一种页岩气井开发效果的预测方法及装置与流程

1.本发明属于油气勘探与开发技术领域，具体涉及一种页岩气井开发效果的预测方法及装置。


背景技术：

2.页岩气井开发效果预测通常为一种油藏开发工程经验技术，根据已有页岩气井的产能数据进行联合分析，计算页岩气井今后的生产数据，从而预测其开发效果，最终评价其开采储量。
3.目前常用的方法为采用产率随时间衰减的arps(递减开发)模型、sedm(结构方程)模型以及duong(产量递减)模型。庞伟等(2017)在此基础上利用页岩气井的实测数据构建双对数图版的衰减模型；仰云峰(2017)采用产率衰减，甲烷同位素变重计算产量递减曲线。王军磊等(2014)为消除单一模型的不确定性，建立了以流态识别、解析分析和经验分析为核心的多数据分析方法的综合模型。同时郭艳东(2018)考虑吸附气和异常高压气藏岩石弹性能量影响，建立了基于物质平衡方程的页岩气井产能预测方法。王忠东(2017)从页岩气储层测井评价入手，在生产数据的基础上，引入总有机碳含量、矿物组份、孔隙度、饱和度、含气量、脆性指数等储层参数，以及井眼轨迹、压裂效果等因素与水平井产量的关系，从而评估页岩气井的开发效果。
4.基于上述的研究方法采用的生产数据通常均为已经勘探1-2年间的页岩气井数据，其适用范围主要为持续数年的开发井。而对于勘探初期、研究程度较低的新区或外围地区，则完全无法应用。为此，亟需探索一种新方法以适应于勘探程度较低地区的页岩气井，实现快速、有效、全局性的页岩气开发效果的预测方法。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提出一种页岩气井开发效果的预测方法及装置，适应于勘探程度较低地区的页岩气井。
6.有鉴于此，本发明提供了一种页岩气井开发效果的预测方法及装置，至少解决目前页岩气井开发效果的预测方法不能适用于勘探程度较低地区的页岩气井。
7.第一方面，本发明提供一种页岩气井开发效果的预测方法，包括：获取页岩气取心井全直径岩心取心时的泥浆密度和泥浆循环温度；采集页岩气取心井全直径岩心在所述泥浆循环温度下的解吸气量；建立所述解吸气量和解吸时间的扩散模型，获得统一化的扩散方程；基于所述统一化的扩散方程，计算所述页岩气取心井全直径岩心取心过程中游离气沿页岩层理缝达西渗流的速率；基于所述泥浆密度和所述达西渗流的速率，计算开发效果评价系数。
8.可选的，所述统一化的扩散方程为：
9.10.其中，q
t
为页岩在t时刻的解吸气量，q
∞
为t
→
∞时页岩的解吸气总量，n为解吸次数，d为页岩气扩散系数，r
p
为全直径岩心半径。
11.可选的，所述页岩气取心井全直径岩心取心过程中游离气沿页岩层理缝达西渗流的速率为所述统一化的扩散方程在解吸时间起始点时的切线斜率。
12.可选的，采用下述公式计算所述开发效果评价系数：
13.α＝k/d
14.其中，a为开发效果评价系数，k为达西渗流的速率，即统一化的扩散方程在解吸时间起始点时的切线斜率，d为泥浆密度。
15.可选的，所述页岩气取心井全直径岩心在所述泥浆循环温度下的解吸气量的采样时间间隔为30s至60s。
16.第二方面，本发明还提供一种页岩气井开发效果的预测装置，包括：泥浆密度检测设备，获取页岩气取心井全直径岩心取心时的泥浆密度；现场解吸仪，采集页岩气取心井全直径岩心在泥浆循环温度下的解吸气量；处理器，所述处理器与所述现场解吸仪连接，所述处理器执行以下步骤：建立所述解吸气量和解吸时间的扩散模型，获得统一化的扩散方程；基于所述统一化的扩散方程，计算所述页岩气取心井全直径岩心取心过程中游离气沿页岩层理缝达西渗流的速率；基于所述泥浆密度和所述达西渗流的速率，计算开发效果评价系数。
17.可选的，所述统一化的扩散方程为：
[0018][0019]
其中，q
t
为页岩在t时刻的解吸气量，q
∞
为t
→
∞时页岩的解吸气总量，n为解吸次数，d为页岩气扩散系数，r
p
为全直径岩心半径。
[0020]
可选的，所述页岩气取心井全直径岩心取心过程中游离气沿页岩层理缝达西渗流的速率为所述统一化的扩散方程在解吸时间起始点时的切线斜率。
[0021]
可选的，采用下述公式计算所述开发效果评价系数：
[0022]
α＝k/d
[0023]
其中，a为开发效果评价系数，k为达西渗流的速率，即统一化的扩散方程在解吸时间起始点时的切线斜率，d为泥浆密度。
[0024]
可选的，所述页岩气取心井全直径岩心在所述泥浆循环温度下的解吸气量的采样时间间隔为30s至60s。
[0025]
本发明的有益效果在于：本发明的页岩气井开发效果的预测方法建立解吸气量和解吸时间的扩散模型，获得统一化的扩散方程，基于统一化的扩散方程，计算页岩气取心井全直径岩心取心过程中游离气沿页岩层理缝达西渗流的速率，根据泥浆密度和达西渗流的速率，获得开发效果评价系数，可以有效的避免对页岩气井长期产能数据的必需性，适用于勘探程度较低地区的页岩气井，即在勘探新区上应用上具有即时性，可以提供第一时间的参考资料，也适用于勘探成熟区的的页岩气井，是一种快速、有效、便捷、适用性广的预测方法。
[0026]
本发明具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具
体实施例中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施例中进行详细陈述，这些附图和具体实施例共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
[0027]
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
[0028]
图1示出了根据本发明的一个实施例的一种页岩气井开发效果的预测方法的流程图。
[0029]
图2示出了根据本发明的一个实施例的一种页岩气井开发效果的预测方法的基于解吸气量和解吸时间的扩散模型求取斜率的示意图。
[0030]
图3示出了根据本发明的一个实施例的一种页岩气井开发效果的预测装置的框图。
[0031]
102、泥浆密度检测设备；104、现场解吸仪；106、处理器。
具体实施方式
[0032]
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。
[0033]
本发明提供一种页岩气井开发效果的预测方法，包括：获取页岩气取心井全直径岩心取心时的泥浆密度和泥浆循环温度；采集页岩气取心井全直径岩心在泥浆循环温度下的解吸气量；建立解吸气量和解吸时间的扩散模型，获得统一化的扩散方程；基于统一化的扩散方程，计算页岩气取心井全直径岩心取心过程中游离气沿页岩层理缝达西渗流的速率；基于泥浆密度和达西渗流的速率，计算开发效果评价系数。
[0034]
随着近年来页岩气的开发实践可知，页岩气的开发效果与其游离气的赋存比例密切相关，游离气比例高，致使异常高压的焦石坝地区为开发效果极佳的典型区。
[0035]
在全直径岩心的取心过程中(由井底到达井口)游离气沿页岩层理缝以达西渗流为主；且由于取心过程岩心匀速上升，岩心由井底时的内外压力平衡变为上升过程的内外等压差，则达西渗流的速率应为定值。同时泥浆密度大，则游离气散失少，井口初始解吸量高。而到达井口后，页岩气则以扩散为主，井口解吸初期由于岩心内外保持一定压差，取心过程的达西渗流与井口扩散解吸则为连续过渡(页岩岩心浸水实验中早期页岩气流动仍为连续串珠状可佐证)。
[0036]
在页岩现场含气量测试中，页岩气解吸扩散数据可以获取，基于上述的连续过渡过程，如何求得游离气达西渗流的速率则成为关键，进而预测其页岩气开发效果。
[0037]
具体的，记录页岩气取心井全直径岩心取心回次下的泥浆密度和泥浆循环温度，采集页岩气取心井全直径岩心在泥浆循环温度下的解吸气量，建立页岩现场解吸气量和解吸时间的扩散模型，获得统一化的扩散方程，求取页岩气取心井全直径岩心取心过程中游离气沿页岩层理缝达西渗流的速率，根据缝达西渗流的速率和泥浆密度求取开发效果评价系数。
[0038]
根据示例性的实施方式，页岩气井开发效果的预测方法建立解吸气量和解吸时间
的扩散模型，获得统一化的扩散方程，基于统一化的扩散方程，计算页岩气取心井全直径岩心取心过程中游离气沿页岩层理缝达西渗流的速率，根据泥浆密度和达西渗流的速率，获得开发效果评价系数，可以有效的避免对页岩气井长期产能数据的必需性，适用于勘探程度较低地区的页岩气井，即在勘探新区上应用上具有即时性，可以提供第一时间的参考资料，也适用于勘探成熟区的的页岩气井，是一种快速、有效、便捷、适用性广的预测方法。
[0039]
作为可选方案，统一化的扩散方程为：
[0040][0041]
其中，q
t
为页岩在t时刻的解吸气量，q
∞
为t
→
∞时页岩的解吸气总量，n为解吸次数，d为页岩气扩散系数，r
p
为全直径岩心半径。
[0042]
具体的，基于解吸气量，建立解吸气量和解吸时间的扩散模型，获得统一化的扩散方程，统一化的扩散方程具有全局性，较解吸数据更为稳定，可以消除解吸初始段数据异常点的影响。
[0043]
作为可选方案，页岩气取心井全直径岩心取心过程中游离气沿页岩层理缝达西渗流的速率为统一化的扩散方程在解吸时间起始点时的切线斜率。
[0044]
具体的，统一化的扩散方程的切线斜率为取心过程中(全直径岩心由井底到达井口)游离气沿页岩层理缝达西渗流的速率。所基于的原理为取心过程的达西渗流与井口扩散连续过渡。
[0045]
作为可选方案，采用下述公式计算开发效果评价系数：
[0046]
α＝k/d
[0047]
其中，a为开发效果评价系数，k为达西渗流的速率，即统一化的扩散方程在解吸时间起始点时的切线斜率，d为泥浆密度。
[0048]
具体的，开发效果评价系数为无量纲，将游离气达西渗流的速率剔除泥浆密度的影响获得的开发效果评价系数，使得不同取心井间可以进行对比。
[0049]
作为可选方案，页岩气取心井全直径岩心在泥浆循环温度下的解吸气量的采样时间间隔为30s至60s。
[0050]
具体的，页岩气取心井全直径岩心在泥浆循环温度下的解吸气量的采集频率为连续等间隔测量，每30s-60s采集一次，优选为30s。
[0051]
第二方面，本发明还提供一种页岩气井开发效果的预测装置，包括：泥浆密度检测设备，获取页岩气取心井全直径岩心取心时的泥浆密度；现场解吸仪，采集页岩气取心井全直径岩心在泥浆循环温度下的解吸气量；处理器，处理器与现场解吸仪连接，处理器执行以下步骤：建立解吸气量和解吸时间的扩散模型，获得统一化的扩散方程；基于统一化的扩散方程，计算页岩气取心井全直径岩心取心过程中游离气沿页岩层理缝达西渗流的速率；基于泥浆密度和达西渗流的速率，计算开发效果评价系数。
[0052]
随着近年来页岩气的开发实践可知，页岩气的开发效果与其游离气的赋存比例密切相关，游离气比例高，致使异常高压的焦石坝地区为开发效果极佳的典型区。
[0053]
在全直径岩心的取心过程中(由井底到达井口)游离气沿页岩层理缝以达西渗流为主；且由于取心过程岩心匀速上升，岩心由井底时的内外压力平衡变为上升过程的内外
等压差，则达西渗流的速率应为定值。同时泥浆密度大，则游离气散失少，井口初始解吸量高。而到达井口后，页岩气则以扩散为主，井口解吸初期由于岩心内外保持一定压差，取心过程的达西渗流与井口扩散解吸则为连续过渡(页岩岩心浸水实验中早期页岩气流动仍为连续串珠状可佐证)。
[0054]
在页岩现场含气量测试中，页岩气解吸扩散数据可以获取，基于上述的连续过渡过程，如何求得游离气达西渗流的速率则成为关键，进而预测其页岩气开发效果。
[0055]
具体的，通过泥浆密度检测设备获取页岩气取心井全直径岩心取心时的泥浆密度，通过现场解吸仪采集页岩气取心井全直径岩心在泥浆循环温度下的解吸气量，处理器建立页岩现场解吸气量和解吸时间的扩散模型，获得统一化的扩散方程，求取页岩气取心井全直径岩心取心过程中游离气沿页岩层理缝达西渗流的速率，根据缝达西渗流的速率和泥浆密度求取开发效果评价系数。
[0056]
根据示例性的实施方式，页岩气井开发效果的预测装置建立解吸气量和解吸时间的扩散模型，获得统一化的扩散方程，基于统一化的扩散方程，计算页岩气取心井全直径岩心取心过程中游离气沿页岩层理缝达西渗流的速率，根据泥浆密度和达西渗流的速率，获得开发效果评价系数，可以有效的避免对页岩气井长期产能数据的必需性，适用于勘探程度较低地区的页岩气井，即在勘探新区上应用上具有即时性，可以提供第一时间的参考资料，也适用于勘探成熟区的的页岩气井，是一种快速、有效、便捷、适用性广的预测方法。
[0057]
作为可选方案，统一化的扩散方程为：
[0058][0059]
其中，q
t
为页岩在t时刻的解吸气量，q
∞
为t
→
∞时页岩的解吸气总量，n为解吸次数，d为页岩气扩散系数，r
p
为全直径岩心半径。
[0060]
具体的，基于解吸气量，建立解吸气量和解吸时间的扩散模型，获得统一化的扩散方程，统一化的扩散方程具有全局性，较解吸数据更为稳定，可以消除解吸初始段数据异常点的影响。
[0061]
作为可选方案，页岩气取心井全直径岩心取心过程中游离气沿页岩层理缝达西渗流的速率为统一化的扩散方程在解吸时间起始点时的切线斜率。
[0062]
具体的，统一化的扩散方程的切线斜率为取心过程中(全直径岩心由井底到达井口)游离气沿页岩层理缝达西渗流的速率。所基于的原理为取心过程的达西渗流与井口扩散连续过渡。
[0063]
作为可选方案，采用下述公式计算开发效果评价系数：
[0064]
α＝k/d
[0065]
其中，a为开发效果评价系数，k为达西渗流的速率，即统一化的扩散方程在解吸时间起始点时的切线斜率，d为泥浆密度。
[0066]
具体的，开发效果评价系数为无量纲，将游离气达西渗流的速率剔除泥浆密度的影响获得的开发效果评价系数，使得不同取心井间可以进行对比。
[0067]
作为可选方案，页岩气取心井全直径岩心在泥浆循环温度下的解吸气量的采样时间间隔为30s至60s。
[0068]
具体的，页岩气取心井全直径岩心在泥浆循环温度下的解吸气量的采集频率为连续等间隔测量，每30s-60s采集一次，优选为30s。
[0069]
实施例一
[0070]
图1示出了根据本发明的一个实施例的一种页岩气井开发效果的预测方法的流程图。图2示出了根据本发明的一个实施例的一种页岩气井开发效果的预测方法的基于解吸气量和解吸时间的扩散模型求取斜率的示意图。
[0071]
结合图1和图2所示，该页岩气井开发效果的预测方法，包括：
[0072]
步骤1：获取页岩气取心井全直径岩心取心时的泥浆密度和泥浆循环温度；
[0073]
步骤2：采集页岩气取心井全直径岩心在泥浆循环温度下的解吸气量；
[0074]
步骤3：建立解吸气量和解吸时间的扩散模型，获得统一化的扩散方程；
[0075]
其中，统一化的扩散方程为：
[0076][0077]
其中，q
t
为页岩在t时刻的解吸气量，q
∞
为t
→
∞时页岩的解吸气总量，n为解吸次数，d为页岩气扩散系数，r
p
为全直径岩心半径。
[0078]
步骤4：基于统一化的扩散方程，计算页岩气取心井全直径岩心取心过程中游离气沿页岩层理缝达西渗流的速率；
[0079]
其中，页岩气取心井全直径岩心取心过程中游离气沿页岩层理缝达西渗流的速率为统一化的扩散方程在解吸时间起始点时的切线斜率。
[0080]
步骤5：基于泥浆密度和达西渗流的速率，计算开发效果评价系数。
[0081]
其中，采用下述公式计算开发效果评价系数：
[0082]
α＝k/d
[0083]
其中，a为开发效果评价系数，k为达西渗流的速率，即统一化的扩散方程在解吸时间起始点时的切线斜率，d为泥浆密度。
[0084]
其中，页岩气取心井全直径岩心在泥浆循环温度下的解吸气量的采样时间间隔为30s至60s。
[0085]
以五峰—龙马溪组下部38m优质储层段为研究目标。分别为焦石坝主体区jy41-a井14块全直径岩心、焦石坝外围平桥地区jy190-b井18块全直径岩心、川东褶皱带yz-c井21块全直径岩心。
[0086]
采用无锡石油地质研究所研制的自动化排水集气法现场解吸仪，单批次可同时完成6个样品测试；高密度数据采集，数据最短间隔为30s；相对误差小于0.5％，绝对误差小于0.25ml。
[0087]
利用上述现场解吸仪，数据采集时间间隔为30s，全自动记录全直径岩心的解吸气量数据，直至单周期(30s)解吸量为0。
[0088]
泥浆密度记录：jy41-a井1.33g/cm3、jy190-b井1.42g/cm3、yz-c井1.26g/cm3，基于统一化的扩散方程和泥浆密度计算开发效果评价系数，计算结果如表1-表4所示。
[0089]
表1 jy41-a井开发效果评价系数
[0090]
井深扩散方程斜率泥浆密度(g/cm3)开发效果系数
2579.190.361.330.272585.400.601.330.452587.170.671.330.512589.270.521.330.392591.120.391.330.292593.020.351.330.262595.120.421.330.322597.300.501.330.372603.300.611.330.462606.200.661.330.502609.180.731.330.552612.200.631.330.472615.290.751.330.562618.160.811.330.61下部38米平均值0.571.330.43
[0091]
表2 jy190-b井开发效果评价系数
[0092]
井深拟合斜率泥浆密度(g/cm3)开发效果评价系数4005.880.191.420.134008.260.131.420.104010.890.251.420.184013.490.211.420.154015.560.371.420.264017.140.381.420.274019.740.421.420.304022.670.371.420.264024.960.521.420.374027.140.561.420.394029.050.441.420.314031.940.321.420.224034.040.471.420.334035.690.621.420.444037.680.681.420.484040.090.961.420.684041.370.491.420.344042.320.471.420.33下部38米平均值0.441.420.31
[0093]
表3 yz-c井开发效果评价系数
[0094]
井深拟合斜率泥浆密度(g/cm3)开发效果系数4459.720.021.260.01
4465.120.021.260.014466.410.031.260.024469.010.021.260.024470.320.021.260.024474.230.021.260.014478.480.021.260.024481.370.021.260.024483.820.021.260.024488.610.021.260.024491.900.021.260.024495.070.021.260.014497.410.031.260.024499.510.031.260.024502.280.031.260.024506.250.031.260.034508.500.031.260.024511.710.031.260.034514.460.031.260.034515.800.021.260.024517.360.021.260.02下部38米平均值0.021.260.02
[0095]
表4不同地区页岩气井开发效果评价系数
[0096][0097]
由表4中的实际开发数据可以看出，用本模型所预测的开发效果，与实际生产非常吻合，无阻流量最高的焦石坝主体区jy41-a井，其开发效果评价系数也最高，而焦石坝外围地区jy190-b井开发效果评价系数中等，其测试产能也为中等，川东褶皱带yz-c井几乎不含气，开发效果评价系数仅为0.02。
[0098]
实施例二
[0099]
图3示出了根据本发明的一个实施例的一种页岩气井开发效果的预测装置的框图。
[0100]
如图3所示，该页岩气井开发效果的预测装置，包括：
[0101]
泥浆密度检测设备102，获取页岩气取心井全直径岩心取心时的泥浆密度；
[0102]
现场解吸仪104，采集页岩气取心井全直径岩心在泥浆循环温度下的解吸气量；
[0103]
处理器106，处理器与现场解吸仪连接，处理器执行以下步骤：建立解吸气量和解吸时间的扩散模型，获得统一化的扩散方程；基于统一化的扩散方程，计算页岩气取心井全
直径岩心取心过程中游离气沿页岩层理缝达西渗流的速率；基于泥浆密度和达西渗流的速率，计算开发效果评价系数。
[0104]
其中，统一化的扩散方程为：
[0105][0106]
其中，q
t
为页岩在t时刻的解吸气量，q
∞
为t
→
∞时页岩的解吸气总量，n为解吸次数，d为页岩气扩散系数，r
p
为全直径岩心半径。
[0107]
其中，页岩气取心井全直径岩心取心过程中游离气沿页岩层理缝达西渗流的速率为统一化的扩散方程在解吸时间起始点时的切线斜率。
[0108]
其中，采用下述公式计算开发效果评价系数：
[0109]
α＝k/d
[0110]
其中，a为开发效果评价系数，k为达西渗流的速率，即统一化的扩散方程在解吸时间起始点时的切线斜率，d为泥浆密度。
[0111]
其中，页岩气取心井全直径岩心在泥浆循环温度下的解吸气量的采样时间间隔为30s至60s。
[0112]
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。