确定低渗透非均质气藏压裂水平井裂缝参数的方法

日期:2019-05-16 04:56:30

确定低渗透非均质气藏压裂水平井裂缝参数的方法
【技术领域】
[0001] 本申请属于油气田开发领域,具体地说,涉及一种确定低渗透非均质气藏压裂水 平井裂缝参数的方法。
【背景技术】
[0002] 低渗透气藏突出表现为储层渗透率平面横向非均质性的特点,通过对低渗透气 藏水平井分段压裂可以显著提高产量,此时裂缝内又表现出高速非达西流特点。在对低渗 透气藏压裂水平井裂缝参数优化设计时,必须综合考虑渗透率非均质性和裂缝内高速非达 西流等因素的影响。目前压裂水平井裂缝参数设计方法主要有电模拟实验方法、解析-半 解析方法和数值模拟方法等。
[0003] 电模拟方法和解析-半解析方法主要通过储层渗透率加权平均方法将取渗透率 为平均值,即视储层为均质,并未考虑储层平面横向非均质性特征;数值模拟方法可以考虑 储层的横向非均质性,但不能考虑裂缝内高速非达西流特征,且运用该方法时,需要大量储 层数据,计算速度也比较慢。因此针对横向低渗透非均质气藏,同时考虑裂缝内高速非达西 流影响,急需一种快速高效的裂缝参数设计方法。

【发明内容】

[0004] 有鉴于此,本申请所要解决的技术问题是现有技术没有考虑低渗透气藏非均质性 特征和压裂水平井裂缝中存在高速非达西流的综合影响。
[0005] 为了解决上述技术问题,本申请公开了一种确定低渗透非均质气藏压裂水平井裂 缝参数的方法,包括以下步骤:
[0006] 1)分别收集储层物性、流体性质、水平井筒、支撑剂性质的基本参数;
[0007] 2)按横向渗透率分布情况,将非均质气藏沿水平井筒长度方向划分成至少两个均 质的渗流带,所述渗流带含有人工裂缝;
[0008] 3)建立含有人工裂缝渗透带的压裂裂缝物理模型及裂缝参数评价的数学模型;
[0009] 4)修正所述步骤3)中裂缝内高速非达西流动的有效渗透率;
[0010] 5)建立考虑裂缝高速非达西流的裂缝产量模型,建立非均质气藏压裂水平井裂缝 参数的设计图版;
[0011] 6)确定低渗透非均质气藏压裂水平井裂缝参数。
[0012] 进一步的,所述步骤1)中,所述储层物性、流体性质、水平井筒、支撑剂性质的基 本参数包括:气藏厚度、宽度,各渗透带渗透率、长度;气体粘度、偏差因子、相对密度;储层 温度、平均压力、拟稳态时产量及水平井井筒压力;初始支撑渗透率。
[0013] 进一步的,所述步骤2)将非均质气藏沿水平井筒长度方向划分成至少两个均质 的渗透带的方法为:根据储层在水平井筒长度方向上渗透率的差异,将渗透率相等的储层 划分成同一个渗透带,渗透率较低的视为阻碍气体流动的隔层。
[0014] 进一步的,步骤3)所述的建立含有人工裂缝渗透带的压裂裂缝物理模型(下述步 骤a)及裂缝参数设计的数学模型(下述步骤b-d)的方法包括以下步骤:
[0015] a、将非均质气藏压裂水平井看作很多相似的均质渗透带组成,每个渗流带均关于 水平井筒和裂缝呈对称关系,以第1个渗流带中四分之一为研究对象,将裂缝等分为nw个 小段;
[0016] b、基于基质流动方程,计算裂缝中任意两点之间的流动压差,利用直接边界元法, 由于nw小段点源影响,气藏与第i小段点源拟稳态压降为:
[0018] 气藏与第j小段点源拟稳态压降为:
[0020] 第i段和第j段的拟稳态压降相减,当i = l,j = 2时,得裂缝中第1段和第2段 流动压降为:
[0022] 式中:ΔΡει ι、ΔΡει ]分别为气藏与第i小段和第j小段的拟稳态压降,ΔΡκ>$ 基于基质流动的第2小段和第1小段的流动压降,单位为MPa ; α = 774. 6,为常数;μ为 气体粘度,单位为mPa·s ;Ζ为气体偏差因子,无量纲;T为气藏温度,单位为K ;knl为第1渗 透带基质渗透率,单位为mD ;h为气藏厚度,单位为m ;nw为半长裂缝等分的段数;a [0i, Wj] 为第j段对第i段的影响函数,w为观察点,〇为源点;
[0023] c、基于裂缝内流动,计算裂缝中相邻小段的流动压差,针对裂缝内高速非达西流, 将高速非达西处理为达西流,根据达西定律得到裂缝内流动偏微分方程:
[0025] 通过第1段和第2段裂缝间流量为第2段至第nw段总的流量,则基于裂缝流动, 第1段和第2段流动压降为:
[0027] 式中:Apf^1为基于裂缝流动的第2小段和第1小段的流动压降,单位为MPa 为裂缝内考虑高速非达西流后有效渗透率,单位为mD UcinXcii^v别为第1点和第2点位置, 单位为m ;
[0028] d、计算裂缝流量与裂缝参数间相互关系
[0029] 式(3)和式(5)均为第1段和第2段的流动压差,两式相减得到各段流量与裂缝 参数间关系为:
[0031] 将各段流量、位置、裂缝半长、裂缝导流能力、支撑剂规模无因次化
[0037] 得到裂缝各段流量与裂缝参数间的无因次关系:
[0039] 式中,BgS气体体积系数,无因次;qDl为第i段裂缝无因次流量,无因次;ρ_和p wf 分别为气藏平均压力和水平井筒压力,单位为MPa ;xDl为第i段无因次位置;I分别为 渗透带宽度和长度,单位为m ;xf、wf分别为裂缝半长、裂缝宽度,单位为m ;kf(;为裂缝内考虑 高速非达西流时的有效渗透率,单位为mD ;IXS裂缝穿透比;C f:te、Nlre分别为裂缝内考虑高 速非达西流无因次有效导流能力和有效支撑剂指数;v p、\分别为支撑剂支撑裂缝体积和 渗透带体积,单位为m3;
[0040] 同理当 i = 2, j = 3、i = 3, j = 4、…、i = nw-1,j = nw 时,可得其余 nw-2 个 相邻裂缝段关系式,得nw-1个各段裂缝流量与裂缝参数无因次关系式,最后一个表达式为 第1段到水平井筒压降,即可得nw个线性方程组,求解nw段裂缝无因次流量(q D1、qD2、···· qDnw)与裂缝参数关系;
[0041]
[0046] 每条裂缝无因次产量为所有裂缝段无因次流量和的4倍,整条裂缝无因次产量表 达式:
[0048] 式中:Jd为整条裂缝无因次产量指数。
[0049] 进一步的,所述步骤4)利用迭代方法,通过雷诺数修正裂缝内有效渗透率,将高 速非达西流处理为达西流,包括以下步骤:
[0050] e、假设初始雷诺数为Nltel为零,根据裂缝有效渗透率与雷诺数关系,得初始裂缝有 效渗透率:
[0052] 式中:kf、kfel分别为支撑裂缝初始渗透率和初始有效渗透率,单位为mD ;N Rel为假 设初始雷诺数,取值为零;
[0053] f、根据支撑剂指数表达式(式11),代入初始裂缝有效渗透率,得初始有效支撑剂 指数:
[0055] g、在初始有效支撑剂指数Npel下,根据步骤3)建立的裂缝无因次流量与裂缝参数 关系,得到并对比不同无因次裂缝导流能力C fttel对应的裂缝总无因次流量指数J D,进而得 到最优无因次有效裂缝导流能力Cfttelcipt;
[0056] h、根据最优无因次有效裂缝导流能力Cfttelcipt,计算得到初始最优裂缝半长和宽 度:
[0057]
[0059] 式中:xflcipt、Wflcip^别为初始最优裂缝半长和裂缝宽度,单位为m ;
[0060] i、将无因次流量换算成裂缝实际产量,通过产量与裂缝宽度的关系式,得到井筒 处气体流速:
[0063] 式中:qg为裂缝总产量,单位为m 3/d ;v为裂缝与井筒交汇处气体流速,单位为m/ S ;Aflcipt为初始最优裂缝宽度下裂缝与井筒相交面面积,单位为m 2;
[0064] j、根据雷诺数定义,计算新的有效雷诺数Nfc2:
[0070] 式中:β为多孔介质特征参数;P g为气体密度,单位为kg/m3; γ g为气体相对密 度,无因次;m、η为常数,与支撑剂粒径有关;
[0071] k、对比假设雷诺数Nltel和新的雷诺数Nlte2,如果两则相差在规定的很小范围内 (I L-Rd I彡ξ ),则得到设计裂缝尺寸为所求裂缝尺寸,如果不在规定范围内,则将式(16) 中雷诺数取新值Nfc2,重新迭代,直到雷诺

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