本發(fā)明屬于頁巖氣開采作業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于擴(kuò)散系數(shù)的分支水平井開采方法。

背景技術(shù)：

在頁巖氣開發(fā)中，在水平井基礎(chǔ)上鉆取分支井可以增加目的層長度、增大泄油面積，提高油氣產(chǎn)量，因此，自2010年頁巖氣開采成本降低以后，我國分支水平井鉆井技術(shù)發(fā)展迅速，并進(jìn)入規(guī)?；瘧?yīng)用階段。目前，分支水平井技術(shù)是開采頁巖氣儲(chǔ)層比較有效的手段。在頁巖氣井的開采中，為了獲得最大的累計(jì)產(chǎn)量，一般地，一種方法是控制氣井水平井井底的壓力不變，另一種方法是控制氣井的井口流量不變。

但是，現(xiàn)有的頁巖氣分支水平井開采方法通常存在不足之處：保持井底壓力不變而隨著時(shí)間的推移，氣井的產(chǎn)量逐漸降低，氣井開采的經(jīng)濟(jì)效益也隨之降低；若是保持井口流量不變而隨著時(shí)間的推移，地層壓力差導(dǎo)致水平井井底產(chǎn)出地層水，地層水堵塞頁巖氣的氣流通道，降低氣井的開發(fā)壽命。這兩種開采方法都沒有考慮頁巖氣在儲(chǔ)集層的擴(kuò)散能力，即頁巖氣的分子擴(kuò)散系數(shù)，這是頁巖氣的物理性質(zhì)之一。擴(kuò)散系數(shù)是沿?cái)U(kuò)散方向，在單位時(shí)間每單位濃度梯度的條件下，垂直通過單位面積所擴(kuò)散某物質(zhì)的質(zhì)量或摩爾數(shù)，一般由實(shí)驗(yàn)測定。因此現(xiàn)有技術(shù)中亟需一種考慮頁巖氣擴(kuò)散系數(shù)以便提高頁巖氣采收率的分支水平井開采方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于擴(kuò)散系數(shù)的分支水平井開采方法，解決了現(xiàn)有頁巖氣分支水平井開采中存在的隨著開采時(shí)間的延長，水平井井底地層水堵塞頁巖氣的氣流通道，降低氣井的開發(fā)壽命的問題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種基于擴(kuò)散系數(shù)的分支水平井開采方法，具體按照以下步驟實(shí)施：

步驟1：確定目標(biāo)儲(chǔ)層的巖心絕對(duì)滲透率k₀、巖心擴(kuò)散系數(shù)D_k和頁巖氣的粘度μ_g；

步驟2：建立擴(kuò)散系數(shù)影響下的氣水兩相滲流公式：

式中，k_rw表示水相相對(duì)滲透率；μ_w表示水相粘度；表示儲(chǔ)集層的壓力梯度；q_w表示分支水平井的理論日產(chǎn)水量；q_g表示分支水平井的日產(chǎn)氣量；k_rg表示頁巖氣相對(duì)滲透率；D_k表示巖心擴(kuò)散系數(shù)；p表示儲(chǔ)集層任意位置的壓力；

步驟3：計(jì)算分支水平井頁巖氣產(chǎn)量的理論值q₀；

步驟4：根據(jù)步驟3中的q₀進(jìn)行分支水平井日實(shí)際產(chǎn)量q_s的投產(chǎn)，即使q_s＝q₀，同時(shí)記錄生產(chǎn)時(shí)間，并繪制分支水平井日實(shí)際產(chǎn)量和時(shí)間的曲線圖A，以及繪制分支水平井日實(shí)際產(chǎn)水量和時(shí)間的曲線圖B；

步驟5：當(dāng)所述步驟4的曲線圖A出現(xiàn)跳變點(diǎn)時(shí)，調(diào)整分支水平井的產(chǎn)量q_s，記為q₁；

步驟6：根據(jù)步驟5中的q₁進(jìn)行分支水平井的日實(shí)際產(chǎn)量q_s的投產(chǎn)，即使q_s＝q₁，并記錄生產(chǎn)時(shí)間，并繪制分支水平井日實(shí)際產(chǎn)量和時(shí)間的曲線圖A，以及繪制分支水平井日實(shí)際產(chǎn)水量和時(shí)間的曲線圖B；

步驟7：當(dāng)所述步驟6的曲線圖A出現(xiàn)跳變點(diǎn)時(shí)，調(diào)整分支水平井的日實(shí)際產(chǎn)量q_s，記為q₂；

步驟8：重復(fù)步驟6和步驟7直至分支水平井產(chǎn)量和時(shí)間的曲線圖A不出現(xiàn)跳變點(diǎn)為止，此時(shí)分支水平井的日實(shí)際產(chǎn)量將不再進(jìn)行調(diào)整；

步驟9：在分支水平井日實(shí)際產(chǎn)水量和時(shí)間的曲線圖B上對(duì)日產(chǎn)水量求和得到累計(jì)產(chǎn)水量Q_水總，當(dāng)累計(jì)產(chǎn)水量和臨界產(chǎn)水量相等時(shí)，分支水平井報(bào)廢。

本發(fā)明的特點(diǎn)還在于：

步驟3中計(jì)算分支水平井頁巖氣產(chǎn)量的理論值q₀的具體方法為：

按照穩(wěn)定滲流理論，利用擬函數(shù)法對(duì)公式(1)進(jìn)行積分得出頁巖氣產(chǎn)量公式為：

式中，l₀表示氣層水平長度；Z_sc表示標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體壓縮因子；T_sc表示標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下溫度；ρ_gsc表示標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體密度；p_sc表示標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下壓力；T表示地層溫度；Z表示氣體壓縮因子；p_e表示原始地層壓力；p_wn表示水平井分支井底壓力，R(t)表示水平井分支影響下的動(dòng)邊界；r_wn表示分支井井筒半徑。

步驟5中調(diào)整分支水平井的產(chǎn)量q_s的具體方法為：

步驟5.1：根據(jù)分支水平井的鉆井和射孔資料確定分支數(shù)m和各相鄰分支井射孔位置的間距l(xiāng)，并建立基于擴(kuò)散系數(shù)的調(diào)整函數(shù)如下：

其中

式中，β表示頁巖地層壓力傳播系數(shù)；v表示地層壓力降傳播速度；f(t)表示調(diào)整函數(shù)；t表示開采時(shí)間；INT()表示取整函數(shù)；p表示地層壓力；

步驟5.2：按照步驟5.1的調(diào)整函數(shù)對(duì)分支水平井的產(chǎn)量q_s進(jìn)行調(diào)整，

式中，q₁表示氣井井口調(diào)整日產(chǎn)量。

步驟9中累計(jì)產(chǎn)水量Q_水總的計(jì)算方法為：

式中，q_{日產(chǎn)水}表示頁巖氣井日實(shí)際產(chǎn)水量；

步驟9中臨界產(chǎn)水量通過目標(biāo)儲(chǔ)集層的探井和試井資料來確定。

步驟1中巖心絕對(duì)滲透率k₀通過巖心滲透率自動(dòng)測定儀測定。

步驟1中巖心擴(kuò)散系數(shù)D_k通過實(shí)驗(yàn)室測定獲得。

步驟1中頁巖氣的粘度μ_g通過曲線擬合法獲得。

本發(fā)明的有益效果是：

1、一種基于擴(kuò)散系數(shù)的分支水平井開采方法，按照分支水平井頁巖氣開采的特點(diǎn)，建立了考慮頁巖氣擴(kuò)散系數(shù)的氣水兩相滲流公式，可以充分開采儲(chǔ)集層的頁巖氣從而提高頁巖氣的采收率；

2、建立了基于擴(kuò)散系數(shù)的調(diào)整函數(shù)，可以合理的調(diào)整氣井的產(chǎn)量，避免了盲目的調(diào)整，減小了對(duì)氣層的破壞；

3、建立了按照基于擴(kuò)散系數(shù)的調(diào)整函數(shù)分級(jí)調(diào)整氣井井口流量的公式，通過選擇合理的分級(jí)調(diào)整頁巖氣的井口流量，可以降低地層生產(chǎn)壓差，從而減緩地層水水竄，延長分支水平井的開采壽命；

4、按照基于擴(kuò)散系數(shù)的開采方法在生產(chǎn)曲線圖上出現(xiàn)躍變點(diǎn)時(shí)，選擇合適的調(diào)整時(shí)機(jī)，可以延緩壓降漏斗波及到的區(qū)域的壓力降落速度，延長解吸氣析出時(shí)間和析出量，從而整體上增加累計(jì)產(chǎn)量；在躍變點(diǎn)產(chǎn)生后進(jìn)行調(diào)整，有利于頁巖氣及時(shí)攜帶水平井筒內(nèi)的產(chǎn)出水，降低氣水混合物返還井底的危害，減少產(chǎn)出水在井底的聚集，從而降低了維護(hù)費(fèi)用，效率高，節(jié)省了維護(hù)成本。

附圖說明

圖1是曲線A的示意圖；

圖2是曲線B的示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供一種基于擴(kuò)散系數(shù)的分支水平井開采方法，具體包括以下步驟：

步驟1：確定目標(biāo)儲(chǔ)層的巖心絕對(duì)滲透率k₀、巖心擴(kuò)散系數(shù)D_k和頁巖氣的粘度μ_g，其中巖心絕對(duì)滲透率k₀通過巖心滲透率自動(dòng)測定儀測定，巖心擴(kuò)散系數(shù)D_k通過實(shí)驗(yàn)室測定獲得，頁巖氣的粘度μ_g通過曲線擬合法獲得；

步驟2：建立擴(kuò)散系數(shù)影響下的氣水兩相滲流公式：

式中，k_rw表示水相相對(duì)滲透率；μ_w表示水相粘度；表示儲(chǔ)集層的壓力梯度；q_w表示分支水平井的理論日產(chǎn)水量；q_g表示分支水平井的日產(chǎn)氣量；k_rg表示頁巖氣相對(duì)滲透率；D_k表示巖心擴(kuò)散系數(shù)；p表示儲(chǔ)集層任意位置的壓力；

步驟3：計(jì)算分支水平井頁巖氣產(chǎn)量的理論值q₀，具體方法為：

按照穩(wěn)定滲流理論，利用擬函數(shù)法對(duì)公式(1)進(jìn)行積分得出頁巖氣產(chǎn)量公式為：

式中，l₀表示氣層水平長度；Z_sc表示標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體壓縮因子；T_sc表示標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下溫度；ρ_gsc表示標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體密度；p_sc表示標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下壓力；T表示地層溫度；Z表示氣體壓縮因子；p_e表示原始地層壓力；p_wn表示水平井分支井底壓力；R(t)表示水平井分支影響下的動(dòng)邊界；r_wn表示分支井井筒半徑；

步驟4：根據(jù)步驟3中的q₀進(jìn)行分支水平井日實(shí)際產(chǎn)量q_s的投產(chǎn)，即使q_s＝q₀，并記錄生產(chǎn)時(shí)間，并繪制分支水平井日實(shí)際產(chǎn)量和時(shí)間的曲線圖A，以及繪制分支水平井日實(shí)際產(chǎn)水量和時(shí)間的曲線圖B；

步驟5：當(dāng)所述步驟4的曲線圖A出現(xiàn)跳變點(diǎn)時(shí)，調(diào)整分支水平井的產(chǎn)量q_s，記為q₁；

調(diào)整分支水平井的產(chǎn)量q_s的具體方法為：

步驟5.1：根據(jù)分支水平井的鉆井和射孔資料確定分支數(shù)m和各相鄰分支井射孔位置的間距l(xiāng)，并建立基于擴(kuò)散系數(shù)的調(diào)整函數(shù)如下：

其中

式中，β表示頁巖地層壓力傳播系數(shù)；v表示地層壓力降傳播速度；f(t)表示調(diào)整函數(shù)；t表示開采時(shí)間；INT()表示取整函數(shù)；p表示地層壓力；

步驟5.2：按照步驟5.1的調(diào)整函數(shù)對(duì)分支水平井的產(chǎn)量q_s進(jìn)行調(diào)整，

式中，q₁表示氣井井口調(diào)整日產(chǎn)量；

步驟6：根據(jù)步驟5中的q₁進(jìn)行分支水平井的日實(shí)際產(chǎn)量q_s的投產(chǎn)，即使q_s＝q₁，并記錄生產(chǎn)時(shí)間，并繪制分支水平井日實(shí)際產(chǎn)量和時(shí)間的曲線圖A，以及繪制分支水平井日實(shí)際產(chǎn)水量和時(shí)間的曲線圖B；

步驟7：當(dāng)所述步驟6的曲線圖A出現(xiàn)跳變點(diǎn)時(shí)，調(diào)整分支水平井的產(chǎn)量q_s，記為q₂；

步驟8：重復(fù)步驟6和步驟7直至分支水平井產(chǎn)量和時(shí)間的曲線圖A不出現(xiàn)跳變點(diǎn)為止，此時(shí)分支水平井的日實(shí)際產(chǎn)量將不再進(jìn)行調(diào)整；

步驟9：在分支水平井日實(shí)際產(chǎn)水量和時(shí)間的曲線圖B上對(duì)日產(chǎn)水量求和得到累計(jì)產(chǎn)水量Q_水總，所述累計(jì)產(chǎn)水量Q_水總的計(jì)算方法為：

式中，q_{日產(chǎn)水}表示頁巖氣井日實(shí)際產(chǎn)水量；

當(dāng)累計(jì)產(chǎn)水量和臨界產(chǎn)水量相等時(shí)，分支水平井報(bào)廢。

顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本申請(qǐng)一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒旧暾?qǐng)中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本申請(qǐng)保護(hù)的范圍。由于頁巖氣井的總的產(chǎn)氣量包含氣層壓力下降導(dǎo)致的產(chǎn)量和頁巖氣解吸氣導(dǎo)致的產(chǎn)量兩部分，因此通過調(diào)整頁巖氣的井口產(chǎn)量可以達(dá)到延緩地層水產(chǎn)出和延長氣井壽命以便增加解吸氣產(chǎn)量，從而最終達(dá)到增加頁巖氣井總產(chǎn)量的目的。

一種基于擴(kuò)散系數(shù)的分支水平井開采方法，按照分支水平井頁巖氣開采的特點(diǎn)，建立了考慮頁巖氣擴(kuò)散系數(shù)的氣水兩相滲流公式，可以充分開采儲(chǔ)集層的頁巖氣從而提高頁巖氣的采收率；建立了基于擴(kuò)散系數(shù)的調(diào)整函數(shù)，可以合理的調(diào)整氣井的產(chǎn)量，避免了盲目的調(diào)整，減小了對(duì)氣層的破壞；建立了按照基于擴(kuò)散系數(shù)的調(diào)整函數(shù)分級(jí)調(diào)整氣井井口流量的公式，通過選擇合理的分級(jí)調(diào)整頁巖氣的井口流量，可以降低地層生產(chǎn)壓差，從而減緩地層水水竄，延長分支水平井的開采壽命；按照基于擴(kuò)散系數(shù)的開采方法在生產(chǎn)曲線圖上出現(xiàn)躍變點(diǎn)時(shí)，選擇合適的調(diào)整時(shí)機(jī)，可以延緩壓降漏斗波及到的區(qū)域的壓力降落速度，延長解吸氣析出時(shí)間和析出量，從而整體上增加累計(jì)產(chǎn)量；在躍變點(diǎn)產(chǎn)生后進(jìn)行調(diào)整，有利于頁巖氣及時(shí)攜帶水平井筒內(nèi)的產(chǎn)出水，降低氣水混合物返還井底的危害，減少產(chǎn)出水在井底的聚集，從而降低了維護(hù)費(fèi)用，效率高，節(jié)省了維護(hù)成本。