一種頁巖氣藏水平井多段壓裂產能預測方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及油氣田開發技術領域，特別涉及一種頁巖氣藏水平井多段壓裂產能預 測方法及裝置。
【背景技術】
[0002] 全球頁巖氣總量約為456X 1012m3,相當于煤層氣和致密砂巖氣（兩種非常規氣） 儲量的總和。美國頁巖氣革命，使得美國天然氣常量顯著增長，世界能源格局隨之也發生了 顯著的變化。頁巖氣開發成為世界能源開發的新熱點。
[0003] 頁巖氣主要存在于富有機質的泥頁巖及夾層中，以吸附氣和游離氣存在。在頁巖 氣藏儲層中，儲層空隙結構復雜，主要為微孔隙和納米空隙。水平井分段壓裂工藝被公認為 是提高頁巖氣產量的有效工藝之一，目前已在國內頁巖氣藏開發中被廣泛運用。
[0004] 頁巖氣產能預測經歷了經驗法、解析法和數值模擬法。在頁巖氣早期的產能預測 中，通過頁巖氣開采實踐，建立圖版，采用經驗法進行預測。此方法具有顯著的局限性，受到 油藏地質條件、開發方案、地理位置等因素的影響。而解析法則通過建立數學模型，推導出 頁巖氣產能公式的解析解。此方法為得到產能公式的解析解，在數學模型的建立前，必須依 靠理想化的物理模型假設。在數值模擬法中，主要采用有限元法、有限差分法、邊界元法進 行數值模擬，需要對網格進行重復的劃分，并且不能對頁巖氣多段壓裂后產能進行準確預 測。

【發明內容】

[0005] 為解決現有技術的問題，本發明提出一種頁巖氣藏水平井多段壓裂產能預測方法 及裝置，通過建立描述體積壓裂頁巖儲層中氣體多尺度流動的擴展有限元-雙滲介質模 型，可準確快速的對頁巖氣多段壓裂后產能進行預測。
[0006] 為實現上述目的，本發明提供了一種頁巖氣藏水平井多段壓裂產能預測方法，包 括：
[0007] 獲取壓裂改造后頁巖氣藏原始參數；
[0008] 利用所述頁巖氣藏原始參數對目標區域建立物理模型，獲得頁巖基質中氣體流動 的強形式控制方程、裂縫網絡中氣體流動的強形式控制方程；
[0009] 利用頁巖基質中氣體流動的強形式控制方程、裂縫網絡中氣體流動的強形式控制 方程建立頁巖基質中氣體流動的控制方程、裂縫系統中流動的綜合控制方程；
[0010] 建立強間斷擴充函數；并將所述強間斷擴充函數代入頁巖基質中氣體流動的控制 方程、裂縫系統中流動的綜合控制方程，求解得到裂縫壓力分布；
[0011] 將所述裂縫壓力分布代入產能方程，獲得頁巖氣產能。
[0012] 優選地，所述物理模型包括基質區Qni、體積改造區Qs以及大尺度裂縫區域Ω f; 其中，目標區域的外邊界由r。表示，體積改造區ω 體積改造區的外邊界r 3和內邊界 (「，、G )共同構成，大尺度裂縫區域Qf的外邊界由Γ)、Γ〗包圍而成。
[0013] 優選地，所述物理模型的特征包括：頁巖氣流入井筒所通過的介質依次為：頁巖 基質、裂縫、井筒；基質壓力系統在主裂縫處反映出弱間斷特征；頁巖氣儲層中的一切流動 均為等溫過程，且符合達西定律。
[0014] 優選地，所述頁巖基質中氣體流動的強形式控制方程的表達式為：
[0016] 其中，Pni表示基質氣體密度；氡表示基質孔隙度；Ctni表示基質總壓縮系數；β p 表示氣體壓縮系數；Pni表示基質壓力；Kni表示基質滲透率；μ "表示基質氣體粘度；pf表示裂 縫壓力；Pni表示基質區內受氣體密度、滲透率、孔隙度、孔隙迂曲度影響的綜合壓縮系數； C a為基質頁巖吸附氣隨壓力變化的解吸率。
[0017] 優選地，所述裂縫網絡中氣體流動的強形式控制方程的表達式為：
[0019] 其中，P f表示裂縫氣體密度；％表示裂縫孔隙度；Ctf表示裂縫總壓縮系數；ρ f表 示裂縫壓力；Kf表示裂縫滲透率；μ f表示裂縫氣體粘度；Kni表示基質滲透率；β ￡表示體積 改造區內受氣體密度、滲透率、孔隙度、孔隙迂曲度影響的綜合壓縮系數；符號y是在整體 直角坐標系（x，y)下的哈密頓算子。
[0020] 優選地，所述頁巖基質中氣體流動的控制方程的表達式為：
[0022] 其中，δ表示變分符號。
[0023] 優選地，所述裂縫系統中流動的綜合控制方程的表達式為：
[0025] 優選地，所述強間斷擴充函數的表達式為：
[0027] 其中，N表示節點集合；i表示常規有限元節點；j表示受擴展有限元擴充處理的節 點（擴充節點）；a]表示擴充節點上的附加自由度；pi表示節點上的常規自由度；為擴 充節點集合A1(X)為常規有限元節點i上的常規形函數；Nj(X)為擴充節點j上的擴充形 函數；Φ (X)為水平集函數；P(X)表示流體壓力的近似格式。
[0028] 優選地，所述產能方程的表達式為：
[0030] 其中，Hf表示目標區域的儲層厚度；B g表示氣體體積系數；μ表示氣體粘度；n f表 示裂縫條數；^表示井眼半徑；kx, f表示主裂縫的滲透率;wf表示主裂縫縫寬。
[0031] 為實現上述目的，本發明還提供了一種頁巖氣藏水平井多段壓裂產能預測裝置， 包括：
[0032] 原始參數獲得單元，用于獲取壓裂改造后頁巖氣藏原始參數；
[0033] 第一控制方程獲得單元，用于利用所述頁巖氣藏原始參數對目標區域建立物理 模型，獲得頁巖基質中氣體流動的強形式控制方程、裂縫網絡中氣體流動的強形式控制方 程；
[0034] 第二控制方程獲得單元，用于利用頁巖基質中氣體流動的強形式控制方程、裂縫 網絡中氣體流動的強形式控制方程建立頁巖基質中氣體流動的控制方程、裂縫系統中流動 的綜合控制方程；
[0035] 裂縫壓力分布獲得單元，用于建立強間斷擴充函數；并將所述強間斷擴充函數代 入頁巖基質中氣體流動的控制方程、裂縫系統中流動的綜合控制方程，求解得到裂縫壓力 分布；
[0036] 頁巖氣產能預測單元，用于將所述裂縫壓力分布代入產能方程，獲得頁巖氣產能。
[0037] 上述技術方案具有如下有益效果：
[0038] 劃分網格時可以不考慮裂縫的位置，節約計算成本；建立描述體積壓裂頁巖儲層 中氣體多尺度流動的擴展有限元-雙滲介質模型，可準確快速的對頁巖氣多段壓裂后產能 進行預測，為頁巖氣藏開發工藝參數的優化、經濟性評價、提供了科學依據，具有良好的市 場前景。
【附圖說明】
[0039] 為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以 根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0040] 圖1為本發明提出的一種頁巖氣藏水平井多段壓裂產能預測方法流程圖；
[0041] 圖2為本實施例生產1天后基質壓力分布圖；
[0042] 圖3為本實施例生產10天后基質壓力分布圖；
[0043] 圖4為本實施例生產100天后基質壓力分布圖；
[0044] 圖5為本實施例生產1000天后基質壓力分布圖；
[0045] 圖6為產能及累積產能變化趨勢示意圖；
[0046] 圖7為本發明提出的一種頁巖氣藏水平井多段壓裂產能預測裝置框圖。
【具體實施方式】
[0047] 下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于 本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0048] 本技術方案的工作原理為：在擴展有限元法模擬裂縫擴展時，不需要對網格進行 重復的劃分，節約計算成本，同時能在裂縫面和裂縫尖端采用增強函數構造非連續性，可以 在粗網格上獲得精確解答。
[0049] 基于上述分析，本發明提出一種頁巖氣藏水平井多段壓裂產能預測方法，如圖1 所示。包括：
[0050] 步驟101):獲取壓裂改造后頁巖氣藏原始參數；
[0051] 測取壓裂改造后頁巖氣藏原始參數，包括如下表1所示的原始參數：
[0054] 步驟102):利用所述頁巖氣藏原始參數對目標區域建立物理模型，獲得頁巖基質 中氣體流動的強形式控制方程、裂縫網絡中氣體流動的強形式控制方程；
[0055] 頁巖氣在壓裂后的頁巖儲層中的流動涉及多種流動機理，包括頁巖氣的吸附解 析、納米孔隙中的克努森流動、裂縫中的達西流動。基質系統壓力場在主裂縫處可假設存在 弱間斷特征。與場函數有關的強弱間斷問題可采用擴展有限單元法來解決。通過建立描述 壓裂后頁巖儲層中氣體流動的擴展有限元-雙滲介質模型來對頁巖氣的產能進行預測。
[0056] 整個研究區域Ω被分層三個部分，包括基質區Qni、體積改造區域QsW及大尺 度裂縫區域Q f。區域Ω的外邊界是Γ\，區域Qs由體積改造區域的外邊界Γ 3和內邊界 GUrrf*同構成，后者也是區域Qf的外邊界。其中，Ω表示整個地層；Q ni表示不存在裂 縫的基質區域；Qs表示存在中小尺度裂縫的體積改造區域；Ω f表示大尺度裂縫所占區域； Γ s表示體積改造區Ω s的外圍邊界；巧 T〕表示圍成大尺度裂縫的兩條裂縫邊界線。
[0057] 考慮大裂縫（高滲透率、高導流能力）決定著儲層中流體流動的主要方向，本模型 在網格劃分時顯式地處理每條宏觀裂縫。
[0058] 物理模型的假設條件：
[0059] (1)將整個頁巖氣儲層劃分為三個區域，即基質區Qni、體積改造區域及大尺 度