【摘 要】
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致密气是具有较大潜力的非常规天然气资源。致密储层内部发育有纳米和微米级的孔喉,强非均质性使得气水分布情况复杂,流体的渗流规律不再符合达西流动,开采多采用水平井压裂的开发方式,压裂形成复杂的裂缝网络,流动存在多重介质复杂流动问题,气水流动规律认识不清,难以准确预测含水致密气藏压裂水平井两相产能情况,生产过程中的压力传播规律不明。本文以鄂尔多斯大牛地气田为目标区块,通过室内实验、理论分析和数值模拟相结
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致密气是具有较大潜力的非常规天然气资源。致密储层内部发育有纳米和微米级的孔喉,强非均质性使得气水分布情况复杂,流体的渗流规律不再符合达西流动,开采多采用水平井压裂的开发方式,压裂形成复杂的裂缝网络,流动存在多重介质复杂流动问题,气水流动规律认识不清,难以准确预测含水致密气藏压裂水平井两相产能情况,生产过程中的压力传播规律不明。本文以鄂尔多斯大牛地气田为目标区块,通过室内实验、理论分析和数值模拟相结合的方法,研究了含水致密气藏水相赋存机理和气水两相多尺度非线性渗流机理,建立了压裂水平井气水两相多区耦合产能预测模型和动态供给边界传播模型。主要开展了以下研究工作:(1)在压汞实验的基础上得到了毛管力曲线,研究区块的孔喉半径主要在0.38μm-0.99μm之间,并根据毛管力曲线形态将储层类型分为三类;基于孔喉半径分布范围,确定CT扫描精度,在CT扫描的基础上进行数字岩心重构,定量表征了致密储层的微观孔隙结构,表明喉道比孔隙对储层孔隙度影响更大;(2)结合核磁共振曲线和水相流动条件,将水相划分为:可动水、约束水和束缚水;在气驱水的微观可视化实验过程中,随着注入速度的增加,基质型储层中的中孔动用比例最高(57.25%),含微裂缝型储层中的大孔动用比例最高(62.86%);根据微观可视化实验结果,将含水致密气藏储层中残余的水相分为四种类型:角状、膜状、柱状和簇状;注入速度的增加,使得角状和柱状残余的水相被少量驱出;综合分析基质型和裂缝型模型的结果,气相优先在尺寸均匀的孔喉内形成优势通道;约束水饱和度较高,主要以簇状约束水和柱状约束水为主;微裂缝的存在可以连通更多的小孔隙,储层内部各级别的孔隙得到均匀的动用,对储层内部流体的流动起到积极作用,但是仍有一部分孔隙无法得到动用;(3)使用气泡法进行了启动压力梯度实验,以0.001MPa/m为启动压力梯度是否存在的界限,渗透率的大小与启动压力梯度的大小呈反比,含水饱和度的高低与启动压力梯度的大小呈正比;通过定围压变内压的实验方法进行了应力敏感实验,随着含水饱和度的增加,渗透率损失率增加;含水饱和度为30%时,基质型岩心渗透率损失率为74.73%,裂缝型岩心渗透率损失率为90.77%,当含水饱和度为70%时,两种类型岩心的渗透率损失率均超过95%;对比基质型和裂缝型岩心应力敏感实验结果可以发现,储层含裂缝时的应力敏感作用更强;基于启动压力梯度和应力敏感实验数据,在原有的公式中引入含水饱和度,为后续的产能模型建立提供基础;(4)基于水平井压裂后形成的复杂流场形态和流体流动规律,建立了低含水饱和度和高含水饱和度的致密气藏压裂水平井气水两相产能预测模型,低含水饱和度时视为气体拟单相流动,高含水饱和度时为气水两相流动。分别建立了考虑应力敏感、滑脱效应、动态启动压力梯度、动态毛管力以及相对渗透率的主裂缝区、缝网区和基质区的气水两相非线性渗流数学模型,基于物质平衡原理得到了各区产能模型和交界处的压力计算公式,通过等值渗流阻力法得到了多区耦合气水两相产能模型,使用面积加权法推导了平均地层压力分布模型,将物质平衡和稳态依次替换法相结合,得到了开发过程中的动态供给边界传播计算方法。通过实际生产数据对模型进行了验证,日产气量的拟合精度为90.56%,日产水量的拟合精度为85.17%。(5)通过对不同含水饱和度下影响因素的对比,得到了不同含水饱和度下的产能主控因素。在低含水饱和度情况下,生产压差为产能的主控因素,针对研究区块,推荐生产压差不超过15MPa。在高含水饱和度情况下,含水饱和度为产能的主控因素,在生产初期应时刻关注产水情况,防止井筒附近形成积液。还需注意,不同含水饱和度下基质渗透率对产能的影响均不是最主要的,但是考虑应力敏感时,两种含水饱和度情况下累计产气量下降超过13%,这说明两种情况下应力敏感对产能的影响均不能忽略。本论文揭示了含水致密气藏水相赋存机理,研究了含水致密气藏非线性流动规律,形成了含水致密气藏压裂水平井气水两相产能预测方法,为含水致密气藏压裂水平井开发提供了重要的理论依据和技术支撑。
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