低渗透油藏压裂水平井井筒与油藏耦合的非稳态模型

推导低渗透各向异性油藏压裂水平井井筒与盒式油藏耦合的非稳态模型,并给出求解方法.模型考虑摩阻和加速度的影响,并可以使用不同类型的约束条件.实例计算表明,压裂水平井的流动可分为非稳态阶段和拟稳态阶段.在非稳态阶段,各条裂缝的产量相差不大,总产量随着裂缝条数的增加呈线性增加;在拟稳态阶段,两端裂缝产量高于中部裂缝的产量.受摩阻和加速度压降的影响,空间上位置对称的裂缝在流量上呈现不对称性.井筒内压力损失的存在将使水平井的产量降低,并使井筒内的压力分布不均匀.在最小井底流压的基础上固定流量时,裂缝条数越多,稳产期也越长.     

有限导流压裂定向井耦合流动模型

考虑人工裂缝、斜井筒和地层中的耦合流动,将压裂定向井的流动分为地层向裂缝渗流、裂缝内流动和斜井筒变质量管流.采用镜像反映和势叠加原理,建立地层中势分布和渗流数学模型.应用边值理论,将人工裂缝面离散为裂缝网格,并与斜井筒变质量管流模型进行耦合,建立有限导流压裂定向井耦合流动数学模型,并形成相应的迭代算法.应用分析表明:该模型与Prats图版法相比,对于垂直缝吻合度较高;裂缝导流能力和井斜角对产量及裂缝面压力分布影响较大.     

水平井体积压裂缝网表征及流动耦合模型

针对岩石脆性系数高且发育天然裂缝的储层,提出表征水平井体积压裂形成裂缝网络的三种基本模式,并将渗流过程划分为油藏流动和缝网内部流动.在此基础上,利用势叠加原理导出油藏流动控制方程,利用有限差分方法建立缝网内部有限导流等式;其次,采用星三角变换法处理人工缝与天然缝的交汇流动;最后,耦合两部分流动矩阵方程得到水平井体积压裂缝网渗流数学模型.该模型表明:当水平井改造段长度一定时,压裂段数与段内分簇数是决定产能的最主要因素,其次是人工裂缝半长和人工缝导流能力,而天然裂缝密度和导流能力对产量影响较小.实例应用表明,实际产油量与模型计算值一致,误差较小.     

不对称垂直裂缝压力动态特征

针对压裂过程中出现的不对称垂直裂缝问题,基于渗流力学原理,根据点源函数和Green函数基本理论建立三种不同外边界条件下不对称有限导流垂直裂缝试井解释数学模型.采用Laplace积分变换和Stehfest数值反演获得典型特征曲线.研究表明：典型特征曲线分为四个流动阶段,井储阶段、压力导数曲线斜率为1/4的双线性流阶段、压力导数曲线斜率为1/2的线性流阶段及0.5水平线的径向流阶段;不对称因子主要影响双线性流阶段结束的时间,不对称因子越大,双线性流阶段结束的越早;裂缝的导流能力越大,不对称因子对特征曲线的影响越不明显;不对称因子越大,裂缝流量分布越不对称.为不对称有限导流垂直裂缝的试井分析提供理论依据.     

高速通道压裂裂缝的高导流能力分析及其影响因素研究

高速通道压裂是近年在非常规致密油气资源开采中出现的新工艺, 已在世界范围内推广实施, 并取得了良好的增产效果. 该技术可使支撑剂在人工压裂缝中形成簇团式分布, 从而形成油气高速流动通道, 提高裂缝的导流能力. 但目前对于高速通道压裂裂缝高导流能力的形成机理及其影响因素尚不清楚. 对此, 本文从流体力学理论出发, 首先将高速通道压裂裂缝内形成的支撑剂簇团视为渗流区域, 簇团间的大通道视为自由流动区域; 然后基于Darcy-Brinkman方程建立了裂缝内的流动数学模型, 采用均匀化理论对该流动数学模型进行了尺度升级, 推导得到了高速通道压裂裂缝的渗透率, 揭示了其高导流能力的形成机理; 并以此为基础, 分析了不同支撑剂簇团形状、大小以及分布方式等因素对其导流能力的影响, 可为高速通道压裂工艺参数设计与优化提供基础.     

分形裂缝性页岩气藏多段压裂水平井瞬态压力特征

基于分形理论和连续性假设,考虑页岩气吸附解吸、基质-裂缝窜流等机制,建立分形裂缝性页岩气藏多段压裂水平井试井解释模型,并通过拉氏变换、点源函数及压降叠加原理等方法得到模型的解.绘制无因次压力随时间变化的双对数曲线,研究分形裂缝性页岩气藏多段压裂水平井的压力特征,分析分形指数、分形维数等参数对压力动态的影响.结果表明：分形裂缝性页岩气藏多段压裂水平井的压力动态可划分为7个流动阶段;分形指数越大或分形维数越小,晚期径向流直线段的斜率越大;其它参数对水平井的压力动态也有一定的影响.     

部分射开压裂直井渗流压力动态分析

建立符合非均质油藏部分射开地层实际的物理模型和三维各向异性矩形油藏的不稳定渗流数学模型,考虑不渗透顶、底边界和定压顶、底边界等边界条件的组合,通过无因次量纲变换、拉普拉斯变换、傅里叶余弦变换和分离变量等方法,得到拉普拉斯域的解析解,利用斯蒂芬森数值反演方法,得出实数域的压力数值解.绘制压力动态曲线,并进行敏感性分析.计算结果与数值模拟基本吻合,证实方法的可靠性.敏感性分析表明:压力动态曲线可分为早期线性流、中期径向流、晚期球形流、边界控制流四个流动期.裂缝长度主要影响早期线性流,渗透率各向异性主要影响中期径向流,储层射开程度和裂缝方位主要影响晚期球形流,边界条件和油藏宽度主要影响边界控制流.该方法可以确定最优射开程度、垂向渗透率等参数,为油藏工程分析和压裂工艺设计提供指导.     

天然气水合物藏裂缝注热的数值模拟研究

天然气水合物因其能量密度大、储量丰富、无污染等特点而被认为是一种新型的替代能源,如何提升天然气水合物储层渗透率是实现其商业化开采的关键。本研究提出使用人工压裂技术在水合物储层中形成裂缝网络,然后再将高温水注入储层来提升储层渗透率,并对沿裂缝注水过程进行了数值模拟。结果表明:人工压裂后,注入储层的热水能够到达储层深处,形成高温区和高渗透区,且注水量越大,形成的高渗透区范围越大。     

高压电脉冲在页岩气开采中的压裂实验研究

基于液电效应原理,采用高压电脉冲放电对模拟岩样及实际砂岩岩样进行了压裂实验研究。脉冲电源最大储能40 kJ/20 kV,放电电流最高可达70 kA。实验结果表明,高压电脉冲能够在岩样中造成非常明显的裂缝,可以在多个方向上造出多条具有一定高度（最大0.32 m）的裂缝,近井筒裂缝无明显的扭曲,裂缝的形态与放电电压、能量及放电次数有关。对模拟岩样压裂后产生的裂缝进行了三维形貌分析,得到裂缝的表面平均粗糙度在0.430~1.075 mm之间,具有一定的导流能力。     

考虑动半径和粘度变化的稠油非牛顿不稳定渗流数学模型

针对稠油非牛顿特征,在Bingham流体渗流方程基础上,通过对动半径和粘度进行表征,建立同时考虑启动压力梯度、动半径变化和粘度变化的非牛顿稠油不稳定渗流数学模型,完善Bingham型稠油渗流数学模型.通过空间、时间离散差分及Matlab数值计算,得到非牛顿稠油非稳态渗流地层压力分布.结果表明,相同产量下,随启动压力梯度增大,动半径向井方向移动;启动压力梯度越大,压降曲线越陡,相应近井压降越大;相同启动压力梯度下,产量越大,不同吞吐周期压力差距越大.将半径和粘度动态变化相结合,弥补了现行非牛顿稠油渗流数学模型的-个缺陷.     

分形低渗透缝洞型油藏非线性渗流规律

引入分形理论,建立考虑低速非达西效应的分形三重介质缝洞型油藏数学模型,通过Laplace变换及Stehfest数值反演方法求出井底压力,借助Matlab编程绘制压力动态曲线,划分渗流阶段,分析渗流规律,进行非线性参数敏感性分析.最后结合实际算例,验证模型的正确性.结果表明：分形三重介质油藏渗流过程分为早期纯井储,过渡流,缝洞窜流,拟径向流,基质与溶洞、裂缝窜流及总体径向流6个渗流阶段;低速非达西效应对渗流的影响随时间的推移逐渐增大;启动压力梯度越大,总径向流阶段压力动态曲线上翘幅度越大;分形系数影响整个渗流过程,随着分形系数的增大,裂缝迂曲程度随之增大,致使渗流阻力增加,引起压力动态曲线整体上移幅度增大.     

裂缝性油藏水平井产能计算方法

根据裂缝性油藏水平井渗流特征,将渗流区域等效为近井区域和远井区域.远井区域视为连续均匀介质.在近井区域,基于势叠加、镜像反映原理和微元线汇思想,建立考虑天然裂缝和水平井生产段共同渗流的耦合模型.组合两个流动区域得到裂缝性油藏水平井产能评价模型,并进行求解.实例计算结果表明,由于考虑了裂缝之间的干扰,用建立的模型计算的水平井产能小于用理论公式计算的水平井的产能,与实际产能比较接近;随着裂缝密度增加,产量逐渐增加,但增加的幅度降低.     

Production analysis in shale gas reservoirs based on fracturing-enhanced permeability areas

Hydraulic fracturing has been widely applied in shale gas exploitation because it improves the permeability of the rock matrix.Fracturing stimulation parameters such as the pumping rate, the fracturing sequence, and the fracture spacing significantly influence the distribution of the stimulated reservoir volume(SRV). In this research, we built a numerical model that incorporates the hydraulic fracturing process and predicts gas production. The simulation of fracture propagation is based on the extended finite element method(XFEM), which helps to calculate aspects of the fractures and the SRV; we imported the results into a production analysis model as the initial conditions for production prediction. Using the model, we investigated the effects of some key parameters such as rock cohesion, fracture spacing, pumping rate, and fracturing sequence on the shale gas production.Our results proved that the SRV was distributed in the vicinity of the main fractures, and the SRVs were connected between the fractures in a small fracture spacing. We obtained optimal spacing by analyzing the production increment. High pumping-rate treatment greatly changes the in-situ stress around the hydraulic fractures and enlarges the field of SRV. Simultaneous fracturing treatment improves the flow conductivity of formation more than sequential fracturing. This study provides insights into the hydraulic fracturing design for economical production.     

压敏三重介质油藏压力响应特征

建立由基岩系统、裂缝系统和溶洞系统组成,并考虑溶洞渗透率随压降的增加呈指数减小的压敏三重介质油藏试井解释模型,采用隐式差分格式对考虑井筒储存和污染效应的情况进行了求解.研究表明:无因次渗透率模数导致压力及压力导数明显增大,窜流系数影响窜流阶段出现的早晚,弹性储容比影响压力导数曲线"凹陷"的宽度和深度,外边界条件的影响则和普通三重介质明显不同,表皮系数主要影响全部压力和压力导数早期的"凸起",而无因次渗透率模数则主要影响压力和压力导数的后期.     

考虑水力压裂缝和天然裂缝动态闭合的三维离散缝网数值模拟

基于嵌入式离散裂缝模型, 提出一种可在三维空间中考虑应力状态影响的裂缝动态闭合表征方法。将任意方向裂缝的开度和渗透率考虑为作用在裂缝平面法向有效应力的函数, 同时用裂缝传导率变化表征支撑剂充填的水力压裂缝与被开启的天然裂缝由于油藏开发过程中地层流体压力下降而发生的动态闭合行为。研究表明: 致密油藏开发以缝控储量为主。对压裂水平井进行产能评价时, 裂缝动态闭合会导致产能的部分损失, 其影响不可忽略; 水力压裂缝的支撑剂材料属性及天然裂缝的刚度是其中的主控因素。因此需要增大支撑剂的浓度、粒径大小并改善支撑剂的性质, 在最大程度上降低裂缝闭合对生产的不利影响。