一种适用在低渗透致密气藏中的多段压裂水平井产能预测模型及产能敏感性分析的方法技术

本发明专利技术属于致密砂岩气藏开发领域，公开了一种适用在低渗透致密气藏中的多段压裂水平井产能预测模型及产能敏感性分析的方法，在综合考虑了多种因素，如高速非达西效应、应力敏感、滑脱效应、地层压降、缝内线性流合缝内径向流、井筒压降等，提出了压裂水平井的稳态渗流模型；定量分析了各种因素对产能计算结果的影响；通过实例验证，对于致密气藏中的多段压裂水平井，该模型能够准确预测产能；产能敏感性分析结果表明水平井长度、压裂缝半长、压裂缝数量及裂缝导流能力对产能的影响存在较为明显的界限，从经济开发角度考虑应该选择一个合理值；本发明专利技术对于低渗透致密气藏中多段压裂水平井的产能预测及产能敏感性分析具有非常高的理论和应用价值。

A productivity prediction model and productivity sensitivity analysis method for multi-stage fractured horizontal well in low permeability tight gas reservoir

【技术实现步骤摘要】
一种适用在低渗透致密气藏中的多段压裂水平井产能预测模型及产能敏感性分析的方法
本专利技术属于致密砂岩气藏开发领域，特别涉及一种适用在低渗透致密气藏中的多段压裂水平井产能预测模型及产能敏感性分析的方法。
技术介绍
随着需求的增加以及常规油气资源的不断减少，国家对非常规油气的重视与日俱增。致密砂岩储层渗透率一般小于0.1×10-3μm2，并且发育有天然裂缝。裂缝的存在一方面可以显著提高低渗致密储层的基质渗透率，为流体提供渗流通道，另一方面还会增强储集层平面渗透率各向异性相差100倍。这类气藏采用常规技术一般没有经济产量，需要利用压裂水平井技术才能实现经济开发。裂缝性致密气藏压裂水平井渗流规律非常复杂，流动过程包括地层渗流，压裂缝中的渗流，以及井筒中的管流。其流动规律受到储层各向异性，裂缝分布，裂缝形态，裂缝表皮，支撑剂嵌入，非达西流动，井筒半径，井筒摩擦系数等因素影响，因此要准确表述这一规律并不容易。到目前为止，在压裂水平井的产能方面已经有很多专家做了大量的理论和实验研究。郎兆新等通过位势理论和叠加原理研究了在压裂缝存在的情况下水平井的产量确定方法。范子菲等利用复势理论推导出箱型边界单条压裂缝产能公式，并通过算数加和的方式计算多条压裂缝的产能。Romero等利用直接边界元(directboundaryelementmethod)的方法推导出考虑裂缝面表皮因子和阻塞表皮因子的压裂井的产能计算模型。宁福正等在考虑了压裂缝中的压力损失和裂缝间的干扰情况下，对低渗透多段压裂水平井产能进行了研究。之后，韩树刚等在前人的基础上又加入了水平井筒的压降损失，推导出低渗气藏压裂缝渗流与井筒管流耦合模型。曾凡辉等同样利用复位势理论和叠加原理，得到了压裂水平井非稳态渗流产能预测模型，并对影响压裂水平井产能的几个主要因素进行了分析。胡永全等利用坐标变换，势叠加原理，考虑了复杂非平面裂缝形态和变化的裂缝宽度，采用半解析方法，推算出分段多簇压裂复杂裂缝产量计算模型。1、致密气藏地质特征致密气是指渗透率小于0.1×10-3μm2的砂岩地层天然气。1973年，美国联邦能源管理委员会(FERC)将地层条件下储层平均渗透率小于0.1×10-3μm2的气藏定义为致密砂岩气藏。与更广为人知的美国页岩气革命一样，致密气正在改变着我国的天然气生产格局，并将成为我国扩大“非常规”天然气生产的主力。中国工程院预测，2020年我国致密气产量将达到800亿立方米，我国的目标是到2030年“非常规”天然气产量增长近七倍。我国致密砂岩气藏主要分布在四川、鄂尔多斯和塔里木三大盆地，松辽盆地和渤海湾等盆地也有所发现。依据储层产状可以将其划分为块状、层状和透镜状等气藏类型，不同类型气藏地质与开发特征存在明显差异。对于致密气藏，目前的地震勘探技术还不能完全预测其储层、裂缝展布特征和流体性质。对这类气藏的地震资料、钻井资料和测井资料的分析出现偏差，因而不能准确把握其地质特征，阻碍了致密油气藏勘探开发进展。致密储层渗透率很低，孔隙尺度小，储层非均质性强，孔喉分布差异大、应力敏感性强、束缚水饱和度高因此需要进行压裂开发。一般来说，低渗储层的非均质性很强，储层物性的各向异性非常明显，产层厚度不稳定，有时还会出现岩性变化或尖灭。致密储层岩石分选差、泥质含量高、孔喉半径小，因此其孔隙度和渗透率都很低。而致密储层岩石孔隙结构复杂，吼道细小，应力的变化致使其孔喉细微的变化，就可能引起其渗透率相对值的较大变化，产生较强的应力敏感性。致密砂岩气藏进入开发中后期，面临如何进一步提高储量动用程度与采收率问题。总的来说，低渗透储层开发过程中的渗透率随有效压力的变化均可用幂函数表达，初始渗透率越低，下降速率越快，下降幅度越大。但不同类型储层又有很大的差异，除裂缝型储层和孔隙型差别很大外，不同地区不同岩类的渗透率随有效压力变化也有很大的不同。深究致密储层形成的原因，内因方面，无论碎屑岩还是碳酸盐岩，致密储层都是低能环境的沉积，其粒细、分选不好；外因方面，构造条件严格制约着裂缝的发育，单斜层或构造的端部、翼部，裂缝发育程度远不及构造轴部、鼻轴和高点。成岩后生作用方面，压实、胶结和填充是低渗透储层形成的三种主要成岩后生作用。早成岩阶段随着沉积物质的埋藏逐渐加深，发生了压实和胶结成岩作用，丧失了绝大部分孔隙，沉积物变为致密的岩石。填充作用发生于同生、表生及成岩各个阶段，填充物来自沉积水体中溶解物质的结晶、沉淀，也可以是各个成岩阶段自生的矿物，如伊利石、绿泥石、石英等，有时又与胶结作用密不可分，它使沉积物胶结成岩，孔隙、洞、缝被充填。2、致密气藏渗流特征自20世纪70年代以来，全球已发现或推测发育致密气的盆地达到70余个，资源量约210×1012m3，已成为天然气勘探开发的重要领域。我国致密气分布广泛，资源潜力巨大。致密气藏勘探开发在近几年里开始迅速增长，同时水平井分段压裂技术的出现和使用为工业开采非常规资源带来了机会。近年来致密气藏储量在我国天然气探明储量中的比重几乎占到50％，分布也极为广泛，在鄂尔多斯盆地、川西地区、大庆深层、塔里木深层、渤海湾地区深层、柴达木盆地等都有低渗透气藏的发现，这些透致密气藏已成为我国今后重要的天然气供应气源地。由于致密气藏储层物性差，储量丰度低，储层容易受到伤害，开发难度大、效益差，因此针对低渗透气藏自身特征，研究致密气藏的渗流机理对于致密气藏合理、有效的开发具有重要的指导意义。气体在岩石孔隙介质中的低速渗流特性不同于液体，气体在岩石孔道壁处不产生吸附薄层，而且气体分子的流速在孔道中心和孔道壁处无明显差别，这种特性称为滑脱效应。其次，当压力极低时，气体分子的平均自由路程达到孔道尺寸，气体分子扩散可以不受碰撞而自由飞动，由于这一原因导致视渗透率增加。实验证明：岩石渗透率越低，滑脱效应越明显；压力越低，滑脱效应也越明显。对气体来说，由于气-固之间的分子作用力远比液-固间的分子作用力小得多，在管壁处的气体分子有的仍然处于运动状态，并不是全部粘附在管壁上。且相邻层的气体分子存在动量交换，可连同管壁处的气体分子一起沿管壁方向作定向流动(管壁处的流速不为零)，形成了气体滑动的现象，这种现象称作“气体滑脱效应”，又称Klinkenberg效应。渗透率与滑脱效应的关系：对于不同渗透率的岩心，克氏系数b随岩心绝对渗透率K∞的升高而降低。渗透率低于0.1×10-3μm2的岩心，滑脱效应显著，渗透率大于0.1×10-3μm2的岩心，滑脱效应不明显。一些学者如M.C.Leverett，W.S.Walls，GeorgeH.Fancher，M.D.Taylor都曾做出类似的评论。因此，在低压条件下(实验压力约为0.7MPa)对气藏开发而言，当储层渗透率大于0.1×10-3μm2时，气体滑脱效应可以忽略不计。孔隙压力与滑脱效应的关系：当气体在低渗孔隙介质或低压条件下渗流时，气体滑脱效应显著，从而也会对低渗、低压条件下气井产能有显著的影响。但在高渗介质高压条件下，气体渗流可以不考虑滑脱效应。气体在岩石中渗流时，会与岩石之间产生吸附作用，导致本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用在低渗透致密气藏中的多段压裂水平井产能预测模型及产能敏感性分析的方法，其特征在于，所述的适用在低渗透致密气藏中的多段压裂水平井产能预测模型及产能敏感性分析的方法包括：/n(1)对采用多段压裂水平井开发的某低渗透致密气藏研究区块的渗流特征、地质特征、储层物性、开发特点、生产动态资料进行分析整理；/n(2)在综合考虑了多种因素，如高速非达西效应、应力敏感、滑脱效应、地层压降、缝内线性流合缝内径向流、井筒压降等，提出了压裂水平井的稳态渗流模型，根据研究区块的所需参数求解本专利技术提供的产能预测数学模型，求解流量分布及压力分布，并对产能进行分析。/n

【技术特征摘要】
1.一种适用在低渗透致密气藏中的多段压裂水平井产能预测模型及产能敏感性分析的方法，其特征在于，所述的适用在低渗透致密气藏中的多段压裂水平井产能预测模型及产能敏感性分析的方法包括：
(1)对采用多段压裂水平井开发的某低渗透致密气藏研究区块的渗流特征、地质特征、储层物性、开发特点、生产动态资料进行分析整理；
(2)在综合考虑了多种因素，如高速非达西效应、应力敏感、滑脱效应、地层压降、缝内线性流合缝内径向流、井筒压降等，提出了压裂水平井的稳态渗流模型，根据研究区块的所需参数求解本发明提供的产能预测数学模型，求解流量分布及压力分布，并对产能进行分析。


2.如权利要求1所述的适用在低渗透致密气藏中的多段压裂水平井产能预测模型及产能敏感性分析的方法，其特征在于，在考虑高速非达西效应、应力敏感、滑脱效应、地层压降、缝内线性流合缝内径向流、井筒压降等因素的基础上建立新的低渗透致密气藏多段压裂水平井产能预测模型：
当气体在储层孔隙中高速流动时，因速度惯性力和紊流效应会产生非线性渗流现象，这种现象叫做气体高速非达西效应，此时的渗流方程如下式所示：



其中β是影响惯性阻力的孔隙结构参数，在很多基于实验得到的经验公式中存在，Kutasov利用半理论的方法得到了β的计算公式，支撑剂孔隙度和渗透率可以通过实验测量：



通常，在计算过程采用有效渗透率对高速非达西渗流进行矫正：



气藏中渗透率与压力关系如下式所示：



式中，k0——为初始渗透率，mD
α——位介质变形系数，1/MPa
在考虑气体滑脱效应的基础上修正后的气体渗透率如下所示：



通过大量实验与理论研究，一些专家学者发现渗透率与滑脱效应两者之间有着如下关系：克氏系数γ随着岩心绝对渗透率K0的升高而降低，两者关系负相关；当岩心的渗透率小于0.1mD时，滑脱现象比较明显，反之则不明显；在气藏开采中，目前普遍认为当渗透率高于0.1mD时可以忽略滑脱效应的影响；但致密气藏的渗透率大多低于0.1mD，所以其带来的影响不能忽略；
同时考虑上述各种影响因素的表观渗透率可以表述为以下形式：



根据复势理论，通过双曲余弦变换得到裂缝长度为2Lf，地层厚度为h，渗透率为K，流体粘度为μ，产量为Qf的垂直裂缝在二维平面势的分布：



如附图2所示，为一口射孔完井的水平井，经过m段压裂，流体只能通过压裂缝进入井筒，为了进一步刻画裂缝中的压力损失，将每段压裂缝分为2n个微元；
利用坐标变换可得到任意微元(i，j)在二维平面势的分布：




为第i条裂缝，第j段线元在平面中(x，y)处所产生的势：
根据势的叠加原理，得到图1所示的多段压裂水平井在二维平面势的分布，



假设供给半径为Re，则供给边界上的势为：



任意微元(I，J)处势为：



根据真实气体的状态方程可以得到Bg的表达式：



在渗流力学中，定义势函数为：



综合(9)～(13)式得：



天然气从地层流入裂缝后经历两个阶段，裂缝翼部天然气成线性流流向井筒附近；在井筒附近呈现出向井筒汇聚的径向流，流动过程如附图3所示：
(1)缝内线性流
Rome...

【专利技术属性】
技术研发人员：乐平，周涌沂，贾冰懿，杨宏楠，谢志伟，王国壮，高青松，雷涛，任广磊，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川;51