CN104481520A - 页岩气井可采储量早期评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种页岩气井可采储量早期评价方法，包括以下步骤：页岩的渗透率非常低，流体在页岩气藏中的非稳态线性流动会持续很长一段时期，从而可以运用分析解法来估计原始地质储量，利用非稳态流动结束时间来估计孔隙体积，非稳态流区域直线斜率是一个与地层参数有关的参数。该方法引入页岩气吸附特征参数，能够对页岩气直井、多级压裂水平井进行动态储量计算，包括吸附气储量与游离气储量，得到准确的储量数值，达到经济效益的最大化，考虑页岩气井长期非稳态流特征，为页岩气井专用动态储量计算方法，对页岩气井流动状态进行有效划分。

Description

页岩气井可采储量早期评价方法

技术领域

本发明涉及一种方法，尤其是涉及一种页岩气井可采储量早期评价方法，属于页岩气勘探领域。

背景技术

页岩气是赋存于富有机质泥页岩及其夹层中，以吸附和游离状态为主要存在方式的非常规天然气，成分以甲烷为主，与“煤层气”、“致密气”同属一类。页岩气的形成和富集有着自身独特的特点，往往分布在盆地内厚度较大、分布广的页岩烃源岩地层中。页岩气很早就已经被人们所认知，但采集比传统天然气困难，随着资源能源日益匮乏，作为传统天然气的有益补充，人们逐渐意识到页岩气的重要性。页岩气以吸附状态(大约50％)存在于干酪根、粘土颗粒及孔隙表面，极少量以溶解状态储存于干酪根、沥青质及石油中天然气也存在于夹层状的粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、甚至砂岩地层中为天然气生成之后，在源岩层内的就近聚集表现为典型的原地成藏模式，与油页岩、油砂、地沥青等差别较大。与常规储层气藏不同，页岩既是天然气生成的源岩，也是聚集和保存天然气的储层和盖层。因此有机质含量高的黑色页岩、高碳泥岩等常是最好的页岩气发育条件。

页岩亦属致密岩石，故也可归入致密气层气。它起始于阿巴拉契亚盆地的泥盆系页岩，为暗褐色和黑色，富有机质，可大量生气。储集空间以裂缝为主并可以吸附气和水溶气形式赋存，为低(负)压、低饱和度(30％左右)，因而为低产。但在裂缝发育带可获较高产量，井下爆炸和压裂等改造措施效果也好。页岩气开发具有开采寿命长和生产周期长的优点——大部分产气页岩分布范围广、厚度大，且普遍含气，使得页岩气井能够长期地稳定产气。但页岩气储集层渗透率低，开采难度较大。随着世界能源消费的不断攀升，包括页岩气在内的非常规能源越来越受到重视。美国和加拿大等国已实现页岩气商业性开发。过去十年内，页岩气已成为美国一种日益重要的天然气资源，同时也得到了全世界其他国家的广泛关注。2000年，美国页岩气产量仅占天然气总量的1％；而到2010年，因为水力压裂、水平钻井等技术的发展，页岩气所占的比重已超过20％。致密气藏与页岩气藏的渗流基础相同，区别在于致密气井将吸附水膜的流动阻力考虑为启动压力梯度，而页岩气井中的解吸—扩散气体则为页岩气井产量补充量。页岩气的动态储量是个重要的参数，它直接决定着气藏的开发规模与潜力。由于页岩气中既存在吸附气又存在游离气，流动方式与常规气藏也存在差异，页岩气井主要的流动方式包括：气体解吸附、裂缝渗流、以及扩散作用。因此页岩气的动态储量计算方法与常规气藏有较大的区别，故需要研究准确计算页岩气储量的方法。传统开采时对页岩气的动态储量计算时误差大，导致对气藏的开发规模和潜力的判断出现偏差，造成很大的经济损失。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有方法开采时对页岩气的动态储量计算时误差大，导致对气藏的开发规模和潜力的判断出现偏差，造成很大的经济损失的问题，设计了一种页岩气井可采储量早期评价方法，该方法引入页岩气吸附特征参数，能够对页岩气直井、多级压裂水平井进行动态储量计算，包括吸附气储量与游离气储量，得到准确的储量数值，达到经济效益的最大化，解决了现有开采时对页岩气的动态储量计算时误差大，导致对气藏的开发规模和潜力的判断出现偏差，造成很大的经济损失的问题。

本发明的目的通过下述技术方案实现：页岩气井可采储量早期评价方法，包括以下步骤：

页岩的渗透率非常低，流体在页岩气藏中的非稳态线性流动会持续很长一段时期，从而可以运用分析解法来估计原始地质储量，利用非稳态流动结束时间(t_elf)来估计孔隙体积的方程的早期形式为：

$V_p=f_{\mathrm{cp}}\frac{200.8T}{{\left({\mathrm{\μc}}_i\right)}_i}\left(\frac{\sqrt{t_{\mathrm{eff}}}}{{\stackrel{\‾}{m}}_4}\right)---\left(1\right)$

式中：V_p为孔隙体积；f_cp为斜率修正因子；t_elf为瞬态流结束时间；为和直线的斜率，

又有V_p＝φV_B   (2)

式中：V_B为基质总体积。

代入方程(1)，得

$V_p=f_{\mathrm{cp}}\frac{200.8T}{{\left({\mathrm{\μc}}_i\right)}_i}\left(\frac{\sqrt{t_{\mathrm{esr}}}}{m_{\mathrm{CPL}}}\right)---\left(3\right)$

式中：为非稳态流区域直线斜率，

又包含吸附气的原始地质储量可表示为：

$G=V_B[\left(\frac{{\mathrm{\φS}}_{\mathrm{gi}}}{B_{\mathrm{gi}}}\right)+\left(V_L\frac{p_i}{p_i+p_L}\right)]---\left(4\right)$

将方程(3)代入方程(4)，得

$G=f_{\mathrm{cp}}\frac{200.8T}{\mathrm{\φ}{\left({\mathrm{\μc}}_t^{*}\right)}_i}\left(\frac{\sqrt{t_{\mathrm{elf}}}}{\stackrel{\‾}{m_{\mathrm{CPL}}}}\right)[\left(\frac{{\mathrm{\φS}}_{\mathrm{gi}}}{B_{\mathrm{gi}}}\right)+\left(V_L\frac{p_i}{p_i+p_L}\right)]---\left(5\right)$

上式便可用来计算含吸附气的原始地质储量，

其中 $c_t^{*}=S_g[c_g+c_d],---\left(6\right)$

式中：c_g为游离气压缩系数；c_d为吸附气压缩系数；f_cp为压降影响造成斜率误差的修正因子，其表达式为：

f_cp＝1-0.0852(D_D)-0.0857(D_D)²   (7)

式中：D_D为无因次压力降，表达式为

$D_D=\frac{[m\left(p_i\right)-m\left(p_{\mathrm{wf}}\right)]}{m\left(p_i\right)}---\left(8\right)$

此外，非稳态流区域直线斜率是一个与地层参数有关的参数，

计算公式如下：

$\stackrel{\‾}{m_{\mathrm{CPL}}}=\frac{3.154T}{h\sqrt{{\left({\mathrm{\φ\μ}}_g{c}_t\right)}_i}}\·\frac{1}{p_{\mathrm{pi}}-p_{\mathrm{pwf}}}\·\frac{1}{x_f\sqrt{k}}---\left(9\right)$

式中:T--地层温度，K；

h--储层有效厚度，m；

x_f--裂缝半长，m；

k--储层渗透率，μm²；

φ--孔隙度，无因次；

μ_g--天然气粘度，mPa·s；

c_t--地层综合压缩系数，1/MPa；

p_pi,p_pwf--分别为原始地层和井底的视压力，MPa。

以上公式式只能用于在线性流阶段生产的气井，对于线性流的持续时间可以用下式计算：

$t_{\mathrm{elf}}={\left(\frac{y_e\sqrt{{\left({\mathrm{\φ\μ}}_g{c}_t\right)}_i}}{2\×0.159\sqrt{k}}\right)}^2---\left(10\right)$

综上所述，本发明的有益效果是：该方法引入页岩气吸附特征参数，能够对页岩气直井、多级压裂水平井进行动态储量计算，包括吸附气储量与游离气储量，得到准确的储量数值，达到经济效益的最大化，解决了现有开采时对页岩气的动态储量计算时误差大，导致对气藏的开发规模和潜力的判断出现偏差，造成很大的经济损失的问题。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不仅限于此。

实施例1：

页岩气井可采储量早期评价方法，包括以下步骤：

页岩的渗透率非常低，流体在页岩气藏中的非稳态线性流动会持续很长一段时期，从而可以运用分析解法来估计原始地质储量，利用非稳态流动结束时间(t_elf)来估计孔隙体积的方程的早期形式为：

$V_p=f_{\mathrm{cp}}\frac{200.8T}{{\left({\mathrm{\μc}}_i\right)}_i}\left(\frac{\sqrt{t_{\mathrm{eff}}}}{{\stackrel{\‾}{m}}_4}\right)---\left(1\right)$

式中：V_p为孔隙体积；f_cp为斜率修正因子；t_elf为瞬态流结束时间；为和直线的斜率，

又有V_p＝φV_B   (2)

式中：V_B为基质总体积。

代入方程(1)，得

$V_p=f_{\mathrm{cp}}\frac{200.8T}{{\left({\mathrm{\μc}}_i\right)}_i}\left(\frac{\sqrt{t_{\mathrm{esr}}}}{m_{\mathrm{CPL}}}\right)---\left(3\right)$

式中：为非稳态流区域直线斜率，

又包含吸附气的原始地质储量可表示为：

$G=V_B[\left(\frac{{\mathrm{\φS}}_{\mathrm{gi}}}{B_{\mathrm{gi}}}\right)+\left(V_L\frac{p_i}{p_i+p_L}\right)]---\left(4\right)$

将方程(3)代入方程(4)，得

$G=f_{\mathrm{cp}}\frac{200.8T}{\mathrm{\φ}{\left({\mathrm{\μc}}_t^{*}\right)}_i}\left(\frac{\sqrt{t_{\mathrm{elf}}}}{\stackrel{\‾}{m_{\mathrm{CPL}}}}\right)[\left(\frac{{\mathrm{\φS}}_{\mathrm{gi}}}{B_{\mathrm{gi}}}\right)+\left(V_L\frac{p_i}{p_i+p_L}\right)]---\left(5\right)$

上式便可用来计算含吸附气的原始地质储量，

其中 $c_t^{*}=S_g[c_g+c_d],---\left(6\right)$

式中：c_g为游离气压缩系数；c_d为吸附气压缩系数；f_cp为压降影响造成斜率误差的修正因子，其表达式为：

f_cp＝1-0.0852(D_D)-0.0857(D_D)²   (7)

式中：D_D为无因次压力降，表达式为

$D_D=\frac{[m\left(p_i\right)-m\left(p_{\mathrm{wf}}\right)]}{m\left(p_i\right)}---\left(8\right)$

此外，非稳态流区域直线斜率是一个与地层参数有关的参数，

计算公式如下：

$\stackrel{\‾}{m_{\mathrm{CPL}}}=\frac{3.154T}{h\sqrt{{\left({\mathrm{\φ\μ}}_g{c}_t\right)}_i}}\·\frac{1}{p_{\mathrm{pi}}-p_{\mathrm{pwf}}}\·\frac{1}{x_f\sqrt{k}}---\left(9\right)$

式中:T--地层温度，K；

h--储层有效厚度，m；

x_f--裂缝半长，m；

k--储层渗透率，μm²；

φ--孔隙度，无因次；

μ_g--天然气粘度，mPa·s；

c_t--地层综合压缩系数，1/MPa；

p_pi,p_pwf--分别为原始地层和井底的视压力，MPa。

以上公式式只能用于在线性流阶段生产的气井，对于线性流的持续时间可以用下式计算：

$t_{\mathrm{elf}}={\left(\frac{y_e\sqrt{{\left({\mathrm{\φ\μ}}_g{c}_t\right)}_i}}{2\×0.159\sqrt{k}}\right)}^2---\left(10\right)$

该方法引入页岩气吸附特征参数，能够对页岩气直井、多级压裂水平井进行动态储量计算，包括吸附气储量与游离气储量，得到准确的储量数值，达到经济效益的最大化，考虑页岩气井长期非稳态流特征，为页岩气井专用动态储量计算方法，对页岩气井流动状态进行有效划分。解决了现有开采时对页岩气的动态储量计算时误差大，导致对气藏的开发规模和潜力的判断出现偏差，造成很大的经济损失的问题。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术、方法实质上对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.页岩气井可采储量早期评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

页岩的渗透率非常低，流体在页岩气藏中的非稳态线性流动会持续很长一段时期，从而可以运用分析解法来估计原始地质储量，利用非稳态流动结束时间(t_elf)来估计孔隙体积的方程的早期形式为：

$V_p=f_{\mathrm{cp}}\frac{200.8T}{{\left({\mathrm{\μc}}_i\right)}_i}\left(\frac{\sqrt{t_{\mathrm{elf}}}}{{\stackrel{\‾}{m}}_4}\right)---\left(1\right)$

式中：V_p为孔隙体积；f_cp为斜率修正因子；t_elf为瞬态流结束时间；为 $\frac{[m\left(p_i\right)-m\left(p_{\mathrm{wf}}\right)}{q_g}$ 和直线的斜率，

又有V_p＝φV_B                             (2)

式中：V_B为基质总体积。

代入方程(1)，得

$V_p=f_{\mathrm{cp}}\frac{200.8T}{{\left({\mathrm{\μc}}_i\right)}_i}\left(\frac{\sqrt{t_{\mathrm{esr}}}}{\stackrel{\‾}{m_{\mathrm{CPL}}}}\right)---\left(3\right)$

式中：为非稳态流区域直线斜率，

又包含吸附气的原始地质储量可表示为：

$G=V_B[\left(\frac{{\mathrm{\φS}}_{\mathrm{gi}}}{B_{\mathrm{gi}}}\right)+\left(V_L\frac{p_i}{p_i+p_L}\right)]---\left(4\right)$

将方程(3)代入方程(4)，得

$G=f_{\mathrm{cp}}\frac{200.8T}{\mathrm{\φ}{\left({\mathrm{\μc}}_t^{*}\right)}_i}\left(\frac{\sqrt{t_{\mathrm{elf}}}}{\stackrel{\‾}{m_{\mathrm{CPL}}}}\right)[\left(\frac{{\mathrm{\φS}}_{\mathrm{gi}}}{B_{\mathrm{gi}}}\right)+\left(V_L\frac{p_i}{p_i+p_L}\right)]---\left(5\right)$

上式便可用来计算含吸附气的原始地质储量，

其中 $c_t^{*}=S_g[c_g+c_d],---\left(6\right)$

式中：c_g为游离气压缩系数；c_d为吸附气压缩系数；f_cp为压降影响造成斜率误差的修正因子，其表达式为：

$f_{\mathrm{cp}}=1-0.0852\left(D_D\right)-0.0857{\left(D_D\right)}^2---\left(7\right)$

式中：D_D为无因次压力降，表达式为

$D_D=\frac{[m\left(p_i\right)-m\left(p_{\mathrm{wf}}\right)]}{m\left(p_i\right)}---\left(8\right)$

此外，非稳态流区域直线斜率是一个与地层参数有关的参数，

计算公式如下：

$\stackrel{\‾}{m_{\mathrm{CPL}}}=\frac{3.154T}{h\sqrt{{\left({\mathrm{\φ\μ}}_g{c}_t\right)}_i}}\·\frac{1}{p_{\mathrm{pi}}-p_{\mathrm{pwf}}}\·\frac{1}{x_f\sqrt{k}}---\left(9\right)$

式中:T--地层温度，K；

h--储层有效厚度，m；

x_f--裂缝半长，m；

k--储层渗透率，μm²；

φ--孔隙度，无因次；

μ_g--天然气粘度，mPa·s；

c_t--地层综合压缩系数，1/MPa；

p_pi,p_pwf--分别为原始地层和井底的视压力，MPa。

以上公式式只能用于在线性流阶段生产的气井，对于线性流的持续时间可以用下式计算：

$t_{\mathrm{elf}}={\left(\frac{y_e\sqrt{{\left({\mathrm{\φ\μ}}_g{c}_t\right)}_i}}{2\×0.159\sqrt{k}}\right)}^2---\left(10\right).$