页岩气藏裂缝系统对产能影响的数值模拟研究

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能源是现代社会发展的动脉。随着原油资源的大量消耗及其可开采资源量的日益减少,能源供给慢慢开始由石油时代转入天然气时代。页岩气是指从暗色泥页岩或高碳泥页岩地层中开采出来的天然气,与煤层气、致密气、天然气水合物等同属于非常规天然气,其资源潜力巨大。北美页岩气革命的成功使页岩气迅速成为当前油气勘探开发的新热点。页岩基质具有低孔低渗的特征,必须对其进行储层改造才有可能实现商业化开采。水平井技术、水力压裂技术以及微地震监测技术是当前页岩气开发的核心技术。  目前国内外学者针对页岩气的研究工作主要集中在三个方面,分别为微纳米尺度的流动问题、压裂过程中水力裂缝扩展问题以及页岩储层分段多级压裂水平井裂缝网络宏观流动问题。本文的工作属于第三个问题的范畴,采用有限元数值模拟方法来研究裂缝参数和储层性质对储层产能的影响。通过对油气藏生产周期过程中的流动分析,描述了几种常见的流动模式,从生产早期的线性流到末期的拟径向流;进一步分析流体从基质流向水平井筒的过程,确定建立模型所需要的方程和假设,模型考虑了储层压缩性,滑脱效应和解吸附效应的影响。本文采用了国外已公开的Barnett页岩区块数据对数值模型有效性进行验证。  人工水力裂缝参数种类多样,并且各参数之间互相作用,要进行系统地分析是非常困难的。本文归纳了各个水力裂缝参数对水平井增产效果的作用,介绍了三种增产机理,同时将其分为动力和阻力两类因素,其中提高水平井单井控制面积和增大水力裂缝与储层接触面积为动力因素,水力裂缝缝间干扰为阻力因素,进一步从增产机理的角度分析总结了水平井水力裂缝参数对产能影响的强弱次序,包括水力裂缝长度,裂缝数目和裂缝间距。实际压裂施工过程中水平井不同位置的水力裂缝长度会有所不同,导致不同的裂缝排布,本文研究了四条横向水力裂缝不同排布下的产能的变化。页岩气在储层中主要是游离态和吸附态两种形式存在,本文又研究了解吸附的影响,与不考虑解吸附的模型结果相比,产能提高20%以上,与美国页岩区块已发表的数据一致。  气体在低渗透率页岩储层的流动过程中需克服的阻力非常大,结果导致储层产量过低。如果此类储层具有发育良好的天然裂缝便具有了获得商业化产能的潜力。天然裂缝发达的页岩储层在经过水力压裂改造后会包含三种介质,分别为页岩基质、天然裂缝和人工水力裂缝。本文通过建立三重介质模型,先研究了天然裂缝有效性的影响,然后分析了人工水力裂缝参数和储层性质参数对气藏储层累积产能的影响。结果表明页岩储层的生产主要由人工水力裂缝控制,人工水力裂缝参数对储层产能的影响显著,同时页岩基质和天然裂缝对储层产能也存在不同程度的影响。  本文对水力裂缝参数影响的分析和优化可以指导压裂设计,同时加深了对缝间干扰产生和演化的理解以及提升了对裂缝体系导流机理的认识。
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