全面模型估计刺激储集层体积返排基于页岩气储层中的数据

文摘

刺激水库卷(SRV)与多级水力压裂产生的水平钻孔控制页岩气储层的生产。尽管微震的数据被用来估计SRV,高价,有时会高估了。此外,没有考虑应力敏感性对电脑的影响异常超压的区域。因此,这项工作的目的是描述地下裂缝网络的渗透率应力敏感性通过页岩气井生产数据返排的早期阶段。排液的返排地区首次发现两个中国南方页岩气井的数据。然后,我们测量了渗透率应力敏感性的核心压裂后,耦合动态相对渗透率(DRP)计算获得一个准确和简单复制曲线。之后,一个全面的模型是建立在考虑动态两相相对渗透率和压力灵敏度函数。最后,我们比较了计算结果与微震的数据。结果表明,该模型可以合理地预测SRV使用返排压裂后的数据。此外,与微震的数据相比,应力敏感性应该包括,特别是异常超压块。 It is believed that this mathematical model is accurate and useful. The work provides an efficient approach to estimate stimulated reservoir volume in the shale gas reservoirs.

1。介绍

页岩气的发展得到了越来越多的关注与生产从传统的水库的衰落1,2]。由于超低渗透率页岩(从 )(3),水平钻孔和多级水力压裂已广泛用于深水救生艇,从而增加有效接触显著提高天然气产量从个体。因此,刺激的表征储层体积似乎是至关重要的管理和预测页岩储层性能(4,5]。

而微震的数据被广泛用于验证储层体积,刺激SRV获得直接从微震的数据通常是高估了。例如,电脑,包括大型凸性假设(如果空白区域的6- - - - - -9]。的同时,实现微震的技术领域有时并不划算,这限制了领域广泛应用。因此,早期使用生产数据经过水力压裂返排一起早期数据的液压机液体正迅速成为一个关键仪器在评估SRV [10- - - - - -13返排),即瞬态分析的数据。

两相流似乎是一个典型的、有代表性的流动行为后返排过程中水力压裂(2,14]。例如,大量的生产数据来自井河页岩角的观察表明,两相流返排过程中对每一个水力压裂后(15,16]。克拉克森(17)和Williams-Kovacs克拉克森(18]还发现在48小时内两相流的开放和生产在巴内特和马塞勒斯页岩。同样,两相流阶段发生在志留纪Longmaxi形成页岩气水井开井后在中国南方[19]。和一个更大的推进生产数据研究的模式是,在处理生产数据从页岩气井的喇叭河流域,Adefidipe et al。20.,21和徐et al。22,23)生产数据划分为两个阶段,早期天然气生产出路)和晚期天然气生产(LGP)的“V”形气水比之间的关系(吉尼斯世界纪录)和累计天然气生产。他们认为出路阶段是特别的,值得研究,因为LGP阶段已经有了一个矩阵的天然气供应。

利用两相流的特征在天然气生产出路)早期阶段,研究研究努力估计SRV耦合与各种类型的储层岩石物理模型。例如,Ezulike et al。24- - - - - -26集成一个明确确定动态相对渗透率(DRP)函数在线性双孔隙度模型来研究两相返排的数据。功能扩展了单相水流动方程气水两相流计算使用累积水和碳氢化合物的生产数据。克拉克森et al。17,27,28]最初使用一种改进的方法对煤层气(CBM)分析多相流流动。他们认为,气体和水的流动通过生成的裂缝网络类似于同步流的气体和水从破碎的煤储层在长期生产。后,他们提出了大量的基于这种假设的两相流模型定量计算多流的数据,包括致密油、致密气,帮助分析页岩气井的流动特性,类似于分析两相(气、水)煤层气生产。在后续的研究工作(29日- - - - - -32),他们从上面的方法验证了分析结果通过整合各种技术,包括改性物质平衡方程(MBE)应用于before-breakthrough(《)(气体突破之前)单相rate-transient分析(等)和after-breakthrough (ABT)(后气体突破)多相rate-transient分析(等)。

虽然上述模型在定量计算SRV通过多流的数据提供见解,将这些模型应用到领域的挑战仍然因为朗缪尔体积计算过程中需要增加,这将导致一定程度上的不确定性和不准确性。为了克服这些模型应用领域的复杂性,克拉克森et al。17,28和傅et al。33)建立了一个线性匹配曲线关系来描述之间的直线关系rate-normalized压力(RNP)和物质平衡时间(MBT)。这是因为裂缝渗透率和裂缝体积的基础上可以得到拟合曲线的特征。此外,Alkouh et al。34)修改的重对数坐标图RNP和RNP导数MBT对石油和天然气的情况下和提供了一个简单的方法来计算主要包括裂缝渗透率和裂缝半身的断裂参数。然而,在返排过程中压缩性骨折的影响没有考虑模型,这可能导致总压缩系数的估计误差。

然而,由于一些缺陷的假设组成函数,非线性现象发生在模型应用到一些领域案件。和非零截距的现象导致研究人员质疑这些问题的物理性质。这可能是由于错误引起的应力敏感性在某些领域。特别是,有异常超压在中国南方页岩气储层35),因此应力敏感性的影响,尤其是对两相相对渗透率,必须考虑(36]。此外,所有研究人员并没有使生产数据与微震的验证和比较数据。

我们因此旨在开发一个stress-dependent两相相对渗透率,可用于扩展现有的单相模型。同时,我们提出了一种新的多相模型来估计SRV和断裂特征。此外,来验证我们的模型,我们比较结果与微震的数据。

在这项工作中,我们首先处理页岩气井的生产数据和获得气水比的特点。然后,我们计算了简单实用的两阶段动态相对渗透率(DRP)基于生产数据收集在这个领域属于页岩气井在四川南部。随后,渗透率的应力-应变曲线是通过实验获得。最后,物质平衡方程和扩散方程是用来处理生产数据推导出模型,从而计算裂缝参数。我们比较了计算结果与微震的数据来验证计算结果的合理性和准确性。

2。数据准备

2.1。字段数据从一个典型的中国南方页岩气藏

在这项工作中,我们选择了返排数据从两个生产井位于中国南方:Silurianare越低,页岩气形成的一个典型的海洋页岩气藏。开发大量micron-nanoscale毛孔在矿物颗粒和有机物(37]。这些毛孔页岩气储存和运移的主要通道,它发挥着重要的作用在提高页岩气的存储性能和提供良好的存储空间海洋页岩气积累和浓缩38]。页岩气储层的深度超过2000米在地下地层压力系数2.0。整个页岩储层的厚度约为100 m和孔隙率从2%到4%不等的矩阵渗透率的0.001。在早期阶段的生产 与在一个稳定的生产 。

一些错误的东西背斜构造带是安排在左边梯形行是这个地区的主要地质构造(39]。这个钻井平台位于背斜构造。尽管存在两个压剪断裂在垫,整体上外侧密封性能导致页岩气的有效积累和保存(37,38]。图1显示了水平井的布局。由于较低的石英含量优质页岩段底部的Longmaxi形成,自然骨折不发达整个水库40]。整个水平井组1,4,5位于一形成,而2、3、6和7属于另一个形成。

在这项工作中,我们使用3和4的数据来测试我们的模型对以下两个原因。首先,两井钻探页岩气储层在不同的方向和位于两个不同的阵型。其次,微地震监测是在两井一起进行综合钻井、完井数据和测试数据。图2显示了两口井的天然气和水的生产速度。两个经验丰富的天然气井突破后立即打开和生产,这意味着没有单相流。不同之处在于,3生产一度经历了急剧下降(80小时),而4经历了一个更温和的波动,可能是由于不同的形成条件。很抱歉,没有进一步研究这一现象的原因本文的高频生产数据不足或完全相邻的测试数据。

2.2。生产气-水比例(吉尼斯世界纪录)

为了探索吉尼斯世界纪录的生产数据的趋势,这一节简单的流程和分析生产数据后立即观察是否有气体突破页岩气井的生产(17,27),这意味着如果可以通过建立相关模型计算基于生产数据。

这主要是因为有效裂缝网络系统是用天然气和水饱和阶段后两个自闭。这里的天然气来源被认为是来自三个方面:(1)最初现有初始气体活性天然裂缝,(2)气体压裂液的影响下而流离失所的强逆流水自吸到页岩矩阵由于巨大的压力差第一关井期间,和(3)气体积累了从自发的自吸的压裂液在第二关井期间(41,42]。

同样,在建立模型之前,我们还需要使用气水产量比例增益v型趋势。因此,我们最初的两阶段生产数据处理3和4,最后获得的气水比的趋势(吉尼斯世界纪录)。图3显示了一个v型趋势吉尼斯世界纪录随着时间的推移早期两相返排的特性数据。虽然通过曲线的拐点的两个井发生在不同的时间不同的形成条件和生产系统,同样的v型趋势仍然很明显。Ghanbari et al。15]和Abbasi [16]还发现v型吉尼斯世界纪录在喇叭河页岩井钻在加拿大。

气-水比例增加然后减少,我们可以从最基本的理论研究。假定气水两相流满足达西定律: 在哪里是在压力下流体流量吗 ,米³/ s;液体渗透,μ米²;流体流动区域,米²;流体的粘滞性,mP·s;MPa的压力;和是流体流动长度,m。

忽略毛细力后裂缝网络系统,气水比 在哪里和气相的流速和水阶段,分别m³/ d;和是气相和水相的粘度下吗压力,分别mP·s;和是气相和水相的相对渗透率下各自的饱和,μ米²;和气相的饱和度和水阶段,无量纲;和和是气相的压力和水阶段,分别MPa。

开井生产后,气体粘度随压力的降低,而水粘度保持相对不变。根据气水比的变化随着时间的推移,气水相对渗透率降低的比率。因此,渗透率和饱和度之间的关系的基础上,可以推断,饱和度都有对应的变化趋势,即初始气体饱和度( )不为零,这也证明了最初的存在游离气在断裂之前开放。井筒储存效应消失时,气体流从矩阵裂缝网络,导致气体在断裂系统的补充。因此,气体饱和度增加,气水相对渗透率增加,气水比减少。这就是为什么吉尼斯世界纪录的斜率曲线先下降,然后上升。

一般来说,吉尼斯世界纪录的诊断上的负斜率阴谋被称为早期天然气生产(出路和吉尼斯世界纪录的崛起诊断图被称为晚期天然气生产(LGP)。人们普遍认为,出路地区井筒储存效应的阶段,气体和水制作来自于有效的断裂与水平井。同时,水相对渗透率的增加大于气体粘度的降低。LGP阶段矩阵的结果气体转移到井筒效应后的裂缝网络变得可以忽略不计(10,11,17,25- - - - - -27]。根据上面的分析,我们发现在出路阶段,地上的返排流只是从有效的裂缝系统,而LGP阶段开始后,矩阵气体提升者参与流动。因此,我们将建立一个分析模型的出路阶段计算SRV页岩气多级压裂后油井。

3所示。方法

3.1。物质平衡方程(MBE)和扩散方程的断裂系统

为了方便出路的数学模型的建立阶段,页岩气压裂井周围的裂缝网络简化成SRV地区组成的矩阵系统和断裂系统。如图4,有效裂缝系统是由一个骨折部分和一个矩阵部分。断裂部分由人工液压骨折、压裂所产生的二次骨折,活跃自然骨折。矩阵部分页岩矩阵连接断裂部分。值得注意的是,解吸和吸附过程中忽略了物质平衡方程(MBE) [17,43]。

这个模型简化了复杂、活跃的自然和二次骨折,以及人工液压骨折,到一个简单的断裂系统。人工水力裂缝的长度作为整个储层体积,刺激的宽度和长度的水平井筒的长度。在整个库区刺激,主要断裂的高度,包括矩阵连接部分断裂系统,参与流动。在等效断裂系统,裂缝和压裂液饱和(水相)和天然气(气相)。假设不涉及矩阵气体流中的早期天然气生产(出路。

假设裂缝系统可以近似为均匀/关闭/罐系统。和流体从骨折到水平井被认为是线性的。推动气水流动机制包括两个方面:(1)裂缝闭合和(2)扩张的流体(气水阶段)。Kuchuk et al。44)也被认为是假设裂缝闭合和扩张的水和游离气在断裂系统驱动天然气和水在表面的积累表明pseudo-steady-state流入水库骨折的发生。

一般来说,为了便于模型的建立和解决方案,我们做了以下假设:(1)在断裂系统忽略毛细管压力;(2)气体矩阵是可以忽略不计的出路阶段;(3)断裂系统近似为均匀/封闭系统;(4)达西定律适用于流体流动;(5)有效的断裂系统充斥着压裂液(水相)和天然气(气相)。

有效压缩方面使用简化定义气体物质平衡方程(MBEs) [45- - - - - -48]。在这部作品中,物质平衡方程(MBE)的气相断裂网络是简化。气体和水的影响(压裂液)扩张和裂缝闭合被归类为“有效压缩”项由 在哪里和累计天然气生产和初始体积的气体在骨折,分别m³;和是天然气的地层体积系数和天然气的地层体积系数与初始条件,分别m³/ m³;和最初的气相饱和度和初始水相饱和度,分别,无量纲;和分别是压缩气体和水压缩性,爸爸¹;和累积水生产和初始体积的水在骨折,分别m³;和是有效的体积有效的骨折和体积骨折在初始条件,m³;和破裂压力,Pa。

类似于总压缩系数术语提出了传统多相试井。这是表示为一个函数的返排可测量的参数,包括累计天然气生产和累积水生产。每个术语的表达了不同的断裂系统的驱动机制:(1)扩张的气相,液相的扩张(2),(3)裂缝关闭。其中, 类似于地层压缩系数在传统常规物质平衡分析(49]。在处理骨折时,它指的逆断裂刚度取决于所需的弹性和应变能保持液压骨折开放(50]。

从矩阵系统忽略了气体流速断裂,气相物质平衡方程 在哪里和气体的密度在表面条件和储层条件,分别公斤/米³;和气体的体积在断裂系统在任何时候,m³。

根据气体体积之间的关系 ,裂缝体积 ,和水的体积断裂系统,获得天然气压缩系数的定义 在哪里 , ,和裂缝体积、气体体积和裂缝系统的水量,分别m³。

用天然气生产和水的生产 ,然后利用链式法则,骨折派生的总量: 在哪里是水在初始条件,地层体积系数m³/ m³。

早期的天然气生产出路),它是假定 ,最后的物质平衡方程,可以通过定义一个压缩性术语和总流体流量通过简化上述方程 在哪里 总生产速度,m³/ d。

鉴于单相稳态流可以描述使用连续性方程和达西定律,单相气体扩散方程在断裂系统是由张先生和冬季(51]: 在哪里气体压缩系数,无因次;断裂系统的孔隙度,无量纲;和梯度算子。

定义了拟压力和拟时间函数(46,52] 在哪里气体的相对渗透率是在给定的时间,μ米²;和总有效压缩,爸爸¹。

然后,单相气体流动的控制方程在断裂系统

3.2。耦合与动态相对渗透率应力敏感性函数

在方程(10),随着时间的推移单相气体的变量函数。通过引入动态相对渗透率(DRP)函数 ,单相气体的扩散方程转化为两阶段系统的扩散方程(53]。

本文的方法是类似于Ezulike和Dehghanpour的研究(53),但由于地质条件形成属于四川南部不同于北美,动态气相的相对渗透率(DRP)函数获得通过使用合适的字段数据的方法。在先前的研究中,我们假定断裂系统是用天然气和水饱和。累积气体和水生产和时间之间的关系可以通过现场数据报告。因此,气水饱和的断裂系统可以与时间建立了气水产量的函数。鉴于这个区域异常超压的特点,这一地区的应力敏感性不容忽视(36,54,55]。因此,物模型被认为是在动态的相对渗透率函数。具体的过程如图5。

在图6的相对渗透率岩心压裂后通过实验测试研究领域。压力随时间变化的曲线在排液期间图所示7。应力-应变试验曲线来描述执行无因次渗透率与有效应力之间通过稳定围压和减少内部压力。这是更符合实际的地层返排压力的变化。早期的页岩气井排液阶段后开井明显短;因此,可以认为,地层压力变化不大,但内部压力开始降低流体流出后的核心。

取岩心的应力敏感性实验属于刺激面积3为例。矩阵和骨折最有可能包含在这些核心。我们需要尽可能多的实验测试数据获取物刺激地区压裂后尽可能准确。然而,受制于样本不足或水平井不同距离的样本,这些数据可能不能代表整个地区事实上,但仍然有很大的参考和研究价值。

具体的实验步骤如下:(1)初始围压与原始地层压力是38 MPa,内部压力是23 MPa;(2)围压增加缓慢58 MPa的地层压力在开井排液,和内部压力增加到43 MPa同时保持有效应力常数;,(3)内部压力减少压力点增加有效应力不同,和样品的气体渗透率测量后每一个压力点是稳定的。

无因次渗透率定义为 在哪里气体的相对渗透率是在给定的时间,μ米²;是初始气相对渗透率,μ米²;和是应力敏感性系数的实验中,无量纲。

实验结果如图8。根据图的计算方法5,结果在图9终于获得了。然后,根据拟合曲线,气相相对渗透率随时间变化的函数

由于上述方程得到基于返排和核心实验相对渗透率数据,和被称为“返排系数和返排数据拦截,分别,这是由数据拟合曲线。

3.3。两相返排模型早期天然气生产出路)

用方程(13)方程(10),气体单相流的控制方程在断裂系统变成两相流模型。这意味着当气水两相流发生在断裂系统,新实拟时间函数转化为

为了建立拟压力函数和拟时间函数之间的关系,我们做以下转变:

和 推导出最终的物质平衡方程(方程(7));以类似的方式,我们可以获得 和 通过定义的拟压力(方程(9))和新拟时间方程(方程(14分别)。最后,方程(15)成为

等效气率定义为(48]

替换 在方程(16使用真正的气体定律),然后把它与等效气体速度(方程(17)):

用 (方程(18在方程())11),我们可以建立两阶段扩散方程:

然后,下面的内外边界条件可以解决: , ,和 , 。

定义断裂存储系数

然后,获得以下关系:

代入方程(20.)方程(18)和集成获得

结合方程(22)和方程(15),我们可以修改最后的两相流模型早期天然气生产阶段如下:

理论上,阴谋的rate-normalized拟压力(RNP)与拟时间应该产生直线关系。拟时间函数作为一个独立变量和方程左边作为因变量,斜率和截距可获得根据拟合曲线,和等效裂缝孔隙度之间的关系/半身的有效裂缝系统和有效裂缝系统的渗透率可以描述如下:

3.4。分析过程

我们提出以下分析过程:(1)获取和处理水和气体返排数据探索一个v型气水比的趋势(见图2和3与方程(2))(2)返排早期(出路是杰出的返排晚期(LGP)根据吉尼斯世界纪录的v型趋势曲线(见图3)(3)进行简单的出路裂缝网络系统模型(见图4)(4)计算有效压缩方程(3)推导出两相物质平衡方程(MBE)(方程(7))的断裂系统(5)定义了拟压力和拟时间函数(方程(9)和(10)推导出气体扩散方程(方程(11))的断裂系统(6)气-水相对渗透率曲线(见图5)和无因次渗透率与有效应力的曲线(见图8通过实验)(7)计算气体组成耦合应力敏感性(见图9由图)之后的步骤6将气体扩散方程(方程(11)到两相扩散方程(方程(19))(8)修改最后的两相流模式(方程(23通过结合方程())22)和方程(15)(9)情节rate-normalized压力变化与拟时间(见图10)(10)计算SRV由方程(24由方程()和有效裂缝系统渗透率25)(11)验证分析模型对微震的数据(见图11)

返排的数据我们需要获得包括生产速度和压力和累积生产数据资料。然后,我们得到了一个v型趋势气水返排率曲线通过处理数据。因此,建立了一个分析模型的出路。最后,计算结果与微震的数据验证的数学结果。

4所示。结果和讨论

4.1。刺激储集层体积

我们上面提出的分析模型适用于分析的返排数据3和4。然而,有几个问题需要解决和讨论:(1)很难获得一个适当的初始气体饱和度断裂系统从实际现场数据。与传统的数值模拟,这个参数是未知的实际字段数据。压裂操作完成后,有效的断裂系统连接井筒充满了压裂液约。因此,开好后返排操作在生产之前,恢复的体积压裂液在地上再度充满了气体。因此,在这篇文章中,我们需要一个合理的价值是经济复苏压裂液注入总额的百分比作为初始裂缝系统气体饱和度计算。根据徐的论文(48),有一个小显著区别初始气体饱和度和复苏的实际值百分比。然而,这还不够严格。然后,其他可能的值代入计算我们得到新电脑。结果表明,该值对SRV估计的影响没有明显的误差范围内,和微震的不到1%的差异数据

由于,压裂液可能泄漏到现有的活动自然骨折和矩阵在注射;返排液比例减少,但断裂系统的原始气体饱和度增加。因此,当注入液量的很大一部分不有助于创建骨折卷,这个值的初始气体饱和度计算实际上是低的。未来工作的一个方向是考虑使用结果迭代优化初始气体饱和度值。(2)裂缝闭合的价值在总压缩系数不能准确表达。幸运的是,发现这个值没有明显的计算过程中对结果的影响。因为这个值是指的逆断裂刚度在处理骨折时,它被认为是给一个合理的价值在随后的工作从岩石断裂力学的角度

最终的模型计算结果如图10。自微震的检测技术被用来估计最后两井液压骨折刺激的影响。我们比较了计算结果与微震的数据,最后发现计算结果之间的差异的分析模型和微震的数据是次要的,如图11。这个原因是,大量的骨折不连接有效时计入最终结果与断裂系统使用微震的检测技术。这些“死”骨折斜微震的结果。

4.2。有效的断裂系统刺激储层的渗透率

如表所示1后,获得rate-normalized压力变化的斜率与拟时间(见图10),如果是通过方程(17)。液压骨折的平均长度的基础上提供的微震数据的钻井平台3和4是位于核的平均孔隙度和压裂后通过实验,渗透率的有效刺激地区断裂系统计算通过使用方程(18)。结果如表所示1,绝对偏差指的是区别SRV计算的分析模型和微震的估计的数据,和相对偏差是指绝对偏差的比值SRV微震的估计数据。孔隙度的数值误差的有效渗透率的断裂系统负责错误。

如果SRV估计通过微震的数据作为比较的参考,具体计算过程如下: 在哪里和之间是绝对偏差和相对偏差计算的SRV分析模型和微震的估计的数据,分别m³;和和SRV计算的分析模型和微震的SRV估计的数据,m³。

4.3。不考虑应力敏感性分析模型

如果不考虑应力敏感效应的过程中组成计算,组成曲线的偏差将发生,如图12。和曲线有一个很大的错误被替换成步骤所示部分3.4结果在图13。因此,RNP曲线的斜率和截距都改变了。我们获得了新的曲线的斜率和截距和计算一个新的SRV根据方程(17)和(18)。然后,计算结果和相应的偏差,如图14被获得。

可以看出,相对偏差计算不考虑计算的应力敏感性效应大于考虑应力敏感性的影响。此外,由于真正的SRV高估了微震的数据,模型的计算结果不考虑应力敏感性的影响高于微震的数据,这也进一步表明,计算结果不考虑应力敏感性效应在高压区域将会出现一个很大的错误,这是不容忽视的。我们也计算了有效裂缝系统的渗透性,和3和4的有效渗透率是0.283 0.432医学和医学博士。可以看出,计算结果比考虑应力敏感性43.50%和15.75%的效果。

5。结论

在这篇文章中,一个全面的模型来预测SRV在页岩气储层压裂后使用返排数据。包括应力敏感性。结果SRV与微震的数据进行比较。可以得出以下结论:(1)返排的数据表明,气水比v型,即。,the early descending stage and the late ascending stage in this field, which can be used to estimate the volume of the effective fracture system(2)应力敏感性是一个关键因素影响的有效渗透率的断裂系统以及深水页岩气储层。一旦它被忽视,估计会高估了(3)考虑应力敏感性预测深水救生艇在这个典型的块。结果表明,刺激了储集层体积的相对偏差计算模型和微震的数据小于10%,表明该方法可以提供合理的预测

数据可用性

测试数据用于支持本研究的结果包括在本文中。读者可以获得数据支持研究结果从测试数据表。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项研究是由中国国家科技重大项目(2017 zx05009 - 005),基础研究基金为中央大学(2652018209),和中国国家自然科学基金(51804282)。

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