一种基于返排数据的页岩气有效缝网体积反演方法技术

本发明专利技术公开了一种基于返排数据的页岩气有效缝网体积反演方法，步骤如下：首先建立树形分形裂缝网络气水两相流动数学模型；基于页岩气压裂液返排特征，考虑页岩气逆向渗吸置换作用、缝网增压效应、裂缝闭合效应、基质气侵入作用的影响，推导出页岩裂缝系统流动物质平衡方程；基于吸附解吸效应结合窜流方程，建立页岩基质系统流动物质平衡方程；最终建立了页岩气压裂液返排模型，基于页岩气井缝网压裂后的返排生产数据，结合高效的遗传算法，建立适合页岩气有效缝网体积反演的遗传算法。本发明专利技术通过页岩气压裂液返排数据，形成页岩气压裂压后缝网体积评价方法，丰富发展了页岩气压后评价技术体系。技术体系。技术体系。

【技术实现步骤摘要】
一种基于返排数据的页岩气有效缝网体积反演方法


[0001]本专利技术涉及非常规油气增产改造
，尤其是一种基于返排数据的页岩气有效缝网体积反演方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着常规油气资源消耗加剧，油气藏的开发难度逐渐增大，页岩气等非常规油气资源占据了油气生产主力地位，其开发规模不断扩大。由于页岩储层物性差，渗透率低，需采用水平井缝网压裂技术在高压下泵入伴随支撑剂和添加剂的压裂液进入致密页岩储层，创造裂缝增加渗流通道，从而能实现商业开发。
[0003]压裂改造效果是否充分由有效缝网体积决定，目前页岩气井的压后评价方法多以微地震监测、SRV动态数值模拟为主。目前矿场上通常采用微地震监测对裂缝网络进行评价，但该方法成本较高。而SRV动态数值模拟方法中，大量模型通过多场耦合裂缝延伸实现。而且这些评价方法可能会过高估计页岩气的有效缝网体积(ESRV)，有可能出现微地震监测和数值模拟计算的缝网改造体积(SRV)足够大，而现场测试产量却与之不匹配的情况。究其原因，主要是因为微地震监测技术和数值模拟技术无法有效评价裂缝间的连通程度，过多估计了没有参与产量贡献的孤立裂缝，而实际上缝网压裂形成的有效缝网体积远小于其估计值。页岩气有效裂缝网络是压裂液返排和页岩气生产的主要渗流通道，决定了压裂液返排率的高低、页岩气井产气能力的大小以及技术可采储量的大小。其作为压裂液和页岩气的流动通道，意味着页岩气井的返排生产数据中必然携带了页岩气有效裂缝网络特征信息，对返排生产数据的准确解释，必然可以获得有效缝网体积等储层重要特征参数。过去页岩气压裂液返排数据多被忽略，近十年来，一些学者开始关注和尝试解释压裂液返排和生产数据中包含的评价缝网压裂效果的页岩气有效缝网体积等缝网特征信息，由于页岩气特殊的两相渗流特征，目前基于压后返排的压裂效果评价尚处于起步阶段。现有的返排模型没有考虑压裂液逆向渗吸置换作用、缝网增压效应、中途关井的影响以及错误估计初始裂缝压力等问题，不能对页岩气井的压后效果和生产进行准确评价和预测。鉴于此，需要提出一种基于压裂液返排的页岩气有效缝网体积反演方法，实现对页岩气井压裂效果的快速评价和对页岩气生产进行准确的预测。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对现有技术方法不能准确预测页岩气井压裂缝网有效体积的问题，提供一种基于返排数据的页岩气有效缝网体积反演方法。
[0005]本专利技术提供的基于返排数据的页岩气有效缝网体积反演方法，主要步骤如下：
[0006]S1：为表征页岩气压裂过程中裂缝分叉特征，应用分形理论，建立反映地下复杂裂缝网络特征的树形分形裂缝网络气水两相流动方程。
[0007]S2：考虑页岩气逆向渗吸置换作用、缝网增压效应、裂缝闭合效应以及基质气侵入作用的影响，建立页岩裂缝系统流动物质平衡方程。
[0008]S3：考虑基质气的吸附解吸效应，结合窜流方程，建立页岩基质系统流动物质平衡方程。
[0009]S4：将页岩气树形分形两相流模型与裂缝系统流动物质平衡模型和基质系统流动物质平衡模型相结合，形成页岩气压裂液返排生产模型，并通过二分法对该返排模型进行求解，获得不同时刻井底压力条件下的缝网平均压力和基质系统平均压力以及压裂液返排量和页岩气产量。
[0010]S5：应用建立的页岩气压裂液返排生产模型，基于页岩气井缝网压裂后的返排生产数据，结合高效的遗传算法，建立适合页岩气有效缝网体积反演的遗传算法工作流。
[0011]下面对各步骤进行详细说明：
[0012]所述步骤S1中，所述树形分形裂缝流动方程模型为：
[0013]由于储层具有对称性，只取单簇缝网的1/2储层进行研究。根据Hagen
‑
Poiseuille方程，树形裂缝第k级水平的长方形裂缝流量为：
[0014][0015]式中，ΔP
k
为第k级水平裂缝压差；μ为流体粘度；l
k
、W
fk
和h
fk
分别是第k级分支裂缝的长、宽和高。
[0016]第k级水平的裂缝长度、宽度和高度满足下式：
[0017][0018]式中，l0、W
f0
和h
f0
分别是树形分形裂缝的初始长、宽和高；R
L
、R
W
和R
h
分别是裂缝长度、宽度和高度比。
[0019]由公式(1)可知在单裂缝中流体流动的粘性阻力为
[0020][0021]根据流体压降并联和串联原理，计算网络的总的粘性阻力，则树形分形裂缝网络的总流动阻力可以表示为：
[0022][0023]其中
[0024][0025]N
k
＝n
k
ꢀꢀ
(6)
[0026]式中，n为分形裂缝的分支数，本专利技术取n＝2；m为裂缝级数，k是第k级裂缝网络。
[0027]则单相流树形分形裂缝网络的流量为：
[0028][0029]式中，ΔP是树形分形裂缝网络的总压差，ΔP＝P
f
‑
P
wf
。
[0030]随着返排液采出，裂缝压力下降，裂缝会在闭合应力下压缩，此时假设其高度和长度保持不变，假设第k级某条宽度为W
fk
的裂缝压缩后的宽度为W
fkc
，则体积变化满足：
[0031]V
fk
‑
V
fkc
＝C
f
V
fk
ΔP
f
ꢀꢀ
(8)
[0032]式中：C
f
为裂缝压缩系数；V
fk
第k级单条裂缝原始裂缝压力下体积；V
fkc
第k级单条裂缝目前裂缝压力下体积；ΔP
f
为裂缝系统压力降，ΔP
f
＝P
fi
‑
P
f
。
[0033]其中
[0034]V
fk
＝W
fk
h
fk
l
k
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0035]V
fkc
＝W
fkc
h
fk
l
k
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0036]式中：W
fkc
为第k级单条裂缝目前裂缝压力下宽度。
[0037]将公式(9)和公式(10)代入公式(8)整理后得到
[0038]W
fkc
＝(1
‑
C
f
ΔP
f
)W
fk
ꢀꢀ
(11)
[0039]考虑裂缝闭合效应，则1/2单簇缝网单相流树形分形裂缝网络的流量为
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于返排数据的页岩气有效缝网体积反演方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：建立反映地下复杂裂缝网络特征的树形分形裂缝网络气水两相流动方程；S2：考虑页岩气逆向渗吸置换作用、缝网增压效应、裂缝闭合效应以及基质气侵入作用的影响，建立页岩裂缝系统流动物质平衡方程；S3：考虑基质气的吸附解吸效应，结合窜流方程，建立页岩基质系统流动物质平衡方程；S4：将步骤S1的树形分形裂缝网络气水两相流动方程模型、步骤S2的页岩裂缝系统流动物质平衡方程模型及步骤S3的页岩基质系统流动物质平衡方程模型相结合，形成页岩气压裂液返排生产模型，并通过二分法对该返排模型进行求解，获得不同时刻井底压力条件下的缝网平均压力和基质系统平均压力以及压裂液返排量和页岩气产量；S5：应用建立的页岩气压裂液返排生产模型，基于页岩气井缝网压裂后的返排生产数据，结合高效的遗传算法，建立适合页岩气有效缝网体积反演的遗传算法工作流。2.如权利要求1所述的基于返排数据的页岩气有效缝网体积反演方法，其特征在于，步骤S1中，1/2单簇树形裂缝网络气/水两相流流量计算公式如下：其中，l0、W
f0
和h
f0
分别是树形分形裂缝的初始长、宽和高；R
L
、R
W
和R
h
分别是裂缝长度、宽度和高度比；n为分形裂缝的分支数，m为裂缝级数，P
f
为缝网平均压力，P
wf
为水平井筒井底流压；μ
i
为流体粘度，i为气或水；B
i
为流体体积系数，K
ri
(S
w
)是树形裂缝网络中气\水相对渗透率，采用直线相对渗透率模型：K
rw
＝S
w
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(15)K
rg
＝1
‑
S
w
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(16)则，气、水产量叠加分别为则，气、水产量叠加分别为其中：N
f
为水平井分段压裂的总簇数，其满足下列关系N
f
＝n
f
·
n
CL
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(19)式中：n
f
为压裂段数；n
CL
为每段簇数。3.如权利要求1所述的基于返排数据的页岩气有效缝网体积反演方法，其特征在于，步骤S2，建立页岩裂缝系统物质平衡方程如下：定义页岩逆向渗吸指数I
imb
描述储层的逆向渗吸程度，为裂缝网络中的自由气与裂缝体积的比值，0≤I
imb
≤1，所述原始条件包括：S
gi
＝I
imb
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(23)
裂缝中自由气地下体积为：V
gfi
＝I
imb
V
fi
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(24)则裂缝中水体积为：V
wi
＝(1
‑
I
imb
)V
fi
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(25)初始条件下裂缝含水饱和度为：其中，V
fi
为树形分形裂缝网络体积；返排过程中，当裂缝中返排出一定压裂液量W
p
之后，裂缝系统的压力从原始裂缝压力P
fi
下降到目前的裂缝压力P
f
，裂缝压降为ΔP
f
＝P
fi
‑
P
f
；裂缝体积的减小、自由气体积的膨胀和基质气进入裂缝，都将减小压裂液的容积；(1)裂缝体积的减小量：ΔV
f
＝V
fi
C
f
ΔP
f
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(27)(2)气增量ΔV
g
：气增量为裂缝自由气的膨胀量ΔV
gf
与基质气的侵入量V
mf
之和，再减去产出的自由气ΔV
gf
；ΔV
g
＝ΔV
gf
+V
mf
‑
ΔV
gp
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(35)(3)裂缝压裂液剩余体积，当裂缝原始压力P
fi
减小到P
f
时的裂缝压裂液容积为：V
w
＝V
wi
‑
ΔV
f
‑
ΔV
g
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(36)将公式(27)和公式(35)带入公式(36)得到：把剩余压裂液体积换为地面条件，为裂缝压裂液物质平衡方程基本形式为：将剩余压裂液体积W
res
带入上式得到：整理得到：
气体压缩系数和水压缩系数分别为：进一步整理后得到：W
p
B
wf
+G
p
B
gf
＝V
fi
ΔP[(1
‑
I
imb
)C
wf
+C
f
+I
imb
C
g
]+G
mf
B
gf
ꢀꢀꢀꢀ
(43)将方程(43)左边采出项移到方程右边得到关于第k+1时间步裂缝压力和基质压力的函数h为：其中：目前地层条件下裂缝含水饱和度：简化得到：将函数(44)等于0，可以得到k+1时刻关于缝网平均压力和基质系统平均压力的方程为：上述方程有两个未知数P
fk+1
和P
mk+1
，要求解该方程还需建立页岩基质系统物质平衡方程。4.如权利要求3所述的基于返排数据的...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵金洲，任岚，林然，唐登济，吴建发，付永强，宋毅，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：