影响因素的分析,在页岩气储层性能

文摘

由于页岩气储层的渗透率超低,刺激水库形成利用水平井水力压裂技术,需要创建页岩气气体流的路径,这样可以恢复在经济上可行的方式。液压破碎地层可分为两个区域,刺激储集层体积(SRV)地区和non-SRV地区,页岩气可能存在游离气或吸附气体初始地层条件下。调查不同类型的页岩气的采收率在不同地区可能帮助我们做出更合理的发展策略。在本文中,我们建立数值模拟模型,它有能力考虑独特的页岩气流动机制,定量描述每个地区的天然气生产特点的基础上,现场收集的数据来自中国四川盆地的页岩气储层。游离气和吸附气的贡献通过整个生命动态分析了总产量的页岩气生产采用组件细分方法。主要储层性质的影响,如页岩矩阵,二次天然裂缝网络,和主要液压骨折,采收率也调查了。

1。介绍

与清洁能源来维持全球经济需求的增长,天然气的勘探和开发在近年来吸引了广泛的关注。页岩气作为一种新开发的非常规能源,预计将发挥更重要的作用。页岩地层广泛分布于地壳。全球页岩气项目估计,全世界有688页岩层142盆。这提供了巨大潜力空间,页岩气在生物积累方式,产热的方式,或者biogenic-thermogenic相结合的方式1]。美国能源信息管理局(EIA) 2013年估计约7300 tcf页岩气资源137年页岩地层在技术上可开采的41个国家,和32%的总估计天然气资源页岩地层(2]。最具特色的页岩气储层的特点是其极低的渗透率和孔隙度,使得页岩地层被视为源岩和密封。然而,随着先进技术的应用,如多级水力压裂水平井,可以开发富含有机物页岩储层在经济可行的方式。

流动机制在页岩气生产更复杂的比常规气藏由于复杂的多尺度气体传输机制刺激页岩气藏。页岩气可吸附有机物质,因此最终的解吸可能是至关重要的天然气页岩地层复苏如果矩阵页岩中的有机质含量高(3]。眠气体结合游离气在粒间孔需要运输的主导纳米孔页岩矩阵。由于气体分子的平均自由拍可以比纳米孔的孔隙半径小,扩散在这个过程中可以大大提高气体传输速度目前克努森扩散的特征。许多修正得到的表观渗透率页岩矩阵提出了非达西流的行为,考虑气体滑脱效应(4- - - - - -6]。气体可以通过复杂的裂缝网络旅行刺激引起的水力压裂过程中,创建了一个名为刺激的高渗透区域储层体积(SRV) [7,8]。主要涉及到两种类型的骨折在深水区域:广泛分布的重新激活先前存在天然裂缝与复杂几何和新创建的稀疏分布式液压骨折相对不那么复杂的几何图形。当这两种类型的断裂系统连接,SRV地区增强渗透性可以大大提高性能在低渗透储层9,10]。

页岩气产量的数值模拟是具有挑战性的。一般来说,文献中存在两种常见的概念性的方法:双重/多重孔隙度和渗透率模型和离散裂缝模型。沃伦和根提出的双孔隙度模型11)已广泛应用于人脉广泛的小型断裂系统,如天然裂缝系统(12- - - - - -16]。在这种方法中,水库的特点是两个重叠的连续表示骨折和矩阵。描述的这些连续流之间的相互作用是通过使用一个叫做形状系数的传递函数。由于简化复杂几何的骨折,这种方法不能解释明确个人的影响骨折的流动特性。离散裂缝模型方法(DFM)能克服双孔隙度方法的限制,考虑到现实的断裂几何17]。通常使用非结构化网格模拟流体流动的过程中使网格系统符合每个断裂的几何学。由于这种方法的计算成本,DFM通常应用在少量的大规模骨折流体流动中扮演主导的角色。最近,嵌入离散裂缝法(EDFM)已经获得了更多的利益当数值描述裂缝性储层(18,19]。EDFM的概念提出了李et al。20.,21)利用两双孔隙度模型和离散裂缝模型。EDFM特征中矩阵通过使用结构化网格和嵌入离散裂缝进入矩阵网格处理骨折和矩阵之间的交集;因此所有的问题与非结构化网格的数学困难消失有关。

美国领导全球页岩气的生产。EIA估计有15万亿立方英尺的天然气生产在2016年从页岩气井,占天然气总产量的47%。中国是第三个国家独占鳌头页岩气的生产在美国和加拿大,和涪陵页岩气在中国占主导地位的页岩气藏以来到目前为止2012年页岩气产量的开始。页岩气的生产在中国仍处于初期阶段,许多重要的储层性质的影响和水力压裂设计参数对性能仍不清楚。在本文中,我们建立了一个dual-porosity-based数值模型,能够考虑上述特殊的自由流动机制研究的贡献和吸附气体的总生产和基质渗透率的影响,水力压裂阶段,主要液压骨折的电导率,半身的主要液压骨折,次级断裂网络的电导率和发展水平在经济复苏的因素在深水和non-SRV地区根据现场收集的数据从一个在四川盆地页岩气领域。所有这些调查是至关重要的为页岩气发展规划的合理设计生产。组件细分方法实现UNCONG模拟器用于显式描述的游离气和吸附气SRV和non-SRV地区,这使得这里的灵敏度分析提出了独特而更加完整与之前的作品相比基于商业模拟器。

论文的其余部分安排如下:数学和数值模型来描述气体流动过程中指定的页岩气储层和组件细分方法来区分游离气和吸附气的影响2;游离气和吸附气的贡献,分析了天然气总产量通过使用组件细分方法和储层性质的影响和水力压裂参数对性能进行了研究3;最后结论是基于所有部分的分析结果4。

2。方法

2.1。流体流动的数学模型

整个页岩气藏系统分为两种类型的媒体基于双孔隙度模型的概念:矩阵和断裂系统。每种类型的介质中的气体流动模型建立基于其独特的流动特性。大规模纳米孔页岩储层的存在会导致大量的气体吸附在页岩孔隙壁矩阵。吸附气体的数量可能会有所不同从页岩的35 - 58%到60 - 85%在刘易斯页岩22]。在现实中,当气体眠结合自由气体流在页岩储层,很难区分他们和量化贡献分别在井口天然气总产量。然而,至关重要的是理解吸附气和游离气的生产动态特征为设计合理的策略开发页岩气。显式地描述这两个类型的页岩气的贡献,我们采用了“组件细分”杨等人提出的方法。23),游离气和吸附气数值视为两个不同的组件和他们可以单独标记,但同时作为一个统一的流程建模系统。这种方法是基于组分水库仿真模型。建立流模型的基本原理是每个组件在不同介质的质量守恒。

页岩的矩阵,为一个特定的组件 ,质量守恒定律可以写成 在哪里和控制体积和面积,孔隙度,是气体饱和度,石油和天然气的摩尔密度,气体的摩尔分数,气体的摩尔通量,摩尔吸附组件的变化吗进入矩阵孔隙,而且它可以计算 在哪里是密度矩阵,是时间间隔,是初始吸附浓度在此时间间隔,然后呢是平衡吸附浓度。可以确定基于朗缪尔吸附等温曲线: 在哪里是朗缪尔体积表示的最大吸附量页岩矩阵和的朗缪尔压力代表压力50%的朗缪尔体积可以吸附。

在断裂系统,为一个特定的组件 ,质量守恒方程可以写成

流机制之间的主要区别之一矩阵和断裂系统是没有裂缝系统中需要吸附的效果,因为骨折基本上充当主要的流动路径,而不是一个存储空间的矩阵。此外,应考虑骨折和井筒之间的十字路口来准确描述裂缝流,和是鼹鼠通量来描述这种影响。矩阵之间的流动和骨折可以视为两种不同的控制量之间的流体交换,可以计算的流 。两个相邻细胞之间的流量可以通过达西定律估计: 在哪里相对渗透率,粘度, 是潜在的细胞之间的区别吗和 。的传播性成交量加权平均计算。 在哪里和细胞的数量吗和 ,而和细胞的表观渗透率吗和 ,分别。

dual-porosity-dual-permeability (DPDP)模型,一个矩阵之间的传播性细胞和其相应的断裂细胞被定义为 在哪里是体积网格。的裂缝间距 , ,和方向由 , ,和和 , ,和分别是三个方向的基质渗透率。 , ,和无量纲参数与裂缝的几何信息,这是等于什么糖多维数据集模型。

水力裂缝之间的流动,计算由以下方程: wi在哪里好指数代表之间的导电性好和水力裂缝吗 和细胞之间的电位差的好吗 。在正交网格,一种选择是使用Peaceman指数的公式来计算好。

如果是平行的方向,

如果是平行的方向,

如果是平行的方向, 在哪里半径。 , ,和是穿孔的投影长度区间上设在,设在,设在;是皮肤的因素; , ,和裂缝网格块的大小。

如前所述,克努森扩散需要考虑在页岩天然气传输矩阵。这种效应可以通过添加一个修正项描述相同的压力梯度下的视渗透率: 在哪里和是明显的渗透率和内在渗透率,分别是储层压力,是克努森扩散的修正系数。修正系数可以通过拟合实验数据。

非达西流可能出现高渗透区域,如液压骨折。在油藏模拟、非达西流的现象的特征是Forchheimer方程: 在哪里单元收敛的单位转换器和吗是Forchheimer系数。Forchheimer系数也可以测量通过实验数据拟合。

2.2。组件细分方法

为了量化自由和吸附气体的分布在不同的地区,使用“组件细分”的方法。自由和吸附气体从深水救生艇和non-SRV地区被视为不同的组件相同的PVT特性(1),即SRV游离气体、SRV吸附气体,non-SRV游离气体,分别和non-SRV吸附气体。PVT特性计算了flash计算根据PR状态方程在这项研究。根据朗缪尔方程(3),一个组件的吸附平衡的内容是在气相分压。在这里使用的组件细分方法,特定类型的页岩气(免费或吸附气体)产生一个特定的区域(SRV或non-SRV)被视为一个独立的“组件”;它应该与甲烷总量的平衡分压而不是自己的分压。甲烷气体的摩尔分数可以被定义为 在哪里 , , ,和代表自由气体的摩尔分数从深水区域,吸附气体从深水区域,从non-SRV地区自由气体,吸附气体来自non-SRV地区。朗缪尔方程(3)在修改组件细分方法

在页岩气生产的开始,只有自由气体流入井筒和没有吸附气体;因此吸附组分的摩尔分数,和 ,需要设置为零。

2.3。页岩气藏的数值模型

实现上面的数学模型中,我们构建了一个基于dual-porosity-dual-permeability数值模型(DPDP)概念调查所有参数对性能的影响。这个数值模型中使用的储层属性数据从现场测量数据获得页岩气藏位于四川盆地。这些生产海洋页岩地层主要是降低志留纪Longmaxi和奥陶系聚的埋深2500米,形成温度为85°C。几乎所有的井采用水力压裂水平井与多个横向骨折。在这里,我们建立了单井模型通过仿真代码UNCONG由李等。24)如图1,页岩储层属性表中列出的关键1下面的分析中使用的基本模型。所有主要地层属性用于本研究收集到的测井和实验室实验在涪陵页岩气。假设水平井的长度是1000米30水力压裂阶段。液压骨折的半身的150米。液压骨折,黑色线条图进行描述1,它的特点是使用局部网格加密方法的数值模型。由于天然裂缝复活水力压裂后,周围会有二次断裂网络的主要液压骨折。在这里,我们使用两个断裂层之间的间距来表示的复杂性或次级断裂网络的发达水平在沃伦和根(11]。间距越小,越复杂或次级断裂网络是发展。在图1、二级断裂网络描述了红色,也表明SRV地区的覆盖范围。non-SRV区域如图1蓝色的颜色还没有遭遇任何刺激,从而拥有页岩的属性矩阵。根据地质和测井数据,original-gas-in-place (OGIP)是4.76×10⁸米³和吸附气体占据40%的OGIP和OGIP SRV区域和non-SRV区域,分别为2.25×10⁸米³和2.52×10⁸米³。

我们首先验证我们的模拟器UNCONG通过比较仿真结果与通过商业模拟器的基础上发生的基本情况。图2显示了产量和总产量的气体从UNCONG和发生。图中可以观察到,结果产量获得UNCONG非常类似于那些从没有发生。有轻微差异比较结果的总生产,特别是在总产量曲线的后期,由于总产量的积累效果随着时间的推移,但UNCONG模拟器的准确性可以被接受。我们使用的主要原因UNCONG但不发生或其他商业模拟器是他们没有能力量化的贡献从不同地区不同类型的气体产生。在UNCONG这个函数了,可以帮助我们实现这项工作的敏感性分析。

3所示。结果分析

3.1。贡献的吸附和游离气体的生产

吸附气和游离气生产行为进行明确和单独使用“组件细分”的方法。在基本模型,按照约定的生产页岩气水平井生产的60000米³,最小井底压力设置为6 MPa,符合工作条件在涪陵气田。图3描述了吸附的特点,免费的,页岩气产量方面的产率和累积产量。它表明,在这工作时间表,这可以产生页岩气稳定在前4年,然后开始下降。累计生产30年后可高达1.81×10⁹米³。

清晰地显示吸附和游离气体的贡献总生产,整个生产的生活这是基于其生产特点分为三个阶段:第一阶段从开始到结束的稳定生产;第二阶段从产量递减的开始和结束后10年的生产;和第三阶段涵盖了页岩气生产进入后期稳定生产。

如图4在第一阶段,页岩气可以产生大约6×10的速度相对稳定⁴米³,总天然气产量是由自由气体在深水地区。与储层压力降低,自由天然气产量开始下降,所使用的气体吸附在矩阵开始使解除吸附,吸附气体生产爬。第一阶段结束时,吸附气体的产量方法最大6.5×10的速度³米³。我们的发现是一致的王(25)指出,吸附气体的存在更明显的早期阶段对产量递减的影响,这是共同的信念相反,吸附气体变得重要,只有当油藏平均压力下降到一定的水平。在第二阶段,产量开始下降。由于相对容易损耗的游离气体,大部分的自由气体生产的第一阶段,导致吸附气体的贡献在第二阶段会变得更明显。在第三阶段,产量保持在低水平。产生的气体是由自由气体non-SRV地区。最后30年,总数的73.76%产率由自由气体在non-SRV地区。

图5表明,在30年的生产期间,累计天然气产量是由自由气体的SRV地区67.57%,游离气non-SRV地区为20.81%,吸附气体的SRV地区10.22%,和吸附气non-SRV地区为1.40%。自由气体仍然很大程度上主宰着整个页岩气产量,尽管吸附气体占据OGIP的40%。

3.2。复苏的基质渗透率的影响因素

在分析生产动态在上面的部分中,我们集中在postfracturing储层性质对经济复苏的影响因子在不同地区,也就是说,恢复天然气的比例在一个特定的生产时间和original-gas-in-place SRV和non-SRV地区。结果演示的目的,我们把30年的生产周期为三个10年的间隔,这样恢复的动态变化因素可以更好地研究。

探讨基质渗透率的影响,我们选择3典型值的范围领域的观测矩阵在页岩气储层渗透率:1×10⁻⁴医学博士1×10⁻⁵医学博士,1×10⁻⁶医学博士。图6显示基质渗透率的影响采收率的深水区域。结果表明,基质渗透率会严重影响采收率SRV地区和采收率SRV地区随渗透率降低矩阵。沿着时间线,复苏因素大大减少,这是可以理解的因为快速ultra-low-permeable油藏产量递减。non-SRV地区有效的复苏在很大程度上取决于基质渗透率,由于水力压裂刺激对这个没有影响水库的一部分。图7显示矩阵的影响渗透non-SRV复苏的因素。一般来说,它显示了相同的趋势,在深水区域,也就是说,矩阵渗透率越低,采收率越小。然而,一个明显的点在这个分析是页岩气non-SRV地区几乎无法恢复时,基质渗透率低于1×10⁻⁶医学博士。

3.3。次级断裂网络属性的影响采收率

在本节中,次级断裂网络的属性的影响在不同地区的页岩气藏的采收率。两个主要的特性,密度和次级断裂网络的渗透率,选择这里。

如前所述,裂缝网络的密度可以描述使用间距断裂层的双孔隙度模型。在这里,我们用5种不同的断裂层间距值,10、15、20、25日和30日。图8(一个)显示了二级断裂网络密度对经济复苏的影响因素在深水区域。它可以发现二次断裂网络密度的影响采收率的SRV地区基本情况并不明显,基质渗透率在哪里1×10⁻⁴医学博士。比较的目的,一个新的模拟基于1×10的基质渗透率⁻⁵医学博士。当基质渗透率下降,二次断裂网络密度对经济复苏的影响因素变得更加深刻。它表明它不是帮助创建一个更复杂的次级断裂网络提高采收率SRV地区如果矩阵渗透在这个地区已经相对较高。图8 (b)显示了二级断裂网络密度对经济复苏的影响因素在non-SRV地区。它可以发现复杂的裂缝网络总是有助于提高采收率non-SRV地区,因为它增加了接触面积与non-SRV地区。

探讨断裂网络渗透率在不同地区复苏的因素,选择4个典型值在这个分析。0.01 0.005 0.001医学博士,医学博士,医学博士,医学博士和0.1。图9显示分析结果。它表明了一个类似的趋势断裂网络复杂性的影响。提高裂缝网络的渗透率对non-SRV地区有更深远的影响比SRV地区。如果水力压裂不能创建主骨折但只有次生裂缝网络,那么很明显,次生裂缝网络渗透率可以严重影响采收率在深水和non-SRV区域,如图10。然而,它也可以观察到,采收率可以非常小,当二次断裂网络渗透率很低,这表明创建主液压骨折可以缓解需求在二级断裂网络渗透率。因此,在实践中,它会更有利于创建主要液压骨折与温和的复杂和透水次级断裂网络比创建一个更加统一的裂缝网络。

3.4。水力裂缝性质的影响主要在经济复苏的因素

三个主要属性上的液压骨折采收率研究在这一节中。他们是水力压裂阶段,断裂电导率,和液压骨折的半身像。数量的阶段,基于三种情况比较仿真结果,10、20和30。图11显示出复苏阶段数字的影响因素在深水和non-SRV地区。它可以发现,经济复苏的因素在深水救生艇和non-SRV地区都不影响水力压裂阶段的数量减少20 30的基本情况。然而,当进一步减少阶段数字10,复苏因素严重影响。寻找现象背后的原因,不同阶段的压力分布数据绘制在图12(舞台上的压力分布的20个非常类似于30,因此它不是绘制)。可以观察到压力下降沿水平井均匀(它形成一个巨大的蓝色矩形)阶段数量是30,但压力下降阶段时数量是10形式几部分(蓝色矩形小),每个部分分离相对于别人。回想一下,我们的水平井是1000,每个水力压裂阶段与次级断裂网络一侧30米的宽度。两个液压骨折之间的间隔约为33.3 m如果阶段数量是30。因此,与每个相关的压力系统主要液压骨折连接。然而,两个液压骨折之间的间距约100如果阶段数量是10。这意味着会有40米宽的空间由水力压裂过程中,不刺激,因此压力系统与各主要液压骨折都是相互独立的。在水力压裂的设计,它需要增加阶段创建一个断裂系统(包括主液压骨折和重新激活自然骨折),可以形成一个出身名门的深水区域,并不值得进一步增加舞台时可以满足这个需求。

四种典型的液压骨折电导率值选择对页岩气产量的影响进行调查。他们是0.1,0.5,1,10m,分别。图13显示液压骨折电导率的影响在不同地区复苏的因素。可以看出,一般高液压骨折电导率有利于提高深水救生艇和non-SRV地区复苏的因素。

液压骨折有影响的半身像在深水区域,因此估计的OGIP SRV和non-SRV地区。这里,3例设计液压骨折选择半身的,也就是说,150米,130米,110米。和相应的深水地区OGIPs 2.25×10⁹米³,1.95×10⁹米³和1.65×10⁹米³。图14显示效果的半身的液压骨折在深水和non-SRV地区经济复苏的因素。它可以观察到,半身的只有一个温和在深水地区对采收率的影响。但半身像的影响采收率non-SRV地区是深远的。增加的半身像,采收率non-SRV地区增加。

4所示。结论

这项工作建立了一个数学模型来分析页岩气藏的天然气生产特点和使用现场收集的数据来自中国四川盆地页岩气在探讨各种因素对生产的影响特征。它导致了以下主要结论:(1)吸附气和游离气的贡献从不同地区天然气总产量是明确和分别研究了通过使用一个“组件细分方法。“自由气体SRV地区主导最初的天然气生产。吸附气体的生产增加页岩储层的压力逐渐减少最后趋于最大值的初始稳定生产阶段。当天然气产量下降,吸附气体的生产可以减轻下降水平急剧下降的补偿免费SRV地区天然气生产。当天然气生产进入稳定生产阶段后期,non-SRV地区占主导地位的自由气体气体生产。累计生产而言,自由气体的主要成分总天然气生产。(2)SRV地区的页岩基质渗透率对采收率有深远的影响在SRV地区基质渗透率non-SRV地区non-SRV地区复苏的因素。基质渗透率较高采收率有积极影响。(3)密度和二级天然裂缝网络的渗透率更明显影响采收率non-SRV地区比深水区域。主要液压骨折的存在是必要的,即使一个人脉广泛的次生自然可以由水力压裂的裂缝网络。(4)阶段的水力压裂需要足够大来创建一个统一的沿水平井压力系统。的电导率和半身的主液压骨折有积极对采收率的影响在深水和non-SRV地区。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作是由中国国家自然科学基金资助(批准号41402199),国家科技重大项目(拨款2016 zx05037003和2016号zx05060002),科学基金会中国石油大学,北京(批准号2462014 yjrc038),中国博士后科学基金(批准号2016 m591353),中石化集团的科学基金(批准号P16058)。

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