页岩气开发机理和数值模拟

Matrix
Matrix
Shaul et al., 2005 Warren & Root, Cacas et al.,1963 2001
方法讨论 • 裂缝模型的不确定性
方向 & 位置 孔径 长度 裂缝传导率 孔隙度 基质-裂缝传导系数
方法讨论
• 集合卡曼滤波
生成样本集 合 数据同化 预测 更新模型 回到第 二步
500 1000 Time (Days)
1500
500 1000 Time (Days)
1500
500 1000 Time (Days)
1500
WGPR (STB/D)
2
4 x 10 Producer 1 - Update Step: 10
2
4 x 10 Producer 1 - Update Step: 40
页岩气开发机理和数值模拟
北京大学工学院 张东晓
April 16-17, 2012
页岩气国际学术研讨会 中国地大（北京）
页岩气
• 富含有机物的页岩可作为天 然气资源
• 泥盆纪页岩,含 5-65% 有机物
• 低孔隙度
• 低渗透率
• 页岩气储量:
•全球：411 Gtoe
•美国页岩气产量稳步上升
•从1990年起每5年翻一倍
• 岩相对压力的响应决定压裂的裂缝网络的形态
水平井
•已经证明：在水平完井段进行水力压裂比在垂直完井 段更高效: • 2 倍成本 • 3 倍产量
Source: Devon
简介
生产机制
控制产量的关键因素
主裂缝的储量
解吸& 扩散
1. 2.
与井连通的裂缝网络 基质中的气含量
微裂缝中的储量
数值模拟和历史拟合
通过观测数据确定储层的性质 生成能反映页岩气储层的模型 用反问题模型和历史拟合方法调整储层模型，以 得到更好的预测 对储层性质做估计，使其能够描述富含裂缝的页 岩储层的复杂行为
方法讨论
裂缝储层的数值模拟
局部网格细化 离散裂缝网络 双孔双渗模型
Fracture
Fracture
5000 4000 3000 2000 0
History Matching Preditions Measurements
5000 4000 3000 2000 0
2
WGPR (MSCF/D)
4 x 10 Producer 1 - Initial Ensemble
Preditions Measurements 1.5 1 0.5 0 0
Data Match – Producer 1
Producer 1 - Update Step: 10 6000
WGPR (STB/D)
Producer 1 - Update Step: 40 6000 History Matching Preditions Measurements
WGPR (STB/D)
Source: Devon
通过水力压裂开采天然气
1500
1000
500
0
观测井
南北向 (ft)
-500
-1000
-1500
-2000
-2500
-3000 -1000
-500
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
东西向 (ft)
对非常规气藏的非常规考虑
• 当渗透率低到一定程度，渗透率具体是1 nD, 10 nD 还是 100 nD已不再那么重要 • 扩散起作用 • 问题在于岩层怎样被压裂: • 整齐的大裂缝？ • 零碎的小裂缝？
Barnett页岩
•Barnett 页岩既是储层和气源，也起圈闭和保存的作用 •天然裂缝没有广泛发育但可被压裂
Frequency
•含水饱和度 < 30% •闭合的裂缝被方解石填充 •渗透率: 1 nD – 1 D •孔隙度: 3-5% •储层厚度: 400-600ft •钻井深度: 6,000-9,000 ft •储量: 1.25 BCF/well (垂直井) •压力梯度: 0.52 psi/ft
先验模型
Property Matrix Porosity Fracture Porosity Matrix Permeability Fracture Permeability Mean 0.07 5.005E-4 -4.5 log(mD) 2.5 Standard Deviation 0.029 2.88E-4 1 1





来自百度文库
方法讨论
• 为什么采用集合卡曼滤波+
双孔双渗模型?
双孔双渗: 不要求知道裂缝孔径、 形状等. 历史拟合: 基于观测调整裂缝性质
不会因为更新了裂缝性质而需调整
网格 集合卡曼滤波: 自动更新模型
Courtesy Fracman
算例
Well 1 Well 2
Well 3 Well 4
y
u j
更新方程 y1 ln k 1 f T T f y2 d y j CY H P HC H C Hy Y D obs j y Y j S 卡曼增益 yN 1 T GP R e Y f Y f Y f CY Y f P R N e W 1
1.5
WGPR (STB/D)
History Matching Preditions Measurements
1.5
History Matching Preditions Measurements
1
1
0.5 0 500 1000 Time (Days) 1500
0.5 0 500 1000 Time (Days) 1500
Sol Carpenter Heirs 7
30 25 20 15 10 5 0
0 10 0
20 0
30 0
40 0
50 0
60 0
70 0
80 0
Perm, pd
90 0 10 00
页岩气开采
• 页岩气中没有“干井”! 问题的关键是怎样开采天然 气？ •Barnett页岩渗透率相当低, 开采天然气需要人工增产手 段，比如水力压裂 •冻胶压裂: 成本太高 •轻砂水力压裂: 有效 •10-15% 采收率
Average Data Mismatch
Gas Production Average Data Mismatch 2000 1500 1000 500 0 0