基于物质平衡修正的页岩气藏压裂水平井产量递减分析方法-魏明强.pdf
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1、第37卷第4期2016年4月石 油 学 报ACTA PETROLEI SINICAV0137 No4Apr 2016文章编号:02532697(2016)04050808 DOI:107623syxb201604010基于物质平衡修正的页岩气藏压裂水平井产量递减分析方法魏明强 段永刚 方全堂 李政澜 李安豪(西南石油大学石油与天然气工程学院 四川成都610500)摘要:基于压裂水平井非结构PEBI网格,引入尘气模型建立了综合考虑页岩气藏吸附解吸、扩散和达西流的运移数学模型,结合控制体有限差分法和全隐式法推导了页岩气藏无限导流压裂水平井产量递减数学模型,并考虑了页岩吸附解吸作用修正Blasing
2、ame现代产量递减分析方法中的物质平衡拟时间,将该方法扩展到页岩气藏,计算获得了页岩气藏无限导流压裂水平井Blasingame产量递减典型曲线。结果表明:与物质平衡修正后的产量递减曲线相比,修正前的页岩气藏无限导流压裂水平井产量递减曲线值偏小,并且边界拟稳定流出现的时间更早,计算出的单井控制储量偏小;页岩气藏无限导流压裂水平井Blasingame产量递减典型曲线可划分为早期裂缝线性流、早期径向流、复合线性流以及拟稳定流4个流动阶段;页岩吸附解吸作用对产量递减典型曲线有显著影响,其中Langmuir压力对其影响是非线性的,而Langmuir体积对其影响为线性的。关键词:页岩气;吸附解吸;压裂水平
3、井;PEBI网格;物质平衡;产量递减中图分类号:TE3571 文献标识码:AProduction decline analysis method of fractured horizontal well in shale gasreservoirs based on modifying material balanceWei Mingqiang Duan Yonggang Fang Quantang Li Zhenglan Li Anhao(School of Petroleum&Natural Gas Engineering,Southwest Petroleum University,Si
4、chuan Chengdu 610500,China)Abstract:Based on the non-structural PEBI grid of fractured horizontal well,dusty-gas model is introduced tO establish the mathematicalmodel of migration in comprehensive consideration of adsorptiondesorption,diffusion and Darcy flow in shale gas reservoirs On thisbasis,us
5、ing both control volume finite difference method and fully implicit method,the production decline mathematieal model is derivedfor the infinitely conductive fractured horizontal well in shale gas reservoirs Furthermore,shale adsorptiondesorption effect is considered tO modify material balance pseudo
6、time in the Blasingame modern production decline analysis methodThis method is extended tOshale gas reservoirs,by which the Blasingame typical production decline curves of infinitely conductive fractured horizontal well are calculated and obtainedThe results show that compared with the production de
7、cline curves after the modification of material balance,theinfinitely conductive fractured horizontal well has smaller production decline curve values prior tO modification;the boundary quasi-steadyflow appears earlier;the single-well control reserve is smallerThe Blasingame typical production decli
8、ne curves of infinitely conductivefractured horizontal well are divided into four flow stages,ie,early fissure linear flow,early radial flow,composite linear flow andpseudo-radial flowThe shale adsorptiondesorption has significant influences on the typical production decline curves,such as Langmuir
9、pressure with non-linear effect while Langmuir volume with linear effectKey words:shale gas;adsorptiondesorption;fractured horizontal well;PEBI grid;material balance;production decline引用:魏明强,段永刚,方全堂,李政澜,李安豪基于物质平衡修正的页岩气藏压裂水平井产量递减分析方NJ3石油学报,201637(4)1508515C ite:Wei Mingqiang,Duan Yonggang,Fang Quanta
10、ng,Li Zhenglan,Li AnhaoProduction decline analysis method of fractured horizontal well in shale gas reservoirs based on modifying material balanceJActa Petrolei Sinica,2016,37(4):508515页岩气因其具有储量大和清洁环保等特点,已成为目前世界各国勘探开发的焦点。继美国、加拿大对页岩气商业性开发以来,2005年起中国对页岩气的勘探和开发也开展了大量的工作,先后形成了四川I威基金项目;国家重点基础研究发展计划(973)项
11、目(2013CB228005)资助。第一作者:魏明强,男,1986年4月生,2010年获西南石油大学学士学位,现为西南石油大学博士研究生,主要从事油气藏渗流、试井及产能动态分析方面研究。Email:weiqian9425163com通信作者:段永刚,男,1963年10月生,1985年获西南石油学院学士学位,2008年获西南石油大学博士学位,现为西南石油大学教授、博士生导师,主要从事复杂油气藏渗流、试井、产能动态分析及完井等方面的研究和教学。Email:nanchongdyg163corn万方数据第4期 魏明强等:基于物质平衡修正的页岩气藏压裂水平井产量递减分析方法远一长宁和重庆涪陵页岩气示范区
12、1。4。页岩气藏属于典型的超低孑L、超低渗自生自储气藏,其气体运移具有吸附解吸、扩散和达西流等多重运移机制口。尘气模型是根据Chapman-Enskogg气体动力学严格推导,耦合达西流、Knudsen扩散及分子扩散多重运移机理,能更加准确描述特低渗储层中的气体流动E8。页岩气藏一般采用水平井和压裂改造技术才具有经济开采价值,但是由于水平井多级压裂后复杂的渗流场,以及页岩储层中气体扩散、吸附解吸与压力存在很强的非线性关系p1“,使得采用解析半解析法研究页岩气藏长期产量递减存在很大的局限性。气井长期产量递减分析方法是评价地层参数和井控储量的重要手段。目前产量递减分析方法主要有Arps、Fetckv
13、ioch和Blasingame这3种产量递减方法12。1“。其中Blasingame产量递减方法因其基于严格的物质平衡理论推导,同时考虑变流量和变流压的生产条件而被现场广泛应用。为此,许多学者对该方法开展了大量研究,并将其扩展到了不同的储层类型和井型119。近年来Ketineni、Nobakht和Zhao等2“233采用解析半解析法对页岩气藏多级压裂水平井产量递减分析方法开展了一系列探索性工作,但这些方法既没有考虑页岩气运移机理与压力之间的非线性关系,也没有考虑生产过程中页岩气藏的物质平衡,使得其分析结果存在很大偏差。为此,笔者基于非结构PEBI网格技术生成压裂水平井非结构网格,并引入尘气模型
14、建立了考虑页岩气吸附解吸、扩散及达西流作用下的运移数学模型,结合控制体有限差分法和全隐式法推导得到了定流压条件下页岩气藏无限导流压裂水平井产量递减数学模型,同时考虑页岩气吸附解吸作用,推导并修正了Blasingame产量递减分析方法中的物质平衡拟时间,并将该方法扩展到了页岩气藏,编程计算获得了页岩气藏无限导流压裂水平井Blasingame产量递减曲线。对比分析了物质平衡修正前后页岩气藏压裂水平井Blasingame产量递减典型曲线的差异;结合产量递减典型曲线特征和压力云图综合分析并划分了典型曲线的流动阶段;同时讨论了页岩基质表面的吸附解吸作用对产量递减典型曲线的影响。研究结果可进一步为页岩气藏
15、压裂水平井生产数据动态分析和地层相关参数的诊断提供理论依据。1 页岩气压裂水平井产量递减模型11基本假设针对页岩气藏层理不发育的储层,其水平井压裂易形成双翼裂缝,压裂水平井物理模型的基本假设为:(1)储层均质且各向同性,储层孔隙度乒、渗透率K和储层厚度h均相同。(2)气藏中部有1口水平长度为L的水平井,水平井段只打开压裂裂缝位置,且通过水力压裂形成7r条垂直于水平井井筒的对称双翼裂缝。(3)裂缝穿透整个储层,裂缝均匀间距为dr,裂缝半长为z,裂缝宽度为W。(4)假设气体在压裂裂缝和水平井井筒内的流动没有压降(即为无限导流),且定流压生产。(5)页岩气组分为单相可压缩甲烷气体,储层中气体流动满足
16、Knudsen扩散和达西定律,压裂裂缝中流动为达西流,页岩吸附解吸满足Langmuir等温吸附解吸规律,且解吸是瞬时的。(6)储层恒温,且忽略重力的影响。12数学模型假设页岩气组分全为甲烷,无不同组分分子间的扩散,即不考虑分子扩散作用。结合质量守恒方程和单组分气体尘气模型8|,得到页岩气藏单组分气体的流动方程11,243:Vp,可+qg=丢(删+丢(州)(卯。羔)(1)其中:口一(万Dk T瓦Ko五dp (2)13数值模型油气藏数值模拟的前提是要构建一个描述离散化多孑L介质流动的网格模型,目前数值模拟网格主要有结构网格和非结构网格两大类。与结构网格相比,非结构PEBI网格具有灵活性好、取向性好
17、等优点,能实现任意方向水平井及压裂水平井的网格模拟。为此,根据PEBI网格(Voronoi)生成技术方法25-27,形成了压裂水平井的PEBI网格(图1),进一步在非结构PEBI网格(图1)基础上,结合质量守恒定律和控制体有限差分法,建立页岩气藏压裂水平井渗流数学模型。(1)气藏区聪1(户,一Pi)升1一毫(老)i+坠学a(妄竿芸)壶c3,(2)气井裂缝区讫fm1,,(户厂Pfm,i)抖1+嘶n+l一訾A(玺)+坠与姚a(老)击(4)万方数据510 石 油 学 报 2016年第37卷筱弧图1 压裂水平井非结构PEBI网格Fig1 PEBI grid of a multi-fractured h
18、orizontal well由于气体物性参数(如气体黏度、偏差因子、体积系数等)与压力之间存在很强的非线性关系。为了求解的稳定性和可靠性,利用全隐式展开的基本原理将传导率、压力和方程右边累积项进行一阶泰勒级数展开:fT。=等Ga一等K。一户D。k_K触。弦计。等钉“揣+象卜“搿 l碍1T。Td+l 劬(*1) (v) (v+1)l夕州一P=P+劬阻Wi硝一(圳一监At k1 3Bg溉(5)结合式(3)一式(5),可进一步推导获得页岩气藏压裂水平井产量递减离散数学模型:(1)气藏区To科1劬,“1一T”劬i“1+翠(户,址户i鬻)卺卜。等一G2(6)(2)气井裂缝区T梳,“劬J“1一Tm pf劬
19、hi“1+军(岛扎i揣)等卜,等PG3 q-G4(7)式(6)和式(7)中:G2=一Td揣(A揣一户。揣)G3一莩T揣(A扎舻k(8)G4一Fi。jinpl善、一Fm。JHp。t一 f,F,=一1甜h,班gB8L一莩T。揣+等一1 aaS户gJ i+塑!二盘!坠-一I 1一#1At L【P+PL J奇考+赢南1砰揣却。B。靴矿1+九户j kr一军T+警I J 鳖At一|1_L由B婆ap+ (v)一 l+。2 J i惫P() li科1+L J1 8Bg 1 P。B。z揣apB。揣(户h,i等+户L)2(10)2页岩气藏物质平衡理论与常规气藏相比,页岩气藏基质表面存在吸附解吸现象,因此常规气藏物质
20、平衡方程并不适用于页岩气藏,而物质平衡方程是Blasingame现代产量递减分析方法的关键。设页岩气藏在一定区域内是封闭的,考虑储层岩石的压缩、束缚水的膨胀、页岩的解吸,忽略外部水的侵入。则气藏孔隙体积、游离气体积、束缚水体积和吸附气体积计算式为:(1)气藏孔隙体积V。一m壬 (11)(2)页岩气游离气体积V。iAh壬S。i (12)(3)束缚水体积V。一V。一V。i一舢拳(1一S。) (13)(4)吸附气体积VdVbVLP。_等_- (14)PL 1-Pi页岩气藏开发过程中容积变化较为复杂,当采出一定气量(G。)时,气藏的压力从原始地层压力(Pi)降为目前地层压力(户)。由于地层压力降低,孔
21、隙体积减小(V。),束缚水体积增加(V。),吸附气体积减小(即游离气体积增加)(U),其对应的计算公式为:(1)孔隙体积减小量AVpVpCf户 (15)(2)束缚水体积增加量AV。一V。C。Ap (16)(3)吸附气体积减小量(游离气增加量)2叩 AVa叫emV(忐一忐)(17)结合式(11)一式(17)可得:”卟一盟与竽鲨 Vm急(PL-牟Pi一忐),式(18)可进一步化简为:-zPs。iECf+(I-S。i)s。3(p。一户)一 巳学(忐),一鲁(卜岳)s。,万方数据第4期 魏明强等:基于物质平衡修正的页岩气藏压裂水平井产量递减分析方法 511略,同时忽略孔隙中的束缚水,则式(19)可进一
22、步变为:警一署鲁币衰Cg萌)赴Gf蕾户kcd)_孥 ”式(20)中Cd和acd3p的表达式为:cd=学(慧一篇) ,I器=学-C,(PL-擘-Pi一忐)令c。=(Cs-C。cd)一瓦aCd,则式(20)可变换得: 瓦ap一彘(22)a Gfzi痧C 一7考虑页岩气吸附的影响,原始地质储量为:GGf+Gt拳Bj ppLsV+LP石i (23)令:一而书肄玺而 ,(瓯q)i一上tca。rO Fq丙 规整化累积产量积分导数为:(苁)i。一一掣d q。掣d q,3产量递减曲线分析31 物质平衡修正前后产量递减典型曲线对比结合压裂水平井非结构网格和页岩气藏压裂水平井产量递减分析方法理论,在裂缝参数和网格
23、参数赋值(表1)基础上,根据式(6)一式(7)和式(30)一式(32)可编程计算得到物质平衡修正前后的页岩气藏无限导流压裂水平井Blasingame产量递减典型曲线(图2)。从图2中可以看出,修正后的页岩气藏无限导流压裂水平井Blasingame产量递减典型曲线明显高于修正前的产量递减曲线,同时产量递减典型曲线达到结合式(21)一式(24)可得:Table 1 Basic calculated paramete体g一掣竽箬 ,g一一_言 Lz,J进一步结合现代Blasingame产量递减理论,可对传统常规气藏产量递减理论和方法进行修正。Blasingame产能递减相关参数定义”3为:(1)规整
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