页岩气水平井产能预测数值模型综述

页岩气的规模开采已逐步实现高产和稳产,作为替代能源弥补油气能源短缺成为可能。页岩储层致密,微纳米孔发育,具有吸附解吸特征和扩散、滑脱效应。同时天然裂缝、层理等发育,水平井体积压裂后水力裂缝不规则扩展,具有多场耦合跨尺度流动效应。其产能预测困难且不确定性大,制约着页岩储层的高效开发和评价。考虑页岩气多尺度多重输运特征,综述了基于双重介质模型、多重介质模型以及复杂缝网模型的页岩气水平井产能预测数值模型的研究发展现状。认为双重介质和多重介质产能模型均弱化了页岩储层压后开采时复杂缝网系统提供的庞大的可渗流面积和通道,不能综合表征页岩气全尺度多重耦合运输特征。而基于复杂缝网的页岩气水平井产能预测数值模型提供了多尺度流动嵌入的缝网系统,解决流动系统性的同时又精确表征了各尺度流动。产能可靠预测需要获得符合储层地质特征、岩石力学行为、高压流体冲击流固耦合作用机理的复杂缝网形态表征。缝网表征是页岩气水平井产能预测的关键。     

页岩气藏体积压裂有效改造体积计算方法

页岩气藏矿场压裂实践表明,储层有效改造体积（effective stimulated reservoir volume,简称ESRV）是影响页岩气藏体积压裂水平井生产效果的关键因素,ESRV的准确计算对页岩气藏压裂方案评价与体积压裂水平井产量预测具有重要作用.基于页岩储层改造体积（stimulated reservoir volume,简称SRV）多尺度介质气体运移机制,建立了SRV区域正交离散裂缝耦合双重介质基质团块来表征单元体渗流模型（representation elementary volume,简称REV）,并结合北美页岩储层实例研究了次生裂缝间距、宽度等缝网参数对页岩气藏气体运移规律的影响.在此基础上根据SRV区域次生裂缝分布特征,采用分形质量维数定量表征裂缝间距分布规律,结合页岩气藏次生裂缝间距对基质团块内流体动用程度的影响规律,得到了页岩气藏体积压裂ESRV计算方法.结果表明SRV区域次生裂缝间距对基质团块内吸附及自由气影响较大,次生裂缝间距小于0.20 m时可以实现SRV区域基质团块内流体向各方向裂缝的"最短距离"渗流.选取北美典型页岩储层生产井体积压裂数据进行ESRV计算,页岩气藏目标井ESRV占体积压裂SRV的37.78%.因此ESRV受改造区域次裂缝分布规律及SRV有效裂缝间距界限的影响,是储层固有性质及人工压裂因素综合作用的结果.      

压裂水平井产能预测方法研究综述

水平井压裂技术已经在薄层、低渗透油气藏以及页岩气的开发中得到了广泛的应用,其产能预测方法是进行油气层评价、合理高效开发的基础。在对产能影响因素分析的基础上,系统总结了致密砂岩油气藏和页岩气藏压裂水平井的产能评价方法;认为除了对储层基质以及裂缝内流动机理进行表征外,裂缝的分布规律以及储层应力敏感性对产能的影响不容忽视;同时应重视大量钻井资料与物理模拟和数值模拟的结合,以提高产能预测的精度。     

离散裂隙网络对页岩气井产能影响的数值模拟

页岩作为典型的非常规储层,基质孔隙小,渗透率极低,水平井多级水力压裂为其商业开发的主要手段。准确模拟页岩气产能,应同时考虑水力裂隙和天然裂隙的渗流。基于离散裂隙模型和等效连续模型建立页岩气渗流数学模型,利用有限元分析方法进行数值求解,研究不同走向裂隙组对页岩气井产能的影响。研究认为,页岩基质为气体的生产提供了主要气源,天然裂隙作为渗流的主要通道,将气体输送到水力裂缝,进而到达井筒。模拟结果表征,离散裂隙的渗流特征对于页岩气井的产能有重要影响。根据页岩储层的天然裂隙走向,可以优化相应的水平井方位。对于二维离散裂隙网络模型,水平井沿着2个裂隙组夹角的平分线更有利于生产。      

裂缝参数对考虑滑脱效应页岩气水平井产能的影响

低渗透页岩气藏中,气体渗流时会受滑脱效应的影响。建立了考虑滑脱效应的气、水两相页岩气藏渗流数学模型,并建立了理想地质模型,采用数值模拟方法,研究了水力压裂的不同裂缝参数对水平井产能的影响。模拟结果表明:裂缝条数、长度和间距是影响页岩气井产能的重要参数,而裂缝宽度和渗透率对产能的影响相对较弱;页岩气井的产能随着裂缝条数和裂缝长度的增加而增大;水平井的水平段长度及裂缝条数一定时,可通过增大裂缝间距来减少裂缝间的相互干扰。      

井筒与油藏耦合的压裂水平井非稳态产能计算模型

为了准确预测压裂水平井的产量,综合考虑流体在储层、井壁、压裂裂缝、射孔孔眼以及水平井筒中的流动过程,根据势叠加原理,建立了考虑射孔孔眼、压裂裂缝生产干扰作用下的井筒、油藏耦合压裂水平井非稳态产能计算模型。结果表明:只考虑裂缝生产与裂缝、孔眼同时生产时的水平井产量在生产初期差别较大,生产后期差别变小;由于裂缝、孔眼的干扰,水平井筒两端裂缝的产量高于中间裂缝的产量;由于井筒摩阻作用,关于水平井筒中心对称的裂缝流量不相等;随着裂缝长度增加,裂缝、射孔孔眼、水平井产量增大;随着裂缝导流能力增加,裂缝产量增大,射孔孔眼产量降低,水平井产量增大;射孔段越长,孔眼与裂缝的干扰愈强,单个孔眼的产量降低,但由于射孔数增加,水平井产量增大;射孔深度增加,压裂水平井产量增加。     

高含硫气藏非稳态水平井产量预测模型研究

元素硫从含硫天然气中析出沉降会影响流体流动,常规的水平井产量预测模型无法用于高含硫气藏水平井非稳态产量预测。本文基于非稳态椭圆流理论,耦合基质内的椭圆流动和裂缝内的非达西流动,考虑元素硫沉积及缝间干扰效应的影响,建立了适用于酸化水平井与酸压水平井的非稳态产量预测模型。分析了硫沉积对渗透率、孔隙度的影响,计算了不同裂缝参数对产能的影响,该模型适用于变井底流压生产条件。计算结果表明：科学准确的元素硫溶解度模型能较好地预测高含硫气藏水平井产量。酸压改造后缝间干扰现象会降低气井产能,且随着时间逐渐增强。硫沉积会降低储层渗透率和孔隙度,使得产量下降。增大裂缝导流能力,增加裂缝半长或者裂缝数量都能有效提高水平井产量,与裂缝导流能力相比,裂缝半长和裂缝数量对产量的影响更大。     

页岩气开采的相关实验、模型和环境效应

页岩气是一种重要的非常规天然气资源,正在改变世界能源、经济和政治格局。渗透率是评价页岩气藏商业开采可行性的重要参数之一,由于页岩的致密性,页岩气的流动机理不同于常规气藏,因此,页岩储层渗透率测试和页岩气流动模型已成为当前国际研究的热点课题之一。在对页岩气开采技术简单介绍的基础上,综述了页岩储层渗透率测试的试验和理论研究现状,分析了气体吸附对页岩渗透率的影响。阐述了页岩气流动模型的最新进展,分析了双重孔隙模型描述气体迁移的准确性,提出了描述均匀储层中页岩气解吸-扩散-渗流多级运移模型。评述了页岩气开采的温室效应和对地下水的影响,并简单介绍了适合页岩气开采的新技术即无水压裂开采技术,即采用CO2对页岩气藏分段压裂,同时将CO2埋存于废弃井中。最后,对页岩储层渗透率测试和页岩气流动模型研究的新发展以及无水压裂技术进行了展望。     

裂缝性致密油藏直井体积改造产能评价模型

针对裂缝性致密油藏,基于拉普拉斯变换及Stehfest数值反演, 建立了一种可用于直井体积改造产能评价的半解析两区复合模型,模型内区包含有限条无限导流水力裂缝,外区是经典的Warren-Root双重介质系统. 并分析了导压系数比α、裂缝传导率比β、储容比ω、窜流系数λ以及改造半径r_eD等参数敏感性,绘制了产量递减图版。结果表明：从产量递减曲线,可以看出体积改造直井产能遵循“L”形递减规律;导压系数比越大,初期产量越高;裂缝传导率比对整个生产周期的产能都有影响,裂缝传导率比越大,单井产量越高,同时还会伴有明显的复合边界流特征;储容比和窜流系数分别影响双重介质基质-裂缝系统窜流发生的程度和时间;内区人工主裂缝条数越多或改造渗透率越大,复合边界流越明显,产能也越高,这说明改造程度与改造体积对产能的增加都很重要,应注意两者的合理优化。矿场实例验证了该模型在裂缝性封闭边界油藏直井多次压裂改造以及裂缝性致密油藏直井体积改造方面的适用性和实用性。     

水力压裂条件下焦作矿区低渗煤层气试验井产能预测

为了探索焦作"三软"煤层（软煤、软顶和软底）水力压裂条件下煤层气渗透机理及产出规律,首先基于储层裂缝扩展模型,考虑压裂后煤体孔隙率对渗透率的影响,建立储层裂缝渗透模型,并进行试验单井的应用及分析,得出压裂缝长度、宽度、渗透率以及压裂后储层参数等指标;而后通过等温吸附曲线法与历史拟合法的综合分析,对煤层气井的采收率进行预测;最后结合所得指标参数与采收率,运用FracproPT软件对矿区GW-002试验井进行2 430 d的产能预测。结果表明:该试验井模拟预测的平均日产气量可达596.87 m3,采收率可达32.86%,累计产气量可达1.09×106 m3,数值模拟出的产气量与实采数据较为吻合,满足煤层气开采技术要求,可用于指导焦作矿区煤层气井压裂抽采实践与产能预测。      

川南红层地区泥石流形成过程与动力特征研究——以四川省屏山县牛儿包泥石流为例

红层地区泥石流因受典型的地层岩性及气候条件等影响,发育分布数量较少,探索这类特殊孕灾背景条件下的泥石流成因及特征具有一定的减灾意义。文章以四川省屏山县牛儿包沟泥石流为例,通过对该泥石流沟流域的地形条件、水源条件及物源条件特征分析,探索了红层地区泥石流的成因和特征,综合分析了泥石流的动力特征。研究表明:(1)流域地形高差大,沟道狭窄,沟谷较陡,沟道纵比降较大,为泥石流的形成提供了有利地形条件;(2)流域汇水面积较大,降雨集中短时间内为泥石流的形成提供了充足的水源条件;(3)流域内物源集中,短时间内能为泥石流发生提供充足的物源条件。最后通过泥痕法计算了上一次泥石流发生时的流量,并对计算了不同暴雨频率条件下泥石流的流量,提出了针对性的泥石流防治建议,为牛儿包沟泥石流灾害防治提供了可靠的数据。     

黏土矿物含量对CO_2地质埋存体盖层封闭性的影响

为了解CO_2地质储存过程中黏土矿物含量对盖层封闭性的影响,本文以鄂尔多斯盆地三叠系和尚沟组泥岩盖层为研究对象,利用TOUGHREACT软件研究了不同黏土矿物含量、储层厚度对盖层封闭性的影响。研究表明,当盖层黏土矿物含量达到50%时,渗透率最大可减降低36%,有效封存厚度可达70 m;当黏土矿物含量减少至10%时,盖层自封闭性大幅降低,有效封存厚度为4 m,且盖层中的蒙脱石也由沉淀转化为溶解。黏土矿物含量越高,盖层封闭性越强,有效封存厚度越大。储层厚度对盖层封闭性有直接影响,当储层厚度大于盖层有效封存厚度时,则会发生泄漏;当储层厚度达到100 m时,CO_2将在125年后穿透黏土矿物含量为50%的盖层。本研究可为CO_2地质储存的储盖层选择和安全性评价提供理论依据。     

博茨瓦纳马卡迪卡迪盐湖卤水特征及找钾前景分析

马卡迪卡迪盐湖区为一现代干盐湖,盐湖以湖相碎屑沉积为主,在东侧的苏阿干盐湖赋存有高矿化孔隙卤水,通过对盐湖卤水系统的采样分析及综合研究,卤水主要化学组分为Na+和Cl-,其次为CO3^-2、HCO3^-,SO4^-2、K^+,矿化度平均为257.96g/L,卤水水化学类型为碳酸盐型;卤水组分与矿化度呈明显的正相关,表明卤水还未达到饱和阶段;受湖区构造及补给来源的影响,卤水的富集区位于研究区的西北部,同时也是矿化度最高的地区;KCl的含量在0.39%~0.99%之间,平均在0.65%,已超过液体钾盐矿的最低工业品位,分布面积约690km2,具有一定找矿前景。     

40a来中国旱灾对ENSO事件的区域差异响应研究

利用中国各地区1949—1990年间旱灾的受灾面积比和成灾面积比,分别与ENSO指数进行相关分析.结果发现:ENSO指数与各地的旱灾事件有着一定的反相关关系,表明ENSO的发生对我国大部分地区有着显著的影响,特别是对华北、东北、华南、内蒙古和新疆等地区的相关性具有很好的显著水平.通过对比各个分区对ENSO事件的响应程度,分析了其空间差异性.ENSO指数的变化与中国各地的旱灾有密切的联系,全球升温通过影响ENSO事件而影响中国的旱灾面积:全球升温影响下,ENSO指数升高,旱灾减少.     

沁水盆地东部Y井煤系页岩元素地球化学及其沉积-构造环境

为探讨沁水盆地东部Y井煤系页岩的元素地球化学特征,对下二叠统山西组、太原组的煤系页岩进行了系统采样,并应用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)对18个煤系页岩样品的微量及稀土元素进行了分析测试。结果表明,煤系页岩的Sr、Sr/Ba、V/(V+Ni)、Ce_anom等地球化学指标的垂向变化,反映了从太原组到山西组沉积时期,水体古盐度整体逐渐降低的还原环境;物源主要来自盆地北邻阴山古陆前寒武纪花岗岩、麻粒岩及各时代侵入岩,源区构造背景主要为与大陆岛弧相关的活动大陆边缘。     

中国全新世分区气温序列集成重建及特征分析*

按照气温变化规律将中国气温变化划分为东北、华北北部、华东华南、华南、陕甘宁、川黔桂、新疆和滇藏高原区等8个分区。搜集有确切年代和气温数值的古气温记录1397条,以8个分区为单元进行整理,以日历年时间为坐标系,采用单样本区域订正—多样本平均集成法重建了东北、华北北部、华东华南、华南和滇藏高原区的全新世200 a分辨率连续集成气温序列。结果表明：5条分区连续气温序列与所在区域的高分辨率环境记录变化趋势基本一致,主要的百年尺度冷暖事件有较高的可比性;5条分区连续序列指示全新世气温变化可以分为明显的早期升温、中期大暖期和晚期变冷3个阶段;气温变化幅度区域差异较大,但主要的冷暖事件基本一致,暖期盛期发生在8～6ka BP,当时滇藏高原约比现代高2℃,东北高出3℃,华北北部高1.5℃,华东华南接近1℃,华南区仅高出0.5℃;主要冷事件发生在9.2、6.2、4.0和0.4 ka BP,其中,4.0 ka BP冷事件规模较大,滇藏高原、东北、华北北部、华东华南和华南区降低幅度分别为1.5、2、1、0.5和0.5℃。全新世期间各分区气温变化幅度也表现出纬度从北向南、海拔从高到低、气温变化幅度依次递减的特征。     

东北和华北地区上地幔成分和热状态对比及对中国东部岩石圈减薄的启示

地幔成分与其上覆地壳年龄存在相关关系,年龄越老,地幔越亏损玄武质组分。本文对产于东北和华北地区的尖晶石相橄榄岩包体的成分进行了统计分析,结果显示东北地区橄榄岩包体比华北地区包体更亏损玄武质组分。这说明东北岩石圈地幔比华北上地幔更难熔,但其上覆地壳年龄却远小于华北地区地壳的年龄。这种地壳年龄和地幔组分之间的解耦暗示东北和华北地区的岩石圈地幔形成之后发生了大规模的改造。华北地区的壳幔解耦与中生代岩石圈减薄和增生有关,而东北地区的壳幔解耦则是该区地壳的多期改造和中生代岩石圈减薄和增生等过程综合作用的结果。两地区地幔成分的差异显然与部分熔融程度的不同有关,但影响部分熔融程度的因素很多,目前尚不能确定。包体的平衡温度统计和地温线对比显示东北岩石圈的地温梯度低于华北的地温梯度,可能是东北地区岩石圈减薄的时间要早于华北地区,或者华北岩石圈减薄程度可能大于东北地区的结果,因此中国东部岩石圈减薄存在时空不均一性。     

侧限条件下加筋对土体沉降的影响

针对侧限条件下加筋对土体沉降的影响问题,开展离心模型试验,设置三组对比试验,即在试验土体中未铺设筋材、铺设竖向间距分别为5 cm和3 cm间距的筋材,记录土体中典型点沉降量。试验发现典型点沉降随加速度增加而增加,未铺设筋材、铺设5cm间距筋材及铺设3cm间距筋材的土体沉降量依次降低。表明侧限情况下加筋也能够减小土体沉降,而且加筋间距越小,控制土体沉降效果越显著。侧限情况下筋材仍能起作用可能与土体变形不均有关。这种发现有利于深入理解加筋的作用机理。     

东秦岭古生代古生物区与古地理变迁

本文根据对东秦岭古生代各纪古生物区的分析，指出在北美岭褶皱带，二郎坪海槽寒武纪放射虫和微浮游植物属华南区，奥陶纪头足类，腹足类、珊瑚为华北区，早志留世珊瑚为华南区，柿树园海槽中泥盆世至二叠纪孢子主要见于华南区，干江河海槽泥盆纪珊瑚，海百合为华南区。在南秦岭褶皱带，浙川陆棚寒武纪三叶虫有华北区和华南区的分子，奥陶纪牙形石、头足类由华南区变为华北区，晚奥陶世腕足类、三叶虫、珊瑚为华北区，而早志留世笔石，晚泥盆世珊瑚，腕足类和Ting、古植物以及早石炭世珊瑚和Ting均为华南区，南湾海槽泥盆纪孢子为华南区。在此基础上探讨了东秦岭古生代古地理变迁过程。     

山东灵山岛青山群硅质岩的地球化学特征及地质意义

山东东部灵山岛地区发育一套火山碎屑岩、硅质岩、火山碎屑岩夹火山弹的特殊沉积层,为查明这套地层中硅质岩的形成原因及其大地构造背景,对硅质岩进行岩相学和地球化学分析。结果表明,研究区SiO2平均含量为70. 08%,Fe/Ti、(Fe+Mn)/Ti、δEu、Ba/Sr、Ni/Co及地球化学示踪投影指示其为热水成因;Al/(Al+Fe+Mn)、Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)、MnO/TiO2、V/Cr、Ni/Co、Th/Sc、U/Th、δCe、(La/Ce)N表明其形成于大陆边缘环境;K2O/Na2O、Al2O3/TiO2、SiO2/Al2O3、SiO2/MgO、Ni/Co值暗示其形成与火山作用有关。研究区硅质岩应为热水成因,且形成过程中受到陆源物质和火山作用的双重影响,形成于大陆边缘裂谷沉积环境。