基于有限体积法的页岩气藏压裂水平井生产动态模拟方法研究

发布时间：2018-09-09 17:16

【摘要】：与常规天然气资源相比,页岩气藏作为一种典型的非常规天然气资源,其孔隙通常以微纳米孔隙为主,同时考虑到页岩气藏微裂缝发育以及压裂水平井的开采方式,页岩气藏孔隙结构通常具有多尺度的特征,气体在不同尺度孔隙介质中的运移呈现出不同的特征。页岩气藏中气体通常以游离态和吸附态两种形式赋存于页岩储层中。综上,传统的达西定律已经不能准确地描述气体在多尺度多孔介质中的运移规律。因此,为准确认识页岩气藏开发过程的气体渗流特征,实现页岩气藏的高效开发,亟需一套准确描述页岩气开采过程中压裂水平井生产动态变化的数值模方法,揭示页岩气藏动态开发特征,实现页岩气藏多级压裂水平井的宏观数值模拟,为页岩气藏的开发提供理论指导。本文在广泛调研国内外学者对页岩气藏压裂水平井生产动态研究的基础上,开展页岩气藏压裂水平井生产动态模拟方法研究,取得的主要研究成果如下:(1)建立了考虑不同影响因素的页岩气藏表观渗透率模型和有效孔隙度模型,主要包括滑脱流、Knudsen扩散、表面扩散、吸附层效应、岩石力学效应、气体的吸附解吸现象、真实气体效应等因素对气体在页岩气藏中运移的影响。(2)基于非结构网格系统,两点流量近似-有限体积法(TPFA-FVM)的数值离散理论的普适性和灵活性,建立了三维的多重介质页岩气藏渗流模型的全隐式迭代求解格式,并在MATLAB编程环境下实现其程序的求解。(3)考虑页岩气藏压裂水平井复杂的渗流特征,建立了适用于多级压裂水平井渗流特征的非结构化的三维PEBI网格,为页岩气藏TPFA-FVM数值模拟程序的实现奠定了基础。(4)借助页岩气藏单重介质模型定量分析了气体运移机理对气井生产动态的影响;通过页岩气藏双重介质模型分析了不同水力裂缝长度和倾角下的裂缝干扰现象对气井生产动态的影响;凭借页岩气藏三重介质模型研究了不同窜流系数对气井生产动态的影响。本文的研究成果深化了对页岩气藏中气体运移机理、吸附解吸现象、水力裂缝形态、窜流系数等的认识,初步形成了一套页岩气藏压裂水平井生产动态分析方法,为页岩气藏的高效开发奠定了基础。
[Abstract]:Compared with conventional natural gas resources, shale gas reservoir is a typical unconventional natural gas resource, and its pores are usually micro-nano pores, considering the development of micro-fractures in shale gas reservoirs and the exploitation of fracturing horizontal wells. The pore structure of shale gas reservoirs usually has multi-scale characteristics, and the migration of gas in pore media of different scales shows different characteristics. The gas in shale gas reservoir usually exists in shale reservoir in the form of free state and adsorption state. In conclusion, the traditional Darcy law can not accurately describe the gas migration in multi-scale porous media. Therefore, in order to accurately understand the gas percolation characteristics of shale gas reservoir development process and realize the high efficiency development of shale gas reservoir, a set of numerical modeling method is urgently needed to accurately describe the production dynamic change of fractured horizontal well during shale gas production. This paper reveals the characteristics of shale gas reservoir dynamic development, realizes macroscopic numerical simulation of multistage fracturing horizontal well in shale gas reservoir, and provides theoretical guidance for shale gas reservoir development. Based on the extensive investigation of domestic and foreign scholars on the production performance of fractured horizontal wells in shale gas reservoirs, this paper studies the production performance simulation method of fracturing horizontal wells in shale gas reservoirs. The main research results are as follows: (1) the apparent permeability model and effective porosity model of shale gas reservoir considering different factors are established, which mainly include Knudsen diffusion, surface diffusion, adsorption layer effect and rock mechanics effect. The effect of adsorption and desorption of gas and the effect of real gas on gas migration in shale gas reservoirs. (2) based on the unstructured grid system, the general applicability and flexibility of numerical discretization theory based on two-point flow approximation finite volume method (TPFA-FVM). In this paper, a fully implicit iterative solution scheme for 3D multimedium shale gas reservoir percolation model is established, and its program is solved under the MATLAB programming environment. (3) considering the complex percolation characteristics of fractured horizontal wells in shale gas reservoirs, An unstructured three-dimensional PEBI mesh suitable for the seepage characteristics of multistage fracturing horizontal wells is established. It lays a foundation for the realization of TPFA-FVM numerical simulation program for shale gas reservoir. (4) the influence of gas migration mechanism on gas well production performance is quantitatively analyzed by means of single medium model of shale gas reservoir; Through the dual medium model of shale gas reservoir, the influence of fracture interference phenomenon under different hydraulic fracture length and dip angle on gas well production performance is analyzed, and the influence of different channeling coefficient on gas well production performance is studied by virtue of shale gas reservoir triple medium model. The research results in this paper deepen the understanding of gas migration mechanism, adsorption and desorption phenomenon, hydraulic fracture morphology and channeling coefficient in shale gas reservoirs, and a set of production performance analysis methods for fractured horizontal wells in shale gas reservoirs are preliminarily formed. It lays a foundation for the high efficiency development of shale gas reservoir.
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TE37

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本文编号：2233054