[发明专利]一种考虑非稳态吸附的非均质裂缝页岩气藏数值模拟方法

说明书

本发明涉及一种考虑非稳态吸附的非均质裂缝页岩气藏数值模拟方法。一种考虑非稳态吸附的非均质裂缝页岩气藏数值模拟方法，包括如下步骤：（1）根据吸附气、自由气质量守恒方程，分别获得吸附气浓度和自由气浓度控制方程；根据裂缝中气相和水相质量守恒方程，获得裂缝中气浓度和水饱和度控制方程；（2）通过有限元方法，建立吸附气浓度、自由气浓度、裂缝气浓度和裂缝水饱和度有限元数值方程；（3）对上述有限元数值方程求解后得到任意位置任意时刻的吸附气浓度、自由气浓度、裂缝气浓度和裂缝水饱和度。本发明在常规离散裂缝模型基础上有四方面的改进，使其适应于页岩气的数值模拟。

技术领域

本发明涉及一种考虑非稳态吸附的非均质裂缝页岩气藏数值模拟方法。

背景技术

近年来，页岩气产业在美国乃至全球都得到大力发展，数值模拟方法是油气产量预测的关键技术。目前，双重介质模型在页岩气藏数值模拟中应用较多，但是实际页岩气藏并不是任何区域都存在裂缝，这无疑夸大了裂缝的作用。双重介质模型中裂缝的方位和网格的走向相关，限制了实际裂缝方位的有效模拟。吸附气在页岩气藏中既可以传输还可以脱附转化为自由气，吸附气的传输一般通过表面扩散来研究，目前的研究通过将表面扩散的影响转化为对页岩气渗透率的影响，同时大多数学者通过兰格缪尔吸附模型，将吸附气加入到自由气控制方程中的源相，以表征吸附气解吸后对自由气的补充。但这两种方法无法表征任意位置和时间的吸附气的表面扩散情况和浓度的变化。

鄂尔多斯盆地中生界页岩气藏压力较低，在大型水力压裂后，半数以上气井的返排率在50％以下，裂缝中存在大量的压裂液未能返排出，对页岩气井的生产造成一定的影响，这类井产气量明显降低，并伴有压裂液的产出，但现有页岩气数值模拟方法中很少研究产出液的影响。

数值模拟技术是指导页岩气藏开发的关键技术。由于页岩中具有较多的天然裂缝，并且在压裂过程中产生压裂裂缝，且裂缝是页岩中流体传输的重要通道，裂缝的长度、开度、方位等会对页岩气的产量造成很大的影响。因此裂缝的模型是页岩气数值模拟中非常关键的步骤。目前，评价裂缝性油气藏的数值模拟方法主要有多重介质模型和离散裂缝模型。

虽然离散裂缝模型可以很好的解决复杂裂缝网络的数值模拟问题，但页岩气藏除了具有复杂裂缝外，页岩气藏存在大量的吸附气，吸附气对页岩气的产量贡献比较大，因此吸附气在孔隙壁面的传输，以及吸附气和自由气之间的耦合都制约页岩气数值模拟结果的准确性。目前，离散裂缝模型大多应用在常规油气的数值模拟预测中，在页岩气藏中应用很少，即使有应用也是在特殊情况下：如糜利栋提出的页岩气离散裂缝模型，只是针对单相气问题研究，但现有页岩气的产水问题比较严重，不容忽视；其次，吸附气的以源相的方式加入到自由气的控制方程中，这样不利于研究任意位置任意时间下吸附气的量化表征；再者，常规气藏中，自由气直接和孔壁接触，默认自由气在孔隙壁面的传输速度为0，页岩气藏中，自由气和吸附气接触，吸附气在吸附气浓度差下沿着孔隙壁面传输，因此自由气在与吸附气接触的边界处的传输速度不为0，这意味这吸附气的传输速度对自由气的传输造成一定的影响。离散裂缝模型不能解决以上三点问题。

发明内容

本发明旨在针对上述问题，提出一种改进型的离散裂缝模型，裂缝中存在气水两相传输，考虑吸附气对自由气传输的影响，将吸附气采用单独的控制方程表征并和自由气控制方程耦合，与页岩气的实际传输特征更接近的考虑非稳态吸附的非均质裂缝页岩气藏数值模拟方法。

本发明的技术方案在于：

一种考虑非稳态吸附的非均质裂缝页岩气藏数值模拟方法，模型假设如下：(1)考虑基质孔隙表面吸附气的传输，基质孔隙中存在单相自由气；(2)人工裂缝中存在气水两相流体，不考虑天然裂缝的影响；(3)气相为单组份，基质中气相微可压缩，裂缝中气水均微可压缩，基质和裂缝不可压缩，粘度恒定；(4)吸附气和自由气不能瞬时达到平衡；(5)气藏在生产过程中温度保持不变；(6)不考虑构造对气藏的影响，基质均质、等厚、各向同性；包括如下步骤：