离散裂缝网络模型与有限元方法在页岩气藏数值模拟中的研究

目前对砂岩单孔隙介质油藏的数值模拟理论和方法比较成熟,由于页岩基质和裂缝之间显著的物性差异以及页岩气的吸附规律使得我们无法继续采用单孔隙介质来对其进行气藏数值模拟研究,对于复杂而致密的页岩气藏,其理论基础还不完善,调研国内外页岩气数值模拟现状,搞清楚气水在页岩气藏中的渗流机理,建立此流动机制的页岩气藏的控制方程,并建立页岩气藏离散裂缝网络数学模型,探索页岩气藏离散裂缝模型的离散化方法,使用有限元方法求解离散裂缝网络模型,通过离散裂缝网络数值模拟方法优化页岩气藏地层参数和裂缝参数,并作出产能评价,这些方面对页岩气藏离散裂缝网络数值模拟研究的突破具有十分重大的实际意义。

考虑应力敏感的基岩气藏离散裂缝网络模型与数值模拟

为了准确模拟裂缝性基岩气藏产能,以柴达木盆地东坪区块为例,将区块内裂缝性基岩气藏视为离散裂缝与基质岩体介质,建立裂缝性基岩气藏产能有限元计算模型。在考虑水力压裂裂缝应力敏感性、气藏流体的高压物性非线性和随机分布天然裂缝基础上,采用Galerkin加权残值法将渗流方程进行空间离散,并通过Newton-Raphson迭代求解非线性方程组,实现裂缝型基岩气藏离散裂缝网络产能模拟,分析天然裂缝、人工裂缝对研究区块内水平井分段压裂后产能模拟结果的影响规律。结果表明:忽略应力敏感会过高估计产量,相比而言,考虑水力裂缝应力敏感性的产能拟合结果更符合实际;基岩气藏渗流压力场主要受主裂缝导流能力控制,离散分布的不连通天然裂缝对压力场的影响较弱;离散不连通的天然裂缝对增产作用效果不明显,水力压裂应重点提高人工裂缝导流能力或沟通天然裂缝;东坪区块基岩气藏最优导流和最优缝长分别为15 D·cm和200~250 m。

页岩气藏离散裂缝网络模拟开发数值模拟

页岩气开发已经成为当今世界各国的焦点,然而关于页岩气的研究理论还处于起步阶段。目前对于页岩气的数值模拟方法应用大多数仍局限于常规油气藏数值模拟所采用的连续介质模型,但页岩气藏天然裂缝发育,非均质性强,基质系统具备微纳米尺度的孔隙,另在天然裂缝—基质之间、不同尺度的天然裂缝之间以及天然裂缝—人工裂缝之间的耦合成为模拟裂缝性页岩气藏气体流动的最大挑战,当裂缝发育时,该模型局限性突出,利用连续介质模型不能准确表征页岩气特有的渗流特征,其是当存在控制流体流动方向和规模的复杂裂缝时,更是显得无能为力。基于离散裂缝网络模型(DFN),从渗流理论出发,建立页岩气离散裂缝网络渗流数学模型,该模型在模拟裂缝性页岩气藏时更符合实际情况。

页岩气藏数值模拟模型研究进展

以页岩油气为代表的低品位油气资源勘探与开发不断取得重大突破,已经成为中国重要的接替性资源。开展页岩气渗流机理和数值模拟模型研究有助于实现页岩气藏开发的动态变化过程,为认识页岩气渗流规律、优化数学模型、产能评价和预测奠定技术基础。围绕页岩气多尺度多流态多重介质下的运移机理,系统地阐述了页岩气数值模拟模型的研究进展,页岩气数值模拟模型可分为等效连续介质模型、离散裂缝网络模型和混合模型,总结了这3类数值模拟模型的优缺点。等效连续介质模型原理简单,追求宏观尺度的等效,忽略了储层内部真实流态,适用于裂缝发育程度低的均质页岩气藏;离散裂缝网络模型准确反映复杂裂缝网络的渗流特征,可以描述高度离散裂缝的形态规律,适用于勘探程度高且裂缝高度发育的页岩气藏;混合模拟模型结合两者的优点,能够准确反映复杂裂缝网络和流体运移规律,在满足计算精度的同时又节约了大量的计算资源,随着计算处理能力的增强,混合模拟模型是今后的发展趋势。最后分析了页岩气藏数值模拟模型中存在的问题,并指出了发展方向。