,其划分过程复杂,计算量大。嵌入式离散裂缝模型划分网格时不需要考虑油藏内的裂缝形态,只需对基岩系统进行简单的网格剖分,可以大大降低网格划分的复杂度,从而提高计算效率。然而,在油藏级别的数值模拟和人工压裂裂缝下的产能分析中,仍然存在计算量巨大、模拟时间过长的问题。本文提出嵌入式离散裂缝模型的多尺度数值计算格式,使用多尺度模拟有限差分法研究嵌入式离散裂缝模型渗流问题。通过在粗网格上求解局部流动问题计算多尺度基函数,多尺度基函数可以捕捉裂缝与基岩间的相互关系,反映单元内的非均质性,因此该方法既有传统尺度升级法的计算效率,又可以保证计算精度,数值结果表明这是一种有效的裂缝性油藏数值模拟方法。

基于XFEM-MBEM的嵌入式离散裂缝模型流固耦合数值模拟方法

离散缝网的表征与模拟是目前国内外研究的热点.在非常规油气开发过程中,由于地应力场的存在会对裂缝的流动属性产生显著影响,若将裂缝视为静态对象,与矿场数据会出现极大偏差,因此要基于动态裂缝做更深入的研究.本文针对致密油藏应力场-渗流场耦合力学问题,提出了一种高效的混合数值离散化方法,其中采用扩展有限元法(XFEM)求解岩石的弹性形变,采用了混合边界元法(MBEM)精确计算基岩与裂缝间的非稳态窜流,这两种数值格式是完全耦合的,并对整体计算格式的时间项进行了全隐式求解,可准确表征致密油藏开采过程中的裂缝变形及流体流动机理.此外,本文采用了嵌入式离散裂缝前处理算法显式表征大尺度水力压裂缝,并考虑了支撑剂的作用;采用了双孔有效应力原理和双重介质隐式裂缝表征方法,可捕捉基质与小尺度天然裂缝的动态信息;由此,本文所提出的混合模型综合表征了基质-天然裂缝-水力压裂缝共同组成的致密油藏复杂渗流环境,并通过几个实例论证了模型的准确性,研究表明:对致密油藏压裂水平井进行产能评价时,应力场所引起渗流参数的改变及裂缝开度降低的影响不可忽略.本文研究可为非常规油气资源的开发提供理论指导.

基于嵌入式离散裂缝和扩展有限元的裂缝性页岩油藏流固耦合高效数值模拟方法

通过耦合嵌入式离散裂缝模型和扩展有限元建立了一种适用于裂缝性页岩油藏的流固耦合高效数值模拟方法。该方法创新性在于:通过对裂缝进行显式降维处理,可以准确刻画水力裂缝对渗流场和应力场的影响,同时可以模拟水力裂缝开度的动态变化过程以及水力裂缝内流体压力对裂缝变形的影响;在划分网格时仅需对基岩系统进行正交网格剖分,不必考虑裂缝的几何形态,渗流场和应力场均选取一套网格,使得网格划分时的复杂度大幅降低。对于渗流方程求解采取模拟有限差分方法,满足局部质量守恒并且可以有效处理全张量形式渗透率;对于岩石力学方程求解采取扩展有限元方法,可以准确处理裂缝两侧的位移间断性。通过算例分析,本文方法的正确性与优势得以验证。

适用于任意形状倾斜裂缝面的三维嵌入式离散裂缝模型前处理算法

为了实现嵌入式离散裂缝模型(EDFM)的维度升级,使EDFM能够有效处理任意形状的倾斜裂缝面,提出一个适用于任意形状裂缝面的三维EDFM前处理算法,提供了解决EDFM维度升级关键困难的一种具体思路,继而依据该前处理算法实现了能够适用于任意形状倾斜裂缝面的三维EDFM,并在本文中给出了具体的数值案例,说明了所提前处理算法的有效性。

基于三维嵌入式离散裂缝模型的致密油藏体积压裂水平井数值模拟

针对致密油藏体积压裂水平井裂缝建模困难、传统嵌入式离散裂缝模型(Embedded Discrete Fracture Model,EDFM)对三维空间中裂缝复杂的立体分布及复杂形状难以准确刻画、体积压裂致密油藏开发动态模拟及产能评价困难等问题,基于三维笛卡尔网格及裂缝面的参数化表征方法,考虑重力、致密油藏非线性渗流特征及应力敏感特征,建立了适用于任意形状倾斜裂缝面的网格剖分方法及三维嵌入式离散裂缝模型。通过与商业软件Eclipse计算结果对比和对新疆油田一口井的实际生产数据拟合验证了模型的准确性和可靠性。基于该模型,进行了体积压裂致密油藏产能影响因素分析。结果表明:三维嵌入式离散裂缝模型能较好地表征流体在具有复杂空间分布形态及复杂裂缝形状缝网中的渗流过程,可以应用于体积压裂致密油藏的开发动态模拟。研究成果为致密油藏水平井体积压裂提供了理论依据。

基于嵌入式离散裂缝建模的Eagle Ford页岩油复杂水力裂缝综合表征

使用嵌入式离散裂缝建模(EDFM)方法优化具有复杂裂缝系统的油藏的数值模拟,完善了前人的Eagle Ford页岩油综合描述技术。根据裂缝支撑类型对具有100000多个裂缝面的复杂裂缝系统进行分类后,对井底流压进行了历史拟合,对油田产量进行了预测,以更深入地了解复杂裂缝支撑效果对产量的影响。在为不同支撑类型裂缝组分配不同的压实曲线后估算的压降表明,如果采用EDFM方法而不是非结构网格方法进行裂缝建模和筛选,裂缝模型表达更精确,有效波及面积可能会小于非结构网格方法。方法优化后,能够将EDFM与第三方裂缝扩展模拟器自动耦合,同时考虑支撑剂强度沿复杂裂缝系统的变化。该方法能够从裂缝评价和多个全井眼的拟三维裂缝扩展结果中准确地模拟复杂的裂缝延伸和井间干扰,从而更准确地评价完井效果。

DFM和EDFM离散裂缝刻画方法适应性评价

离散裂缝模型(DFM)和嵌入式离散裂缝模型(EDFM)裂缝描述方法是近年采用最为广泛的离散裂缝刻画方法,但方法的适应性及渗流规律描述的准确性存在较大争议。在DFM和EDFM方法核心原理分析基础上,分别建立了基于DFM和EDFM的多段压裂水平井数值模拟模型,评价了不同网格尺寸时压力、产量、压力导数曲线特征,并与多段压裂水平井解析解对比,评价了两种方法计算结果的差异性,进而从裂缝密度、裂缝分布特征、裂缝角度等明确了两种裂缝刻画方法的适应性。结果表明:DFM方法在评价精细渗流规律时具有更强优势,裂缝越复杂,DFM方法表征渗流规律越清晰,而EDFM方法在宏观尺度模拟时网格数量少、计算速度快、结果在可接受范围。研究取得的认识可为裂缝性油藏在不同研究目的时进行适宜裂缝描述方法的选择提供指导。

重复压裂裂缝系统产能对比与分析

单井重复压裂的裂缝生成模式可以分为两种形式,包括在井筒处形成新的转向裂缝以及在原有裂缝的基础上形成扩充缝。如何评价重复压裂后不同形式裂缝系统下油气井的产能,对优化重复压裂施工方案至关重要。以重复压裂产生的两种不同复杂裂缝系统为研究对象,利用嵌入式离散裂缝方法建立数值模型,开展重复压裂后转向型和扩充型裂缝系统的生产规律研究,明确不同裂缝系统对井产能的影响。研究发现:储层及裂缝参数会在不同程度上影响重复压裂后井的产能,且对扩充型裂缝系统的影响程度始终大于转向型裂缝系统。考虑储层基质渗透率各向异性,正交于初始裂缝延伸方向的基质渗透率越大,重复压裂后增产效果越好,并且扩充型裂缝系统累计产量升高更显著。重复压裂裂缝与初始裂缝越趋向于正交,重复压裂后增产效果越明显,扩充型裂缝系统的增产率高于转向型裂缝系统。重复压裂裂缝渗透率和重复压裂裂缝长度均与重复压裂井产能提升呈现正相关,且扩充型裂缝系统的累计产量增大趋势更显著。结果表明,扩充型裂缝系统能更加有效地提高重复压裂井产能,为重复压裂增产机理与矿场应用结合提供理论指导。

基于离散缝洞网络模型的缝洞型油藏混合模型

针对存在大尺度导流裂缝的复杂缝洞型油藏,为了克服目前常用数学模型不能准确高效对其进行流动模拟的缺陷,提出一种新的混合模型。首先根据缝洞的结构特征划分合适的正交网格,在每个网格单元内建立离散缝洞网络模型(DFVN),基于超样本技术和体积平均方法求得网格单元的等效渗透率张量,对小尺度的缝洞结构进行等效处理;以形成的正交网格为基础建立嵌入式离散裂缝模型,对大尺度导流裂缝进行显示处理,并基于模拟有限差分方法建立能准确处理全张量形式渗透率的数值计算格式;最后通过单相稳定渗流数值算例验证本文方法的正确性和优越性。研究结果表明:对于缝洞结构易发生变化的油藏,只需根据变化后的缝洞结构进行局部的参数修正,避免了类似于离散缝洞网络模型的整体网格重构,有效提高了计算效率。

复双曲离散理想三角群

复双曲三角群是由3条复测地线上的复反射生成的,本文主要讨论复双曲理想三角群的离散性.通过复测地线相对应的极向量定义了角度参数,该角度不变量可以决定一个1 2 3(p,p,p)三角群,并由该角度不变量给出了复双曲空间中理想三角群离散的必要条件.

考虑不同尺度裂缝的页岩气耦合流动模拟

基于黏性流,努森扩散,真实气体效应的页岩气流动规律,对于存在不同尺度裂缝的页岩储层,考虑了页岩中基质与裂缝之间非稳态窜流的影响,耦合建立页岩气多重相互作用连续性模型(MINC)模型与嵌入式离散裂缝模型(EDFM),空间采用有限体积与时间采用有限差分方法全隐式求解。通过实例分析结果表明:吸附气对于页岩气产量影响明显,故在页岩气数值模拟过程中不能忽略吸附气的存在;天然裂缝开度变化对于页岩气产量影响明显;在水力压裂过程中,水力压裂区(SRV)体积是影响页岩气产量的主要因素。

油藏数值模拟的裂缝/溶洞嵌入式计算模型

碎屑岩和碳酸盐岩油藏的数值模拟需要处理几何形态较为复杂的裂缝,对碳酸盐岩缝洞型油藏还须处理形状各异的溶蚀孔洞。采用传统的嵌入式离散裂缝模型时,需要将复杂裂缝划分为细密的网格,计算量较大,且难以准确处理溶洞。建立一种裂缝/溶洞嵌入式计算模型,对基质系统进行结构化网格剖分以形成基质单元,根据需要把单个裂缝或一组裂缝划分为一个裂缝单元,将大型溶洞根据几何形状划分为一个或数个连通的溶洞单元;采用推导的半解析方法计算裂缝或溶洞单元同基质单元的传导率,实现裂缝或溶洞在结构化基质网格中的嵌入。交叉裂缝、含洞储层和三维复杂缝网算例数值模拟结果表明,裂缝/溶洞嵌入式方法计算效率较高,对于形态较为复杂的裂缝和溶洞有很好的适用性。

页岩油储层径向井立体压裂产能预测模型研究

页岩储层页理发育,常规水平井体积压裂纵向穿层能力不足导致改造程度受限。本文根据径向井立体压裂开发页岩油新思路,给出了径向井立体压裂的缝网形态描述方法,建立了页岩油三维基质-裂缝-井筒跨尺度流动模型,对比分析了水平井压裂和径向井立体压裂2种开发模式下的页岩油产能,研究了天然裂缝对页岩油产能的影响。结果表明:径向井立体压裂可打破裂缝层高限制,增强了储层改造效果,径向井层数和主井数越大,产能越高。以松辽盆地古龙页岩油藏为例,有天然裂缝条件下3井3层4分支径向井立体压裂缝网直接相交的水力裂缝是水平井压裂的1.35倍,第三年产油速率和总产油量均为水平井压裂的2.2倍以上,研究结果可为径向井立体压裂高效开发页岩油提供理论依据。

基于微地震约束的多尺度复杂压裂缝网自动反演新方法

水平井多级压裂是实现页岩气藏有效动用的关键技术。然而,大规模体积压裂形成的缝网由不同尺度的压裂主缝和次生裂缝构成,裂缝的分布情况及其参数难以确定。为此,以微地震监测数据作为先验约束,建立考虑微地震湿事件区域与监测灵敏度的多尺度离散裂缝参数模型,再通过嵌入式离散裂缝方法建立正演模型,利用集合卡曼滤波方法自动反演确定多尺度离散裂缝的位置与渗透率等属性参数。研究结果表明:①反演并确定验证模型的多尺度离散裂缝参数,参数均收敛到真实值附近,与前验统计矩相比,参数的不确定性明显下降,产量预测符合率显著提高;②通过定产气量拟合井底流压,反演并确定了实际压裂水平井模型微地震有效区域及缝网参数,拟合阶段与预测阶段井底流压符合率分别提高了75.7%和82.4%;③反演得到的裂缝有效长度是微地震事件点显示裂缝长度的1/2~2/3,表明微地震数据与裂缝参数的不确定性较高;④微地震监测灵敏度的后验值为3.59,说明可能有大量压裂激发的微地震事件没有反映在监测数据中。结论认为,该方法可有效反演并确定微地震约束下的多尺度复杂压裂缝网参数,并可适应具有较高不确定性的微地震数据和缝网模型。