CN114575835A - 一种基于开发实验的页岩气井产量预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于开发实验的页岩气井产量预测方法。该方法包括：模拟实验开发曲线确定步骤：利用目标页岩气井的基质‑裂缝耦合实验岩心进行衰竭式开发室内模拟实验，建立产气速率关于生产时间的变化曲线即为模拟实验开发曲线；相似关系确定步骤：建立考虑基质‑裂缝系统的缝网面积、供给长度和考虑应力敏感效应的动态渗透率的页岩储层开发的相似准数，根据相似理论建立物理模拟实验与矿场页岩气井的生产时间相似关系和产气速率相似关系；产量预测步骤：基于模拟实验开发曲线，利用所述物理模拟实验与矿场页岩气井的生产时间相似关系和产气速率相似关系，建立矿场页岩气井产量递减曲线，完成页岩气井产量预测。
Description
技术领域
本发明属于页岩气勘探开发技术领域，特别涉及一种基于基质-裂缝耦合开发实验的页岩气井全生命周期产量预测方法。
背景技术
页岩气产能评价和产量递减分析是页岩气井高效开发的基础。目前页岩气井产能计算与生产动态预测的方法有多种：绝大部分都是纯理论模型，建立在很多假设条件成立的基础上，与实际开发条件有很大差异；其次是计算过程中用到的一些关键参数无法准确获取，缺乏实验物理参数的支持。目前的产能计算与生产动态预测方法很难合理解释页岩气井生产曲线的特殊性，不能有效指导页岩气井的有效开发。
页岩气开发模拟实验是以相似理论为基础，当同一类物理现象的单值条件相似，并且对应的相似准则(由单值条件中的物理量组成)相等时，这些现象必定相似。通过建立物模实验参数与矿场参数的有效换算关系，可以将物理模拟的结果反演到气藏中，获取气井产量的递减规律，从而解释页岩气井的生产曲线特征和产量递减规律，对于页岩气井的高效开发具有重要的理论指导和实践意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于页岩气井全生命周期衰竭开发动态模拟实验的页岩气井产量预测方法。
为了实现上述目的，本发明提供了一种基于开发实验的页岩气井产量预测方法，其中，该方法包括：
模拟实验开发曲线确定步骤：利用目标页岩气井的基质-裂缝耦合实验岩心进行衰竭式开发室内模拟实验，建立产气速率关于生产时间的变化曲线即为模拟实验开发曲线；
相似关系确定步骤：建立考虑基质-裂缝系统的缝网面积、供给长度和考虑应力敏感效应的动态渗透率的页岩储层开发的相似准数，根据相似理论建立物理模拟实验与矿场页岩气井的生产时间相似关系(即物理模拟实验中生产时间与矿场页岩气井的生产时间相似关系)和产气速率相似关系(即物理模拟实验中产气速率与矿场页岩气井的产气速率的相似关系)；
产量预测步骤：基于模拟实验开发曲线，利用所述物理模拟实验与矿场页岩气井的生产时间相似关系和产气速率相似关系，建立矿场页岩气井产量递减曲线(即日产气量关于生产时间的关系曲线)，完成页岩气井产量预测。
本发明提供的技术方案利用室内模拟页岩气井全生命周期的衰竭开发动态确定了衰竭开发过程中产气速率随生产时间的变化趋势即产气递减规律；并考虑开发动态中基质裂缝系统的缝网面积、供给长度和考虑应力敏感效应的动态渗透率，建立相似准则(即物理模拟参数和气藏参数之间的相似关系)；最后利用相似准则，将岩心尺度的产气速率随生产时间的变化趋势进一步反演到气藏尺度，得到矿场页岩气井产量动态递减曲线；形成了一套完整的页岩气井产量动态递减曲线获取方法。
在上述基于开发实验的页岩气井产量预测方法中，优选地，所述目标页岩气井的基质-裂缝耦合实验岩心通过下述方式获得：
获取目标页岩气井开发储层的水平段全直径岩心；将目标页岩气井开发储层的水平段全直径岩心沿着层理方向至少制造一条人工裂缝，从而建立得到目标页岩气井的基质-裂缝耦合实验岩心。
在上述基于开发实验的页岩气井产量预测方法中，优选地，所述利用目标页岩气井的基质-裂缝耦合实验岩心进行衰竭式开发室内模拟实验，建立产气速率关于生产时间的变化曲线即为模拟实验开发曲线包括：
将目标页岩气井的基质-裂缝耦合实验岩心装入衰竭式开发模拟实验系统中，实验温度与目标页岩气井开发储层的温度一致或者保持室温，将所述实验岩心的围压加至目标页岩气井开发储层的上覆压力，将所述实验岩心饱和可吸附的甲烷气体至目标页岩气井开发储层的压力；
待所述实验岩心饱和可吸附的甲烷气体后，静置一段时间使吸附达到平衡；
打开产气出口开始模拟衰竭式开发过程，记录不同生产时间的产气速率；
基于不同生产时间的产气速率，建立产气速率关于生产时间的变化曲线即为模拟实验开发曲线；
在一具体实施方式中，所述静置一段时间为静置10天以上。
在上述基于开发实验的页岩气井产量预测方法中，优选地，所述生产时间相似关系为：
式中，At是矿场渗流总面积(通常指页岩气井体积压裂后的缝网的渗流总面积)；Kt是矿场考虑滑脱、扩散、应力敏感效应影响的综合动态渗透率；pit是矿场原始地层压力；Tft是矿场流体温度；lt是矿场基质向裂缝面的渗流长度；μt是矿场流体粘度；
是矿场储层孔隙度；Sgt是矿场含气饱和度；Zt是矿场流体压缩因子；K0t是矿场基质渗透率；TRt是矿场储层温度；Am是实验渗流总面积(通常指缝网的渗流总面积)；Km是实验考虑滑脱、扩散、应力敏感效应影响的综合动态渗透率；pim是实验模拟加载的原始地层压力；Tfm是实验流体温度；lm是实验基质向裂缝面的渗流长度；μm是实验流体粘度；
是实验储层孔隙度；Sgm是实验含气饱和度；Zm是实验流体压缩因子；K0m是实验基质渗透率；TRm是实验温度；tm是实验生产时间。
在上述基于开发实验的页岩气井产量预测方法中，优选地，所述产气速率相似关系为：
式中，At是矿场渗流总面积(通常指页岩气井体积压裂后的缝网的渗流总面积)；Kt是矿场考虑滑脱、扩散、应力敏感效应影响的综合动态渗透率；pit是矿场原始地层压力；μt是矿场流体粘度；Zt是矿场流体压缩因子；lt是矿场基质向裂缝面的渗流长度；Am是实验渗流总面积(通常指缝网的渗流总面积)；Km是实验考虑滑脱、扩散、应力敏感效应影响的综合动态渗透率；pim是实验模拟加载的原始地层压力；μm是实验流体粘度；Zm是实验流体压缩因子；lm是实验基质向裂缝面的渗流长度；qm是实验产气速率。
在上述基于开发实验的页岩气井产量预测方法中，优选地，所述建立考虑基质-裂缝系统的缝网面积、供给长度和考虑应力敏感效应的动态渗透率的页岩储层开发的相似准数，根据相似理论建立根据相似理论建立物理模拟实验与矿场页岩气井的生产时间相似关系和产气速率相似关系包括：
确定包括基质-裂缝系统的缝网面积、供给长度和考虑应力敏感效应的动态渗透率在内的与应力敏感效应及气体流动有关的主要物理量；
基于所述主要物理量，利用第二相似性定理(即相似学第二定律，即π定理)构建相似准数；
基于所述相似准数，利用试井的无量纲理论，确定无量纲生产时间和无量纲产气速率的表达式；
基于无量纲生产时间的表达式确定物理模拟实验与矿场页岩气井的生产时间相似关系；
基于无量纲产气速率的表达式确定物理模拟实验与矿场页岩气井的产气速率相似关系；
更优选地，所述主要物理量包括渗流总面积(通常指缝网的渗流总面积)，基质向裂缝面的渗流长度，考虑滑脱、扩散、应力敏感效应影响的综合动态渗透率，基质渗透率，原始地层压力，井底压力，储层孔隙度，含气饱和度，储层温度，流体粘度，流体温度，流体压缩因子，产气速率和生产时间；
进一步优选地，基于所述主要物理量，利用第二相似性定理(即相似学第二定律，即π定理)构建相似准数过程中以井底压力、基质向裂缝面的渗流长度、生产时间、储层温度为特征物理量；
再优选地，所述相似准数包括：π1＝φ，π2＝Sg，π3＝Z，
式中，pf是井底压力，量纲为[M·T-2·L-1]；pi是原始地层压力，量纲为[M·T-2·L-1]；K0是基质渗透率，量纲为[L2]；K是考虑滑脱、扩散、应力敏感效应影响的综合动态渗透率，量纲为[L2]；φ是储层孔隙度，无量纲；Sg是含气饱和度，无量纲；l是基质向裂缝面的渗流长度，量纲为[L]；A是渗流总面积(通常指缝网的渗流总面积)，量纲为[L2]；q是产气速率，量纲为[L3·T-1]；Tf是流体温度，量纲为[K]；t是生产时间，量纲为[T]；μ是流体粘度，量纲为[M·T-1·L-1]；Z是流体压缩因子，无量纲；TR储层温度，量纲为[K]；π1、π2、π3、π4、π5、π6、π7、π8、π9和π10是计算所涉及的全部相似准数；
其中，π1、π2、和π3是基本的相似准数，通过恢复储层原位压力和气体饱和度等条件，可以实现与气藏原位的相似性；π4和π6是动力相似；π5是几何相似；π7、π8和π9是运动相似；
在一具体实施方式中，所述无量纲生产时间的表达式为：
式中，pi是原始地层压力；K0是基质渗透率；K是考虑滑脱、扩散、应力敏感效应影响的综合动态渗透率；φ是储层孔隙度；Sg是含气饱和度；l是基质向裂缝面的渗流长度；A是渗流总面积(通常指缝网的渗流总面积)；Tf是流体温度；t是生产时间；μ是流体粘度；Z是流体压缩因子；TR储层温度；tD是无量纲生产时间；
在一具体实施方式中，所述无量纲产气速率的表达式为：
式中，pi是原始地层压力；K是考虑滑脱、扩散、应力敏感效应影响的综合动态渗透率；l是基质向裂缝面的渗流长度；A是渗流总面积(通常指缝网的渗流总面积)；μ是流体粘度；Z是流体压缩因子；q是产气速率；qD是无量纲产气速率。
在上述基于开发实验的页岩气井产量预测方法中，优选地，该方法进一步包括：
获取目标页岩气井已有的实际生产曲线；
基于目标页岩气井已有的实际生产曲线与建立的所述矿场页岩气井产量递减曲线进行对比，判断建立的所述矿场页岩气井产量递减曲线是否可行。
本发明提供的技术方案以页岩气井全生命生产周期的生产动态为研究对象，首先运用室内模拟实验模拟气井的整个生产过程，获取目标页岩气井衰竭式开发的产气递减规律；然后建立了考虑基质-裂缝系统的缝网面积、供给长度和考虑应力敏感效应的动态渗透率的页岩储层开发的相似准数，进而建立生产时间和产气速率相似关系；利用构建得到的相似关系将物理模拟的结果较为准确的反演到气藏中，获取得到气井产量递减曲线。气井产量递减曲线的获取是解释页岩气井的生产曲线特征和产量递减规律的基础，对于页岩气井的高效开发具有重要的理论指导和实践意义。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的基于开发实验的页岩气井产量预测方法的流程示意图。
图2为本发明实施例1中衰竭式开发模拟实验系统。
图3为实施例1中衰竭式开发室内模拟实验过程中日产气量、压力与时间关系图。
图4为实施例1中页岩气井产量递减曲线图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
下面参考本发明的若干代表性实施方式，详细阐述本发明的原理和精神。
参见图1，为了实现上述目的，本发明提供了一种基于开发实验的页岩气井产量预测方法，其中，该方法包括：
步骤S1：利用目标页岩气井的基质-裂缝耦合实验岩心进行衰竭式开发室内模拟实验，建立产气速率关于生产时间的变化曲线即为模拟实验开发曲线；
步骤S2：建立考虑基质-裂缝系统的缝网面积、供给长度和考虑应力敏感效应的动态渗透率的页岩储层开发的相似准数，根据相似理论建立物理模拟实验与矿场页岩气井的生产时间相似关系(即物理模拟实验中生产时间与矿场页岩气井的生产时间相似关系)和产气速率相似关系(即物理模拟实验中产气速率与矿场页岩气井的产气速率的相似关系)；
步骤S3：基于模拟实验开发曲线，利用物理模拟实验与矿场页岩气井的生产时间相似关系和产气速率相似关系，建立矿场页岩气井产量递减曲线(即日产气量关于生产时间的关系曲线)，完成页岩气井产量预测。
一般来说，页岩气井开发可以分为缝网控制阶段和基质供给阶段。开发初期生产规律主要受控于缝网控制区的供给和压裂液返排，开发规律比较复杂；在缝网控制阶段，由于裂缝中游离气产生和压裂液的返排导致日产气曲线波动较大。在基质控制阶段，裂缝里的气水同步产出，日产水量和日产气量逐渐降低，供给范围逐渐扩大，产气规律比较统一。生产后期基质供给决定着气井的产量和稳产期。在裂缝附近的基质供给区，可视为基质向裂缝的一维流动。采用真实储层岩心，开展基质衰竭式开发模拟实验，获得地层条件下基质的产气规律，结合气井参数可以对气井产量进行预测。
在一实施方式中，步骤S1包括：
将目标页岩气井的基质-裂缝耦合实验岩心装入衰竭式开发模拟实验系统中，实验温度与目标页岩气井开发储层的温度一致或者保持室温，将实验岩心的围压加至目标页岩气井开发储层的上覆压力，将实验岩心饱和可吸附的甲烷气体至目标页岩气井开发储层的压力；
待实验岩心饱和可吸附的甲烷气体后，静置一段时间使吸附达到平衡；
打开产气出口开始模拟衰竭式开发过程，记录不同生产时间的产气速率；
基于不同生产时间的产气速率，建立产气速率关于生产时间的变化曲线即为模拟实验开发曲线；
进一步，静置一段时间为静置10天以上。
在一实施方式中，目标页岩气井的基质-裂缝耦合实验岩心通过下述方式获得：
获取目标页岩气井开发储层的水平段全直径岩心；将目标页岩气井开发储层的水平段全直径岩心沿着层理方向至少制造一条人工裂缝，从而建立得到目标页岩气井的基质-裂缝耦合实验岩心。
在一实施方式中，生产时间相似关系为：
式中，At是矿场渗流总面积(通常指页岩气井体积压裂后的缝网的渗流总面积)；Kt是矿场考虑滑脱、扩散、应力敏感效应影响的综合动态渗透率；pit是矿场原始地层压力；Tft是矿场流体温度；lt是矿场基质向裂缝面的渗流长度；μt是矿场流体粘度；
是矿场储层孔隙度；Sgt是矿场含气饱和度；Zt是矿场流体压缩因子；K0t是矿场基质渗透率；TRt是矿场储层温度；Am是实验渗流总面积(通常指缝网的渗流总面积)；Km是实验考虑滑脱、扩散、应力敏感效应影响的综合动态渗透率；pim是实验模拟加载的原始地层压力；Tfm是实验流体温度；lm是实验基质向裂缝面的渗流长度；μm是实验流体粘度；
是实验储层孔隙度；Sgm是实验含气饱和度；Zm是实验流体压缩因子；K0m是实验基质渗透率；TRm是实验温度；tm是实验生产时间。
在一实施方式中，产气速率相似关系为：
式中，At是矿场渗流总面积(通常指页岩气井体积压裂后的缝网的渗流总面积)；Kt是矿场考虑滑脱、扩散、应力敏感效应影响的综合动态渗透率；pit是矿场原始地层压力；μt是矿场流体粘度；Zt是矿场流体压缩因子；lt是矿场基质向裂缝面的渗流长度；Am是实验渗流总面积(通常指缝网的渗流总面积)；Km是实验考虑滑脱、扩散、应力敏感效应影响的综合动态渗透率；pim是实验模拟加载的原始地层压力；μm是实验流体粘度；Zm是实验流体压缩因子；lm是实验基质向裂缝面的渗流长度；qm是实验产气速率。
在一实施方式中，步骤S2包括：
确定包括基质-裂缝系统的缝网面积、供给长度和考虑应力敏感效应的动态渗透率在内的与应力敏感效应及气体流动有关的主要物理量；
基于主要物理量，利用第二相似性定理(即相似学第二定律，即π定理)构建相似准数；
基于相似准数，利用试井的无量纲理论，确定无量纲生产时间和无量纲产气速率的表达式；
基于无量纲生产时间的表达式确定物理模拟实验与矿场页岩气井的生产时间相似关系；
基于无量纲产气速率的表达式确定物理模拟实验与矿场页岩气井的产气速率相似关系；
进一步，主要物理量包括渗流总面积(通常指缝网的渗流总面积)，基质向裂缝面的渗流长度，考虑滑脱、扩散、应力敏感效应影响的综合动态渗透率，基质渗透率，原始地层压力，井底压力，储层孔隙度，含气饱和度，储层温度，流体粘度，流体温度，流体压缩因子，产气速率，生产时间；
进一步，基于主要物理量，利用第二相似性定理(即相似学第二定律，即π定理)构建相似准数过程中以井底压力、基质向裂缝面的渗流长度、生产时间、储层温度为特征物理量；
进一步，相似准数包括：π1＝φ，π2＝Sg，π3＝Z，
式中，pf是井底压力，量纲为[M·T-2·L-1]；pi是原始地层压力，量纲为[M·T-2·L-1]；K0是基质渗透率，量纲为[L2]；K是考虑滑脱、扩散、应力敏感效应影响的综合动态渗透率，量纲为[L2]；φ是储层孔隙度，无量纲；Sg是含气饱和度，无量纲；l是基质向裂缝面的渗流长度，量纲为[L]；A是渗流总面积(通常指缝网的渗流总面积)，量纲为[L2]；q是产气速率，量纲为[L3·T-1]；Tf是流体温度，量纲为[K]；t是生产时间，量纲为[T]；μ是流体粘度，量纲为[M·T-1·L-1]；Z是流体压缩因子，无量纲；TR储层温度，量纲为[K]；π1、π2、π3、π4、π5、π6、π7、π8、π9和π10是计算所涉及的所有相似准数；
其中，π1、π2、和π3是基本的相似准数，通过恢复储层原位压力和气体饱和度等条件，可以实现与气藏原位的相似性；π4和π6是动力相似；π5是几何相似；π7、π8和π9是运动相似；
例如，无量纲生产时间的表达式为：
式中，pi是原始地层压力；K0是基质渗透率；K是考虑滑脱、扩散、应力敏感效应影响的综合动态渗透率；φ是储层孔隙度；Sg是含气饱和度；l是基质向裂缝面的渗流长度；A是渗流总面积(通常指缝网的渗流总面积)；Tf是流体温度；t是生产时间；μ是流体粘度；Z是流体压缩因子；TR储层温度；tD是无量纲生产时间；
例如，无量纲产气速率的表达式为：
式中，pi是原始地层压力；K是考虑滑脱、扩散、应力敏感效应影响的综合动态渗透率；l是基质向裂缝面的渗流长度；A是渗流总面积(通常指缝网的渗流总面积)；μ是流体粘度；Z是流体压缩因子；q是产气速率；qD是无量纲产气速率。
在一实施方式中，该方法进一步包括：
获取目标页岩气井已有的实际生产曲线；
基于目标页岩气井已有的实际生产曲线与建立的所述矿场页岩气井产量递减曲线进行对比，判断建立的所述矿场页岩气井产量递减曲线是否可行。
实施例1
本实施例提供了一种基于开发实验的页岩气井产量预测方法。
该方法用于对某页岩气井的产量进行预测，该方法包括：
一、利用目标页岩气井的基质-裂缝耦合实验岩心进行衰竭式开发室内模拟实验，建立产气速率关于生产时间的变化曲线即为模拟实验开发曲线；具体包括：
1.1获取目标页岩气井开发储层的水平段全直径岩心，将制备好的水平段全直径页岩岩心置于105℃烘箱中干燥48小时以上，称取干重为2640.36g，量取直径为104.26mm，长度为125.50mm；将水平段全直径岩心沿着层理方向制造一条人工裂缝并用密封带包裹，从而建立得到目标页岩气井的基质-裂缝耦合实验岩心。
1.2将目标页岩气井的基质-裂缝耦合实验岩心装入衰竭式开发模拟实验系统中，并将衰竭式开发模拟实验系统连接好，如图2所示；并对数据采集软件进行调试、对实验系统的气密性进行测试、测量外接管线及各接口处死体积。
所述衰竭式开发模拟实验系统如图2所示，包括依次连接的ISCO泵、用于转甲烷的高压容器、用于装载岩心的岩心夹持器以及回压阀；其中，在高压容器与岩心夹持器的入口之间的连接管线上依次设有安全阀1和调节阀1，在岩心夹持器的出口与回压阀之间的连接管线上设有调节阀2，在调节阀2与回压阀之间的连接管线上设有甲烷注入支路，所述甲烷注入支路设有一次连接的ISCO泵、用于转甲烷的高压容器、和安全阀2；该实验系统进一步设有与岩心夹持器的围压施加口连接的围压泵；在岩心夹持器的入口、出口以及围压施加口除分别设有压力传感器1、压力传感器2和压力传感器3，并将压力传感器1、压力传感器2和压力传感器3与指示器连接后与计算机连接，从而实现利用计算机实施采集压力传感器1、压力传感器2和压力传感器3的压力数据、利用指示器显示压力传感器1、压力传感器2和压力传感器3的压力数据；该实验系统进一步设有气体流量计，用于检测产出的气体流速，并利用计算机实时售价检测到的气体流速。
1.3实验温度采用室温，加载围压及入口压力，设定围压为50MPa，持续饱和甲烷气至30MPa，压力监测系统实时记录压力变化，待压力平衡稳定后(不少于10天)，表明吸附达到平衡。
1.4吸附达到平衡后，打开调节阀2，模拟页岩气衰竭开发过程，软件实时监测实验数据，包括各个测压点压力、生产时间、日产气量(即产气速度)、累计产气量，其中，累计产气量利用排水采气法计量。
1.5基于不同生产时间的产气速率，建立产气速率关于生产时间的变化曲线即为模拟实验开发曲线；如图3所示。
实验历时6个月，压力、日产气量与时间关系如图3所示，前期产气速率高，主要为裂缝产气，随后进入高速递减阶段，然后进入低产稳产期，低产稳产期长达110天。
二、建立考虑基质-裂缝系统的缝网面积、供给长度和考虑应力敏感效应的动态渗透率的页岩储层开发的相似准数，根据相似理论建立根据相似理论建立物理模拟实验与矿场页岩气井的生产时间相似关系(即物理模拟实验中生产时间与矿场页岩气井的生产时间相似关系)和产气速率相似关系(即物理模拟实验中产气速率与矿场页岩气井的产气速率的相似关系)；具体包括：
考虑页岩储层开发中的应力敏感效应及气体流动有关的主要物理量之间的关系可以表示为：
f(pw,pi,K0,K,φ,Sg,l,A,q,Tf,t,μ,Z,TR)＝0 式1；
式中，pf是井底压力，量纲为[M·T-2·L-1]；pi是原始地层压力，量纲为[M·T-2·L-1]；K0是基质渗透率，量纲为[L2]；K是考虑滑脱、扩散、应力敏感效应影响的综合动态渗透率，量纲为[L2]；φ是储层孔隙度，无量纲；Sg是含气饱和度，无量纲；l是基质向裂缝面的渗流长度，量纲为[L]；A是渗流总面积(通常指缝网的渗流总面积)，量纲为[L2]；q是产气速率，量纲为[L3·T-1]；Tf是流体温度，量纲为[K]；t是生产时间，量纲为[T]；μ是流体粘度，量纲为[M·T-1·L-1]；Z是流体压缩因子，无量纲；TR储层温度，量纲为[K]；π1、π2、π3、π4、π5、π6、π7、π8、π9和π10是计算所涉及的所有相似准数；
总共有14个物理量和4个基本量纲，其中pf、l、t和TR被选择为四个特征物理量；根据量纲分析原理，可以将物理量之间的关系转换为无量纲形式，通过用特征物理量表示其余物理量减少物理量的数目；此处使用第二相似性定理，式1中可以用4个特征物理量表示其余10个物理量，获得10个相似准数；无量纲乘积如下式所示：
获得的相似准数如下所示：π1＝φ，π2＝Sg，π3＝Z，
其中，π1、π2、和π3是基本的相似准数，通过恢复储层原位压力和气体饱和度等条件，可以实现与气藏原位的相似性；π4和π6是动力相似；π5是几何相似；π7、π8和π9是运动相似；
根据试井的无量纲理论，通过相似准数推导的无量纲时间tD和无量纲产量qD如等式：
基于无量纲生产时间的表达式确定物理模拟实验与矿场页岩气井的生产时间相似关系；
所述生产时间相似关系为：
式中，At是矿场渗流总面积(通常指页岩气井体积压裂后的缝网的渗流总面积)；Kt是矿场考虑滑脱、扩散、应力敏感效应影响的综合动态渗透率；pit是矿场原始地层压力；Tft是矿场流体温度；lt是矿场基质向裂缝面的渗流长度；μt是矿场流体粘度；
是矿场储层孔隙度；Sgt是矿场含气饱和度；Zt是矿场流体压缩因子；K0t是矿场基质渗透率；TRt是矿场储层温度；Am是实验渗流总面积(通常指缝网的渗流总面积)；Km是实验考虑滑脱、扩散、应力敏感效应影响的综合动态渗透率；pim是实验模拟加载的原始地层压力；Tfm是实验流体温度；lm是实验基质向裂缝面的渗流长度；μm是实验流体粘度；
是实验储层孔隙度；Sgm是实验含气饱和度；Zm是实验流体压缩因子；K0m是实验基质渗透率；TRm是实验温度；tm是实验生产时间；
基于无量纲产气速率的表达式确定物理模拟实验与矿场页岩气井的产气速率相似关系；
所述产气速率相似关系为：
式中，At是矿场渗流总面积(通常指页岩气井体积压裂后的缝网的渗流总面积)；Kt是矿场考虑滑脱、扩散、应力敏感效应影响的综合动态渗透率；pit是矿场原始地层压力；μt是矿场流体粘度；Zt是矿场流体压缩因子；lt是矿场基质向裂缝面的渗流长度；Am是实验渗流总面积(通常指缝网的渗流总面积)；Km是实验考虑滑脱、扩散、应力敏感效应影响的综合动态渗透率；pim是实验模拟加载的原始地层压力；μm是实验流体粘度；Zm是实验流体压缩因子；lm是实验基质向裂缝面的渗流长度；qm是实验产气速率。
三、基于模拟实验开发曲线，利用所述物理模拟实验与矿场页岩气井的生产时间相似关系和产气速率相似关系，建立矿场页岩气井产量递减曲线(即日产气量关于生产时间的关系曲线)，完成页岩气井产量预测。
实验物理模拟参数和矿场参数如下表1所示。
表1
| 矿场 | 实验 | |
| 渗流长度/m | 3.5 | 0.125 |
| 渗流面积/m<sup>2</sup> | 2400000 | 0.0122656 |
| 基质渗透率/mD | 0.006 | 0.006 |
| 流体粘度/mPa·s | 0.02707 | 0.02534 |
| 标准温度/K | 293.15 | 293.15 |
| 原始地层压力/MPa | 50 | 30 |
| 流体压缩因子 | 0.899 | 0.899 |
| 储层温度/K | 353.15 | 293.15 |
| 标准大气压/MPa | 1.01 | 1.01 |
| 储层孔隙度/％ | 6 | 6 |
| 含气饱和度 | 0.7 | 0.7 |
| 综合动态渗透率/mD | 0.05 | 0.05 |
| 流体温度/K | 353.15 | 293.15 |
建立的矿场页岩气井产量递减曲线如图4所示。
四、对目标页岩气井实际生产数据进行拟合得到页岩气井已经生产的产量曲线，物模实验反演得到的矿场页岩气井产量递减曲线与页岩气井已经生产的产量曲线基本一致(物模实验为第1.2天到第30天，对应实际生产为25天到630天)，证实矿场参数与物模参数选取的合理性，说明实验结果可以合理解释和预测页岩气井的生产动态。
利用矿场页岩气井产量递减曲线对目标页岩气井全生命周期日产气量的递减规律进行分析，可以得到目标页岩气井产量递减规律如下：开采早期(物模实验为前13天，对应矿场开发前269天)，日产气量高速递减；开采中期(物模实验为第13天到58天，对应矿场开发第269天到1214天)，日产气量中速递减；开采后期(物模实验为第58天到173天，对应矿场开发第1214天到3637天)，日产气量呈现慢速衰减；进而可以算出逐年递减率为65％，40％，25％，15％，14％……。
以上参照附图描述了本发明的优选实施方式。这些实施方式的许多特征和优点根据该详细的说明书是清楚的，因此权利要求旨在覆盖这些实施方式的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的实施方式限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。
Claims (11)
1.一种基于开发实验的页岩气井产量预测方法，其中，该方法包括：
模拟实验开发曲线确定步骤：利用目标页岩气井的基质-裂缝耦合实验岩心进行衰竭式开发室内模拟实验，建立产气速率关于生产时间的变化曲线即为模拟实验开发曲线；
相似关系确定步骤：建立考虑基质-裂缝系统的缝网面积、供给长度和考虑应力敏感效应的动态渗透率的页岩储层开发的相似准数，根据相似理论建立物理模拟实验与矿场页岩气井的生产时间相似关系和产气速率相似关系；
产量预测步骤：基于模拟实验开发曲线，利用所述物理模拟实验与矿场页岩气井的生产时间相似关系和产气速率相似关系，建立矿场页岩气井产量递减曲线，完成页岩气井产量预测。
2.根据权利要求1所述的预测方法，其中，所述利用目标页岩气井的基质-裂缝耦合实验岩心进行衰竭式开发室内模拟实验，建立产气速率关于生产时间的变化曲线即为模拟实验开发曲线包括：
将目标页岩气井的基质-裂缝耦合实验岩心装入衰竭式开发模拟实验系统中，实验温度与目标页岩气井开发储层的温度一致或者保持室温，将所述实验岩心的围压加至目标页岩气井开发储层的上覆压力，将所述实验岩心饱和可吸附的甲烷气体至目标页岩气井开发储层的压力；
待所述实验岩心饱和可吸附的甲烷气体后，静置一段时间使吸附达到平衡；
打开产气出口开始模拟衰竭式开发过程，记录不同生产时间的产气速率；
基于不同生产时间的产气速率，建立产气速率关于生产时间的变化曲线即为模拟实验开发曲线。
3.根据权利要求1或2所述的预测方法，其中，所述目标页岩气井的基质-裂缝耦合实验岩心通过下述方式获得：
获取目标页岩气井开发储层的水平段全直径岩心；将目标页岩气井开发储层的水平段全直径岩心沿着层理方向至少制造一条人工裂缝，从而建立得到目标页岩气井的基质-裂缝耦合实验岩心。
4.根据权利要求1所述的预测方法，其中，所述生产时间相似关系为：
式中，At是矿场渗流总面积；Kt是矿场考虑滑脱、扩散、应力敏感效应影响的综合动态渗透率；pit是矿场原始地层压力；Tft是矿场流体温度；lt是矿场基质向裂缝面的渗流长度；μt是矿场流体粘度；
是矿场储层孔隙度；Sgt是矿场含气饱和度；Zt是矿场流体压缩因子；K0t是矿场基质渗透率；TRt是矿场储层温度；Am是实验渗流总面积；Km是实验考虑滑脱、扩散、应力敏感效应影响的综合动态渗透率；pim是实验模拟加载的原始地层压力；Tfm是实验流体温度；lm是实验基质向裂缝面的渗流长度；μm是实验流体粘度；
是实验储层孔隙度；Sgm是实验含气饱和度；Zm是实验流体压缩因子；K0m是实验基质渗透率；TRm是实验温度；tm是实验生产时间。
5.根据权利要求1所述的预测方法，其中，所述产气速率相似关系为：
式中，At是矿场渗流总面积；Kt是矿场考虑滑脱、扩散、应力敏感效应影响的综合动态渗透率；pit是矿场原始地层压力；μt是矿场流体粘度；Zt是矿场流体压缩因子；lt是矿场基质向裂缝面的渗流长度；Am是实验渗流总面积；Km是实验考虑滑脱、扩散、应力敏感效应影响的综合动态渗透率；pim是实验模拟加载的原始地层压力；μm是实验流体粘度；Zm是实验流体压缩因子；lm是实验基质向裂缝面的渗流长度；qm是实验产气速率。
6.根据权利要求1所述的预测方法，其中，所述建立考虑基质-裂缝系统的缝网面积、供给长度和考虑应力敏感效应的动态渗透率的页岩储层开发的相似准数，根据相似理论建立物理模拟实验与矿场页岩气井的生产时间相似关系和产气速率相似关系包括：
确定包括基质-裂缝系统的缝网面积、供给长度和考虑应力敏感效应的动态渗透率在内的与应力敏感效应及气体流动有关的主要物理量；
基于所述主要物理量，利用第二相似性定理构建相似准数；
基于所述相似准数，利用试井的无量纲理论，确定无量纲生产时间和无量纲产气速率的表达式；
基于无量纲生产时间的表达式确定物理模拟实验与矿场页岩气井的生产时间相似关系；
基于无量纲产气速率的表达式确定物理模拟实验与矿场页岩气井的产气速率相似关系。
7.根据权利要求6所述的预测方法，其中，所述主要物理量包括渗流总面积，基质向裂缝面的渗流长度，考虑滑脱、扩散、应力敏感效应影响的综合动态渗透率，基质渗透率，原始地层压力，井底压力，储层孔隙度，含气饱和度，储层温度，流体粘度，流体温度，流体压缩因子，产气速率和生产时间。
8.根据权利要求7所述的预测方法，其中，基于所述主要物理量，利用第二相似性定理构建相似准数过程中以井底压力、基质向裂缝面的渗流长度、生产时间、储层温度为特征物理量。
9.根据权利要求8所述的预测方法，其中，所述相似准数包括：
π1＝φ，π2＝Sg，π3＝Z，
式中，pf是井底压力；pi是原始地层压力；K0是基质渗透率；K是考虑滑脱、扩散、应力敏感效应影响的综合动态渗透率；φ是储层孔隙度；Sg是含气饱和度；l是基质向裂缝面的渗流长度；A是渗流总面积；q是产气速率；Tf是流体温度；t是生产时间；μ是流体粘度；Z是流体压缩因子；TR储层温度；π1、π2、π3、π4、π5、π6、π7、π8、π9和π10是计算所涉及的全部相似准数。
10.根据权利要求6-9任一项所述的预测方法，其中，所述无量纲生产时间的表达式为：
式中，pi是原始地层压力；K0是基质渗透率；K是考虑滑脱、扩散、应力敏感效应影响的综合动态渗透率；φ是储层孔隙度；Sg是含气饱和度；l是基质向裂缝面的渗流长度；A是渗流总面积；Tf是流体温度；t是生产时间；μ是流体粘度；Z是流体压缩因子；TR储层温度；tD是无量纲生产时间。
11.根据权利要求6-9任一项所述的预测方法，其中，所述无量纲产气速率的表达式为：
式中，pi是原始地层压力；K是考虑滑脱、扩散、应力敏感效应影响的综合动态渗透率；l是基质向裂缝面的渗流长度；A是渗流总面积；μ是流体粘度；Z是流体压缩因子；q是产气速率；qD是无量纲产气速率。
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|---|---|---|---|---|
| CN117738636A (zh) * | 2024-02-18 | 2024-03-22 | 西南石油大学 | 一种压裂改造储层气井合理生产压差控制方法 |
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| CN117738636B (zh) * | 2024-02-18 | 2024-04-26 | 西南石油大学 | 一种压裂改造储层气井合理生产压差控制方法 |
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