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页岩气藏试井解释方法研究

尹虎  
【摘要】:随着世界能源消费量的增长和供需矛盾的日益突出,页岩气资源引起了美国、加拿大、俄罗斯等国的普遍重视,并且已经进入开发阶段。目前,中国把页岩气资源的勘探开发提上了重要议事日程,通过地质调查和勘探,发现中国的页岩气资源相当丰富,初步估计资源储量约为(15-30)×1012m3,具有广阔的开发前景。页岩气属于非常规气资源,主要以吸附和游离两种状态储存在孔隙度、渗透率极低的高碳泥页岩和暗色泥页岩中,具有吸附解吸和扩散特征。页岩气是天然气生成之后在烃源岩层内就近聚集的结果,表现为典型的原地成藏模式。 页岩气在页岩中有其特殊的赋存运移机理,与常规气藏最主要的区别主要表现在以下三个方面;页岩气藏的渗透率一般低于0.001×10-3μm2,属于特低渗储层;孔隙度变化主要在2%-5%之间,属于特低孔储层;气藏中大部分页岩气以吸附状态赋存于页岩的基质孔隙内表面上。页岩气藏中流体进入井筒需要经历三个过程:在储层压力降低情况下,基质孔隙内表面吸附气发生解吸作用变成游离气,进入基质孔隙系统中;由于吸附气的解吸作用使得基质系统的浓度大于裂缝系统的浓度,在浓度差的作用下,游离相页岩气从高浓度的基质系统向低浓度的裂缝系统运移;在流动势的作用下,页岩气通过裂缝孔隙系统向生产井筒进行渗流。 本文在大量的调研基础上,弄清楚了页岩气在开发过程中的渗流机理和吸附气解吸特征。在页岩气藏中,有相当一部分页岩气以吸附气状态存在。页岩气的开采不需要排水降压,裂隙中游离气和自由水开采出后,地层压力下降,随着气藏压力的不断降低,吸附气会发生解吸扩散,这一现象会影响页岩气藏的压力变化过程。本文在前人研究的基础上,根据Langmuir等温吸附和Fick扩散定律,结合渗流理论建立了页岩气井单一介质、双孔介质、气水两相渗流数学模型,并运用数值差分对模型进行了数值求解,绘制了井底压力差和井底压力差导数的双对数变化曲线,从论文来看,该研究生专业基础理论知识很扎实,能将书本知识活学活用,分析结果表明:在单一介质试井特征曲线上,与常规气藏相比,考虑吸附气解吸扩散,气井井底压力降低减慢;Langmuir体积增大,地层中吸附气解吸量增加,井底压力降低缓慢。Langmuir压力接近原始地层压力,井底压力降低最慢;在双孔介质试井特征曲线上,考虑启动压力梯度使压力导数曲线后期出现上翘;考虑储容比时,裂缝系统和基质系统的过渡阶段的曲线加深;在气水两相的试井特征曲线上,气藏降压开采中,基质表面的吸附气发生解吸和扩散作用,同时伴随着基质收缩和孔隙增大等现象。解吸气补充了流体供应量,提高了地层能量,使得井底压力降低缓慢,压力差曲线下移;基质收缩和孔隙增大改善了储层物性和地层流动系数,使得压力差导数曲线前期凹陷加深。同时,本文从物质平衡原理出发,运用Bangham固体变形理论、Langmuir等温吸附模型,得到修正后的岩石压缩系数,并推导出页岩气藏物质平衡方程,求得页岩气藏的原始地质储量。分析结果表明:考虑吸附气解吸和基质收缩效应,页岩气藏中岩石压缩系数减少,储层孔隙度降低缓慢,与常规气藏相比物性变好;储量分析中可得吸附气的含量增加,游离气的含量增加,使求得的页岩气藏地质储量增大。 在页岩气藏井底压力研究的基础上,应用面向对象开发语言、数据结构、数据库等计算机专业知识和三层架构模型开发出一套页岩气井试井解释软件。编写了气藏的虚基类、页岩气派生类及类中函数的实现,实现了气藏属性和行为的保密性和继承性。同时优化绘图模式,采用GDI+绘图类,绘制井底压力曲线,创建出友好的使用界面,使得繁琐的公式推导变成可以操作的按钮消息,让研究的成果可以自动化。 本文主要取得以下成果和认识: (1)分析了页岩气中的吸附气的解吸和扩散特征,以及页岩气在开采过程中的渗流机理; (2)建立了页岩气藏单一介质渗流数学模型和数值模型,并对模型求解,分析了表皮系数、井筒储集系数、Langmuir压力、Langmuir体积等地层参数对地层压力的影响。 (3)建立了考虑启动压力梯度的页岩气藏双孔介质渗流数学模型和数值模型,并对模型求解,分析了窜流系数、储容比、启动压力梯度、井筒储集系数、Langmuir压力、Langmuir体积等地层参数对地层压力的影响。 (4)建立了气、水两相的页岩气藏单一介质渗流数学模型和数值模型,并对模型求解,分析了吸附气、表皮系数、饱和度等地层参数对地层压力的影响。 (5)从物质平衡原理出发,运用Bangham固体变形理论、Langmuir等温吸附模型,推导出页岩气藏物质平衡方程,分析了考虑吸附气的孔隙度变化特征,并求得页岩气藏的原始地质储量。 (6)根据横向三层架构思想(用户界面层、业务逻辑层、数据访问层)和纵向三层架构思想(接口层、实现层、逻辑对象层)应用面向对象编程思想,开发出页岩气藏试井解释软件。


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