页岩气藏生产率分析的新方法及改进英语论文及翻译.doc
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1、英文标题New and Improved Methods for Performing Rate-Transient Analysis of Shale Gas Reservoirs页岩气藏生产率分析的新方法及改进POGC诺巴特,* SPE,卡尔加里大学和Fekete联营公司,c.r.clarkson,SPE,D.该,* SPE,卡尔加里大学摘要威尔斯多段水平压裂是目前最流行的方法用于开发低渗透致密页岩气储层生产数据分析,其是最广泛使用于这些油藏储量估算的目的分析工具,如水力压裂优化,发展规划(安布罗斯等人,2011)。然而,克拉克森等人所指出的(2012),与传统的生产数据分析,超低渗透油藏
2、的应用的一个基本问题是,目前的方法是在假设流量可用达西定律描述前提下的推导。这种假设可能不适用于致密/页岩气藏,因为它们含有大孔隙尺寸的分布,包括在某些情况下的纳米孔(劳克斯等人,2009)因此,气体分子的平均自由路径可能相当于或大于平均有效岩石孔喉半径,使气体分子沿着孔隙表面滑移。在滑移非达西流中的这个结果,不是传统的生产数据分析可以得到的。克拉克森等人(2012)修改后的拟变量应用于考虑滑移的气藏生产数据分析。他们表明,如果不考虑滑移效应,它会导致油藏描述中产生明显错误。克莱森等人(2012)也提到,使用修改后的拟变量后,渗透性和裂缝半长度的值将不完全匹配输入的模拟数据。在本文中,使用了一
3、种方法来正确地分析从裂缝井致密/页岩气藏下在不断流动的压力下(考虑解吸和滑移)得到的生产数据的方法。该方法使用了一种新的时间概念代替传统的时间,目前应用于生产数据分析。验证的方法是使用了一些数值模拟的案例,得知,如果是已知渗透率,那么新开发的分析方法结果会是更可靠的估计裂缝半长度或接触基体表面的面积。引言水平井(下套管或裸眼)的多段压裂常用于开发井中最致密/页岩气层的实践。由于压裂使得这些井中形成巨大的裂缝占主导地位的流态观察线性流,其可能会持续数年。在文献中,线性流在时间图平方根图中以直线状态显示,也就是归一化的压力比。时间平方根(瓦唐.巴格等。El-斑比;和瓦登伯格1998)。使用这条线的
4、斜率高估了的数值,其中是裂缝半长, 是渗透率,或使用,其中是接触基体表面积,适用于恒流压生产线流程分析计算(易卜拉欣和瓦唐.巴格 2005,2006;诺巴特等人。2010;诺巴特和克拉克森2011年,易卜拉欣和瓦登伯格(2005,2006)提出了多重,在恒流压条件下利用斜坡时间的平方根图由经验得到校正因子 (1)其中是在初始压力下相关的拟压力下提取的参数,在流动压力下和拟压力,和利用水利得到的: (2)诺巴特和克拉克森(2011年)详细地研究了线性恒流压下的生产。他们得到了一些关于水库几何形状的仿真实例,如图1所示,结果表明由计算公式1得到的校正因子是与时间平方根图相匹配的输入值数值模拟而得到
5、的不正确值。y and gas comprssibility,which are incorporated into pseudotime,X,(fraim and wattenbarger诺巴特和克拉克森(2011年)解释说,高估值是因为时间平方根图没有考虑到不断变化的气体的粘度和气体压缩性,并将其纳入到拟时间(福莱姆和瓦登伯格1987;阿加瓦尔等人1999)其中 (3)在这里,和是在平均油库压力下的粘度和总压缩率。诺巴特和克拉克森(2011年)提出了将修正时间用于等式3中在影响区域的平均压力评估中气体的粘度和可压缩性(安德森和马特,2005)。最后,他们开发了一个分析的方法来通过时间的平方
6、根图的计算来校正高估值。通过诺巴特和克拉克森对该方法的发展(2011年)不再考虑解吸气体滑脱效应(非达西流动)克拉克森等人的注意(2012),用于传统生产数据分析发展的共同假想不适用于非常规渗透率极低的储层。其中之一的原因是在低渗透油气藏(非达西流动)中天然气滑脱的存在(奥兹坎等人。2010;克拉克森等人。2012)。在低渗透储层,气体分子可以沿孔隙表面滑动(即,在孔隙表面的气体速度不为零),和由达西定律表示的粘性流动顶端造成的额外流出。由于这种额外的流量,在相同的多孔介质中表观气相渗透率高于液体的等效渗透率。克拉克森等人。(2012)利用方程4的拟压力和拟时间在生产数据分析中考虑滑脱效应:
7、(4) (5)图1储层矩形储层中心的水力压裂垂直井在这些方程中,*表示修改的变量来解释滑脱移动,为表观渗透率,为渗透率比值,为液体的等效渗透率,在等式6中气体滑脱效应使用克氏滑脱因子b通常是正确的(克氏1941), (6) 在这里,是平均压力。克氏(1941)表明,实际是由储层的真实渗透率(或样品)这个关系上得到的。等式6中,表示为 (7)传统上,滑移系数是常数(克氏 1941;琼斯和欧文斯等人1980;海德等人1950;和萨姆帕斯、基夫1982)。假设气体传输控制浓度(斐克定律)和压力(达西定律),于是尔特金等人(1986)开发了一个明显的或动态气体滑移系数。对于单相流,下面的公式来计算领域
8、的单位明显滑脱因子(尔特金等人。1986): (8)在这个方程中,是气体压缩系数,是扩散系数。从等式8中,预计的表观气体滑脱因子取决于压力,温度,和气体的性质。扎瓦坡(2009)表明,表观气体渗透对于温度的灵敏度是可以忽略的。本研究的目的,下面的公式考虑了动态滑动系数,将用来计算: (9)尔特金等人(1986),相关的气体扩散系数的气体分子量和液体的等效渗透率,使用下面的公式在字段单元中: (10)最近,扎瓦坡(2009)和斯万(2010)提出了严格的方法来计算表观渗透系数的变化作为一个克努森数的应变量。在这些方法中,占主导地位的流态(连续流动,滑移流动,过渡流,或自由分子流)是预测孔隙大小的
9、函数,压力,温度,和气体性质的功用。请注意,在这些方法中,在等式9中一个动态的滑动系数可以通过使用(即,对液体的等效渗透率与视渗透率的比值)来计算从而解决(斯万2012;克拉克森等人2012)。克拉克森等人(2012)提到,即使在等式4和等式5中使用修改后的伪变量定义后。渗透性和裂缝半长度的值仍不会完全匹配模拟的输入数据。在本文中,从裂缝井紧/页岩气藏中生产稳定的流动压力约束下和存在解吸和滑移的条件下正确地分析生产数据的方法是存在的。该方法是有效的使用了一些数值模拟案例的验证方法。研究发现,新开发的分析方法,如果渗透率是已知的,那么结果会得到一个更可靠的估计裂缝半长(或在复杂的情况下基质表面积
10、)。应该说,与克拉克森等人(2012)的方法相同都是用来给致密气和页岩基质传输建立模型。读者是指工作的建模方法的细节。推导 在这一部分中,正确地分析在恒流压下存在解吸和滑移,并说明从裂缝井/页岩气藏生产线性流的方法是存在的。该方法解释了按时间分析随压力、解析和滑脱移动变化而变化的气体特性,即,该地区受平均压力评估影响。基地储层的几何形状,已在文献中被使用(瓦登伯格等人1998;El-斑比和瓦登伯格1998;贝洛和瓦登伯格2008;诺巴特等人。2010;诺巴特和克拉克森2011年,2012)研究非常规的气藏的线性流程图,如图1。它也假定裂缝具有无限导流能力,并且没有表皮。线性流理论(瓦登伯格等人
11、1998;El-斑比和瓦登伯格1998)表明,恒定流压生产,关于和的图像在笛卡尔坐标系中是一条直线。这条线的斜率可以用来计算,其中是裂缝半长度和是渗透率,在气体领域的单位中,使用下面的公式(瓦登伯格等人1998;El-斑比和瓦登伯格1998): (11)在这个方程中,是储层温度;是净厚度;是储层孔隙度;是气体粘度;是总压缩率(下标指的是初始条件);和分别是原始地层拟压力、流动拟压力;是关于和曲线的斜率。由于滑移的存在,下面的公式应该用来代替等式11: (12)其中是液体的等效渗透率,和是修正拟压力,用来解释原始地层压力和流动压力,计算使用等式4。因为假定没有表皮效果,恒流压生产下的线性流动可以
12、表示为 (13)使用等式13,在时间t的累积产量是 (14)结合等式13中的是千标准立方英尺/ 扩散系数,和等式14中的千进制用来转换为标准立方英尺(scf)。当井恒流压生产时,从以下方程式在线性流期间可获得研究的距离(瓦登伯格等人1998): (15)其中是油层原始压力下的表观渗透率。初始压力下的表观渗透率用在当压力传播发生对初始压力,因此在等式15中初始压力的渗透率是计算调查的距离。利用的定义,()。等式15为 (16)在这里,是指初始压力下的渗透率,是液体的等效渗透率。接触的气体的地方(例如,气体在该地区的影响力),包括吸附气,是 (17)在这里,是影响区域的面积;是原始含气饱和度;是原
13、始气体体积系数;是页岩体积密度;是朗格缪尔体积;是朗格缪尔压力;为初始储层压力。假定气含量遵循朗格缪尔吸附等温线,那么等式17可以表示为 (18)其中是最初气体体积系数,调整到考虑解吸效果的影响,并定义为(王1993;克拉克森等人2007)。 (19)对影响区域面积的定义,并取代等式16中的结果 (20)在这个方程的单元是标准立方尺。在该地区平均压力的影响,可以用下面的公式计算(莫哈姆等人2011): (21)在这里,和分别是该地区的平均压力下的修正Z-因子【由莫哈姆等人引入(2011)】和初始储层压力的影响下的Z-因子。将等式14中的和等式20中的分别代入等式21,得到: (21)该方程表明
14、,平均压力在该区域的影响力不取决于时间。诺巴特和克拉克森(2011年)报道,在没有滑移、解吸条件下产生了相同的结果。因为平均压力在区域的影响是恒定的,使用方程5的修正的虚时,即 (23)这意味着,修正的拟时间与时间呈线性关系。等式 23也表明,和的图像, -图像的斜率,对于来说有以下的关系: (24)为了在气体分析时获得正确的值,和图像的斜率应使用在等式12(诺巴特和克拉克森2011年)。因此,使用等式24,下面的公式可用和的图像斜率来计算: (25)比较等式12和等式25,校正因子是用于改善从和图像斜率计算出的的数值。 (26)用等式25中的和带入等式22中得到 (27)在这里,是气体的压缩
15、因子,考虑了解吸的影响(王1993;克拉克森等人。2007)。如果油,水,和形成的压缩率可以忽略不计,水侵量可以忽略不计,和含气饱和度为 100%,变成(王1993;克拉克森等人2007)。 (28)在这个方程中,和分别是在标准条件下的压力、气体压缩因子和温度。等式27表明平均压力在区域的影响力取决于原始压力、流动压力、储层温度、气体性质、气体饱和度和等式9中的。等式27可以被解决通过获得在影响区域的平均压力和等式26中计算得到的修正因子。为了提高线性流动分析,从等式12中计算得到的乘以。相似于诺巴特和克拉克森(2011年)的程序。请注意,在不存在滑移(即)和解吸(即),等式27与诺巴特和克拉
16、克森提出的推导相同(2011年)。如果,等式27与储层渗透率无关,那么从等式26中计算得到的修正因子也与渗透率无关。在存在滑移的情况下,从等式9中计算得到的渗透率比值取决于储层渗透率(液体等效),结果,从等式27计算得到的平均压力在地区的影响力取决于液体等效渗透率。验证提供一些测试数据为了验证本研究提出致密/页岩气藏线性流的方法。基于使用一年的生产剖面进行的数值模拟而建立的。所有的测试用例中常见的参数如下;,and 。在解析存在的条件下,各参数分别是郎谬尔体积,郎谬尔压力和页岩体积密度。输入的流动压力和渗透率数值模拟例子在表1中给出。通过使用渗透率比而使滑移被纳入了模拟,从等式8-10根据不同
17、压力压力传递乘数进行计算(如克拉克森等人2012)。在这种情况下,不考虑滑移,是作为一种传递乘数存在的。在图2中显示了关于渗透率分别为0.01md、0.001md和0.0001md和压力的图像。正如预期的那样,在一个恒定的渗透性,减少压力,渗透率比值增加。首先,对于任一种情况下,从等式27中计算得到的影响地区的平均压力和从等式26中得到的修正因子,那么通过等式12计算得到,它是由关于和图像的斜率乘以修正因子得到的。最后,在每一种情况通过利用考虑渗透率(即液体的等效渗透率)而进行的模拟来计算。在图3中,计算得到的裂缝半长是通过从例1到例21的方法中使用先进的方式得到的。计算得到的裂缝半长大概在2
18、40247ft之间,接近数值模拟值(即=250ft)。然而,所有计算得到的裂缝半长小于期待值。诺巴特和克拉克森(2011年)观察到同样的结果,认为这是由于等式15计算而得到低估距离的结果。他们认为得到更好估计裂缝半长的方式是使用下列式子用于观察距离。 (29)使用等式29代替等式15为本研究提出的方法的推导,等式27变为(30)从案例1到20中通过使用等式30计算得到的裂缝半长在图3中有所表现,且尺寸在250ft 295ft 之间。尽管计算裂缝半长既使用了等式27和等式等式30都很接近理想值,即,但总的说,通过等式30获得的裂缝半长最接近理想值。那么在本页的其余部分,我们将使用等式30来代替等
19、式27用来计算在影响区域的平均压力。讨论线性流动分析中滑移的影响。不受解析影响的模拟案例16的分析用以下的方法:方法1:用来分析线性流动的时间不是修正的模拟时间,滑移不纳入拟压力,此方法使用等式11。方法2:当时的修正拟时间用于线性流动分析。滑移不纳入拟压力和拟时间中,这就是诺巴特和克拉克森(2011年)方法。方法3:用于线性流动分析的时间不是修正的模拟时间,滑移纳入拟压力中,该方法使用等式12。方法4:用于线性流动分析的时间不是修正的模拟时间,滑移不纳入拟压力中。易卜拉欣和瓦登伯格(2005、2006)使用的方法是从等式11中计算得到的裂缝半长乘以等式1中的修正项。方法5:线性流动分析使用校
20、正拟时间。滑移要考虑拟压力和拟时间。该方法是在方法研究中提出的。当无解析发生的案例16,等式30中 。使用这些方法获得的裂缝半长列在表2中,展现在图4(例13)和图5(例46)。这些数据表明根据方法1计算得到的裂缝半长远高于期待值250ft,而且随着渗透率的降低而使得其对裂缝半长的高估程度不断增加,这是因为在方法1中分析没有考虑滑移,然而随着渗透率的降低使得滑移越来越影响生产速率。在方法2中,诺巴特和克拉克森(2011年)方法(其中)被用来计算裂缝半长。图4、图5表明随着渗透率的增加,由该方法得到的裂缝半长更接近于期待值,这是因为随着渗透率的增加而使得滑移影响减小。因为该方法没有考虑滑移影响,
21、而且当时使用了校正拟时间,总之就是在更高的渗透率下使用了校正拟时间,这就足以解释变化的气体密度和压缩性远比考虑滑移的重要性高的多。在方法3中,拟压力和时间都考虑了滑移,并将其用于分析。图4和图5表明随着渗透率的减小,通过该方法计算得到的裂缝半长越来越接近期待值,这与我们从方法2中观察到的不同。从中可以总结较低的渗透率和拟压力的校正来解释滑移比使用校正的拟时间更重要,使用后者并不能够解释滑移。就如预期一样,在较低的渗透率下滑移的影响变大且忽视其在分析中有意义的影响。在易卜拉欣和瓦登伯格(20052006)的方法中(即,方法4),该滑移没有考虑到线性流,等式11中用到了反气率与时间的平方根图。计算
22、得到裂缝半长,然后乘以从等式1得到校正因子,从图4、图5中可以看出用该方法计算得到的裂缝半长在与理想值吻合良好(即)后进入数值模拟,且。然而,如方法1,当渗透率降低时,在该方法下没有考虑滑移。最后,图4和图5表明在现有的五种方法中,方法5是在所有渗透率条件下与裂缝半长的理想值吻合最良好的。应该提到的是尽管我们使用了尔特金提出的滑移极限方法来计算气体明显渗透率,但是我们修正滑移影响的方法只有当表观气体渗透率作为压力函数时才有用。那么其他的方法可被用于预测作为压力函数的气体表观渗透率。尔特金等人(1986)的方法在该课题中应用就是因为他的简单。线性分析中解析的影响。为了正确的分析在解析存在下的线性
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