頁(yè)巖氣開發(fā)機(jī)理和數(shù)值模擬-張東曉-北京大學(xué)

頁(yè)巖氣開發(fā)機(jī)理和數(shù)值模擬—張東曉—北京大學(xué)第一頁(yè)，共27頁(yè)。頁(yè)巖氣

頁(yè)巖氣儲(chǔ)量:全球：411Gtoe美國(guó)頁(yè)巖氣產(chǎn)量穩(wěn)步上升從1990年起每5年翻一倍

富含有機(jī)物的頁(yè)巖可作為天然氣資源

泥盆紀(jì)頁(yè)巖,含5-65%有機(jī)物

低孔隙度

低滲透率第二頁(yè)，共27頁(yè)。Barnett頁(yè)巖Barnett頁(yè)巖既是儲(chǔ)層和氣源，也起圈閉和保存的作用天然裂縫沒(méi)有廣泛發(fā)育但可被壓裂含水飽和度<30%閉合的裂縫被方解石填充滲透率:1nD–1D孔隙度:3-5%儲(chǔ)層厚度:400-600ft鉆井深度:6,000-9,000ft儲(chǔ)量:1.25BCF/well(垂直井)壓力梯度:0.52psi/ft第三頁(yè)，共27頁(yè)。頁(yè)巖氣開采

頁(yè)巖氣中沒(méi)有“干井”!問(wèn)題的關(guān)鍵是怎樣開采天然氣？Barnett頁(yè)巖滲透率相當(dāng)?shù)?開采天然氣需要人工增產(chǎn)手段，比如水力壓裂凍膠壓裂:成本太高輕砂水力壓裂:有效10-15%采收率Source:Devon第四頁(yè)，共27頁(yè)。-3000-2500-2000-1500-1000-500050010001500-1000-500050010001500200025003000東西向(ft)南北向(ft)通過(guò)水力壓裂開采天然氣觀測(cè)井第五頁(yè)，共27頁(yè)。對(duì)非常規(guī)氣藏的非常規(guī)考慮

當(dāng)滲透率低到一定程度，滲透率具體是1nD,10nD還是100nD已不再那么重要

擴(kuò)散起作用

問(wèn)題在于巖層怎樣被壓裂:

整齊的大裂縫？

零碎的小裂縫？

巖相對(duì)壓力的響應(yīng)決定壓裂的裂縫網(wǎng)絡(luò)的形態(tài)第六頁(yè)，共27頁(yè)。水平井已經(jīng)證明：在水平完井段進(jìn)行水力壓裂比在垂直完井段更高效:2倍成本3倍產(chǎn)量Source:Devon第七頁(yè)，共27頁(yè)。簡(jiǎn)介主裂縫的儲(chǔ)量生產(chǎn)機(jī)制微裂縫中的儲(chǔ)量解吸&擴(kuò)散控制產(chǎn)量的關(guān)鍵因素與井連通的裂縫網(wǎng)絡(luò)基質(zhì)中的氣含量第八頁(yè)，共27頁(yè)。數(shù)值模擬和歷史擬合通過(guò)觀測(cè)數(shù)據(jù)確定儲(chǔ)層的性質(zhì)生成能反映頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的模型用反問(wèn)題模型和歷史擬合方法調(diào)整儲(chǔ)層模型，以得到更好的預(yù)測(cè)對(duì)儲(chǔ)層性質(zhì)做估計(jì)，使其能夠描述富含裂縫的頁(yè)巖儲(chǔ)層的復(fù)雜行為第九頁(yè)，共27頁(yè)。方法討論FractureMatrixFractureMatrixWarren&Root,1963Cacasetal.,2001Shauletal.,2005裂縫儲(chǔ)層的數(shù)值模擬局部網(wǎng)格細(xì)化離散裂縫網(wǎng)絡(luò)雙孔雙滲模型第十頁(yè)，共27頁(yè)。方法討論裂縫模型的不確定性方向&位置孔徑長(zhǎng)度裂縫傳導(dǎo)率孔隙度基質(zhì)-裂縫傳導(dǎo)系數(shù)第十一頁(yè)，共27頁(yè)。方法討論集合卡曼濾波更新方程卡曼增益第十二頁(yè)，共27頁(yè)。方法討論為什么采用集合卡曼濾波+雙孔雙滲模型?雙孔雙滲:不要求知道裂縫孔徑、形狀等.歷史擬合:基于觀測(cè)調(diào)整裂縫性質(zhì)不會(huì)因?yàn)楦铝肆芽p性質(zhì)而需調(diào)整網(wǎng)格集合卡曼濾波:自動(dòng)更新模型CourtesyFracman第十三頁(yè)，共27頁(yè)。Well3Well1Well2Well4算例第十四頁(yè)，共27頁(yè)。先驗(yàn)?zāi)Ｐ蚉ropertyMeanStandardDeviationMatrixPorosity0.070.029FracturePorosity5.005E-42.88E-4MatrixPermeability-4.5log(mD)1FracturePermeability2.51第十五頁(yè)，共27頁(yè)。DataMatch–Producer1第十六頁(yè)，共27頁(yè)。AverageDataMismatch第十七頁(yè)，共27頁(yè)。FieldEstimation第十八頁(yè)，共27頁(yè)。FieldEstimation–FinalPressure第十九頁(yè)，共27頁(yè)。氣田實(shí)例：1

分塊模擬垂直井井網(wǎng)格塊逐漸減小的

φ

和

k第二十頁(yè)，共27頁(yè)。氣田實(shí)例：1垂直井：

AppalachianBasinEnKF第二十一頁(yè)，共27頁(yè)。氣田實(shí)例：1垂直井：

AppalachianBasin第二十二頁(yè)，共27頁(yè)。氣田實(shí)例：2水平井：

AppalachianBasin裂開的基質(zhì)塊水平井裂開的基質(zhì)塊水平井第二十三頁(yè)，共27頁(yè)。

裂縫孔隙度Stage3

孔隙度(%)01.53.04.51357911塊編號(hào)

裂縫孔隙度Stage4

孔隙度(%)01.53.04.51357911

塊編號(hào)*10-3*10-3

示蹤劑含量(Stage6)

初始集合標(biāo)準(zhǔn)化濃度02040050100Time(Days)

示蹤劑含量(Stage6)最終集合

標(biāo)準(zhǔn)化濃度0510050100Time(Days)EnKF集合預(yù)測(cè)實(shí)測(cè)值集合預(yù)測(cè)實(shí)測(cè)值

水生產(chǎn)速率

初始集合

水生產(chǎn)速率

最終集合

水生產(chǎn)速率(標(biāo)準(zhǔn)桶/天)02468050100Time(Days)050100Time(Days)EnKF集合預(yù)測(cè)實(shí)測(cè)值標(biāo)準(zhǔn)化水產(chǎn)量02468集合預(yù)測(cè)實(shí)測(cè)值

氣生產(chǎn)速率

標(biāo)準(zhǔn)化氣產(chǎn)量0123050100150Time(days)開始預(yù)測(cè)集合預(yù)測(cè)值實(shí)測(cè)值氣田實(shí)例：2第二十四頁(yè)，共27頁(yè)?？偨Y(jié)目標(biāo):用觀測(cè)數(shù)據(jù)估計(jì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層性質(zhì)歷史擬合:EnKF+DPDP

是處理致密儲(chǔ)層（頁(yè)巖）氣藏的有效工具需要的關(guān)鍵信息:裂縫的大致方向分塊模擬:針對(duì)真實(shí)頁(yè)巖氣田的例子可以有效地估計(jì)儲(chǔ)層性質(zhì)，包括裂縫體積所發(fā)展的模型能夠預(yù)測(cè)儲(chǔ)層行為第二十五頁(yè)，共27頁(yè)。簡(jiǎn)要回顧歷史MitchellEnergy&DevelopmentCo.在極低經(jīng)濟(jì)效益的情況下持續(xù)投入了17年上世紀(jì)90年代末，在水力壓裂取代凍膠壓裂后，經(jīng)濟(jì)效益得到了提升2002年，De