页岩气藏描述综述

1、描述页岩气吸附气藏摘要页岩气藏已成为一个主要的能源来源，近年来。发展水力压裂技术已经使得这些储集气藏更易于生产和使用。传统气藏除了有其他不同点，一个主要的区别是，有相当数量的天然气生产是来自解吸的。因此，重要的是理解吸附现象，包括解吸气体及其对我们分析的影响。这项工作的目标是用吸附气体来代替以前使用的致密气藏的分析。用大多数从页岩气藏发生的解吸来代替以后的相当多的枯竭自由气体，以及接受边界控制流程。这种方法利用结束瞬时间，估算地质储量，回顾以往文献，其中涉及到吸附气体过。改良的吸附气体压缩因子是用于吸附在禁毒和结束短暂时间的方法这方面的工作。采用质量平衡，包括吸附气体和生产力指数方程的稳定性，

2、提出一项程序来分析当吸附气体包括在内的生产力指数下降趋势。这一程序在应用开发中被编成，称为页岩气的吸附。它被用于现场数据分析来表明吸附气体在井中的作用，从而应用于存在或不存在吸附气体的地质储量估算方法。这种地质储量估算方法比以前的预测未来是否存在吸附的井内作业的方法更好。当原始地质储量估计方法被应用于选井数据的领域时表明，把吸附气体考虑在内导致地质储量估计的增长程度大约为30%，恢复系数估计的减少程度是17%。这项工作还表明，考虑吸附气体影响导致的结果是对储集容量估计的促进效果减少了大约5%。正文不同于常规气藏，页岩气藏渗透率非常低，只有当水力压裂时才较经济。过去吸附在煤层瓦斯（煤层气）储层方

3、面有广泛的研究。孔隙的表面被气体吸附占据。由于储层压力下降使得气体被吸附或生产，然后在天然裂缝中形成游离气。朗格缪尔等温线通常是用来确定压力下降过程中的气体解吸数额的。从基质到天然裂缝的解释用的是扩散定律而不是达西定律。在煤层气储层所有产生的气体来自解吸，而不是像在页岩气藏中，是游离气占据天然裂缝。许多分析方法可应用于页岩气藏。这项工作的重点是在以前用来分析页岩气藏的方法中考虑吸附气体。帕拉西奥（1993）介绍平衡转移时间变率分析解决以恒定速率气体溶液的稳定性。他们还表明，可变利率气体溶液调和递减。费特柯西的（1980）式曲线可以用来估算地质储量如下所示：（1）易卜拉欣，瓦登伯格和何尔米（20

4、03）改性定义的伪时间，它包括孔隙度。他们用归一化伪时间计算超定位时间为分析天然气生产数据在变速度、变压力。m(pi)- m(pwf) / qgvs Super-tn (归伪超级位置的时间)做出笛卡尔坐标直线。直线的斜率是用来比计算地质储量。（2）易卜拉欣和瓦登伯格（2005）表明，这种方法可用于对致密气（渗透率小于0.1）储层呈现瞬态线性气流因为他们可用于瞬态径向气体流量准确地校正因子应用。时间的平方根图质量（pi）-质量（pwf） /qg vst是用来确定结束短暂的时间和直线的斜率展出瞬态流量数据。这一曲线用来估计地质储量计算如下：(3)安达等人（2010）表明，在一片标准化速率与归一化累

5、积的边界控制信号将是烃类孔隙体积（高聚光太阳能技术）对X轴的直线。是标准化速率和归一化累积所得。（4）（5）他们宣称这个高聚光太阳能技术是刺激的储量数量的代表。以上所有的地质储量估算方法忽略解吸气体。在这项工作中吸附气体被考虑在这些方法内，适用于现场数据，并比较有无吸附的结果。在页岩气藏（巴内特）的吸附用来衡量吸附气体量用实验室岩心样品确定气体含量和吸附等温线。瓦斯含量是在储层岩石表面的气体吸附总量，而吸附等温线用于测定储层岩石吸附气的压力保持在恒定的温度下的能力。朗格缪尔的等温线（1918）是用于定义储层岩石的压力和气体存储容量的关系的。朗格缪尔等温线给出：(6)（7）气体含量超/区域合作框

6、架和特等（朗格缪尔的压力）的压力存在50%的气体解吸。在以往的文献（如王等人2009，雅可比等人2008、亚当等人2008）我们决定使用近似v和（2.38克/毫升）和p（650磅）的巴内特页岩。朗格缪尔等温线的构造可以使用这些近似值，如图1所示。巴内特页岩的朗格缪尔等温线可得出如何使气体被吸附，气体与气体总储集容量，气体之间的压力。应该指出的是，在图1中吸附气体曲线遵循朗格缪尔等温线和自由曲线，是计算气体压力作用下储集能力。图2显示不同吸附和游离气的地方压力对比。一个重要的观察是，从图2看出，吸附气体是天然气产量低于2000磅的主要作用，它在2000磅以上时仍然是重要的。我们可以推断，在低储层

7、压力的大部分气体生产来自解吸气体。哑和麦基（1986）得出一个单相气体流动的近似分析方法，它考虑吸附气体在内。使用朗格缪尔等温解吸气体质量守恒方程表明，解吸作为额外的压缩因子。（8） (9)公式8是总压缩量，公式9是显示额外的由于解吸引起的解吸因数。他们验证其近似解析方法对数值模拟的结果。图3显示总压缩率与有、无吸附时压力的关系。King（1990）提出了一个改进物质平衡法来估计原始地质储量和预测考虑吸附气的泥盆纪页岩未来井煤层的业绩。该技术像常规规物质平衡，其中p/z直线图是用来估计原始气体的体积的。King的方法假设自由和吸附气体的平衡条件，假定在拟稳定状态解吸是从基质到裂缝。由king带

8、来的物质平衡方程如下：（10）假设忽略岩石和水的影响，和不断的水饱和，那么非常规气藏Z*:（11）类似于传统的p/z方法，用一系列的p/z * 累积产量做直线，可以推断估计地质储量。这里要注意z*值不相似于z值（图4）。统一的z*（s.moghadam等人。2009）被命名为z* *中由物质平衡方程获得，再用z*与实际值z（图5）计较，若他们类似，从而用z* *替代z*。（12）地质储量Gp可由Z*求的，如下：（13）图6表示的是在压力作用下多个Z和 Z*的值。在地质储量估计方法中介绍解吸 帕拉西奥（1993）表明，如果物质平衡拟时间用于分析，有可能使用来模拟变化的速率和变化的压力下单相气体产

9、量。作者表明，天然气地质储量可以通过调和递减曲线计算，如图7所示。在无量纲情况下考虑吸附气的费特柯西的（1980）调和递减如下：（14）回顾式b-66（附录）：（15）替代式b- 50b-66：（16）（17）然而：（18）（19）（20）将20式带入19式，得：(21)M.P代表匹配点，匹配点用21式来计算考虑吸附时的地质储量。易卜拉欣，瓦登伯格和何尔米研究吸附气体的方法易卜拉欣，瓦登伯格和何尔米（2003）表明，式b-66可用归一化叠加伪时间代替super-tca*来估计地质储量。从而描述被吸附的气体super-tn* ，而不是super-tn，如图8。就叠加时间而言，整理b-66式，得：

10、（22）当斜率和Super-tn*已给出时：易卜拉欣，瓦登伯格和何尔米对式和绘图得：这里要注意的是等价于易卜拉欣，瓦登伯格和何尔米提到的物质平衡中的tca*。安达等人研究吸附气体的方法安达等人（2010）使用了类似形式的方程：（23）23式是一个斜率为G/JD的直线方程，安德生等人使用绘图功能（正常化率）与（归一化累计生产）在直角坐标中获得直接的地质储量。标准化和规范化累计生产中，标准化速率=，标准化计算产量=安达等人了解到图9中在X轴上可直接推断出地质储量。地质储量是从瞬时流量数据中估计出来的。由于很长一段时间里页岩气藏的低渗透被发现，瞬态线性流量也就可知了。分析解决方案应用于暂态线性流量估

11、算地质储量。在短暂的时间（tesr）以前结束使用方程估计孔隙体积。（24）当和为底瞬态流动时间和直线的斜率时：（25）考虑吸附的地质储量为：（26）把25式代入26式，得：（27）27式可以用来计算有或没有吸附气体的地质储量，其中：27式中的fcp是校正因子，用来校正作图和读图的误差，给出：其中：现场情况为了证明吸附气的影响，选取了四口巴内特页岩井进行流动分析表明，从这些井的生产数据来估计地质储量，用数值模拟器比较将来五十年有、无吸附气体时页岩气的地质储量。页岩气藏基本概况图11显示的一个概念模型，代表了页岩气水平井压裂。天然气排水是从基质中流到水力裂缝，然后流到井里。L是裂缝之间的间距。随着

12、压力的下降，基质排到裂缝间距的一半,伴随吸附的流动将开始。假定只有基质体积打开液压裂缝才能使得储藏容量被促进，这样就有助于流动。选择数据分析选定井的现场数据分析如下。从四口井提交的集体数据中选定一个井获得其基质数据。a 估算地质储量（短暂结束时的数据）1.使用生产数据绘制m(pi)- m(pwf) / qg与时间平方的曲线图，确定瞬态流动结束时的tesr。2.计算图11直线的斜率，平板模型显示从含吸附的流动和时间开方图中读到的瞬时流量数据对储藏容量的促进作用。3.使用27式计算有、无吸附的地质储量。b 估算地质储量（帕拉西奥）1. 使用生产数据绘制Log m(pi)- m(pwf) / qg

13、和Log tca *图。2. 通过图和费特柯西的下降曲线建立匹配点。3. 通过匹配点和有、无吸附的地质储量方程来计算地质储量。c 估算地质储量（含吸附的流动：易卜拉欣，瓦登伯格和何尔米）1使用生产数据绘制m(pi)- m(pwf) / qg 与时间开方的曲线图确定含吸附的流动的开始。2绘制m(pi)- m(pwf) / qg和 tca图，在直角坐标系中计算斜率。3地质储量计算方法。4使用计算出的地质储量，使用MB方程，计算每个数据点的p/z。5. 计算在各数据点的平均储层压力和目前的气产量。6重复步骤2和3。7. 如果新的地质储量等于预测的目前为止的地质储量，就停止，否则重复步骤2到步骤6直到

14、地质储量的计算值收敛。 为了证明吸附的效果，我们需要估计地质储量分别假定所有的生产是从游离气体产生出的，和生产是从游离气、吸附气中得到的。这样我们将有2种地质储量估计：没有吸附气和有吸附气体时的地质储量。当估计有吸附气体的地质储量时，z被z*代替，c被（cg+cd）代替。朗格缪尔的巴内特页岩近似常数是用来确定吸附气体的体积的。d 计较有无吸附时的结果使用m(pi)- m(pwf) / qg和tca估计出有无吸附气体时的地质储量和安徒生等人的研究结果比较。e 利用数值模拟器核查结果f 用该数值模拟核查结果与计算结果对比。g 预测h 一旦考虑吸附气体情况下的地质储量和数值模拟结果相仿，然后用数值模

15、拟预测50年生产。再与计算结果相比，得出考虑吸附气体时的50年预测产量。g. 总结结果从测试过的每口井的情况推出其余井的情况。314井的情况 结果：图17和18显示了使用这三种方法对四口井估计考虑吸附时的天然气地质储量比较的讨论结果。三个参数：考虑吸附气体时的地质储量，SRV和RF,进行四口井的比较。有人发现，忽略吸附气体，在估算地质储量和SRV时，结果为30%和17%，分别比估计RF时多5%。结论这项工作总结如下：1 方法是忽略吸附气体在物质平衡计算稳定性中的影响，对分析现场数据进行评估。利用这一试井方法，可以在任何时间计算气体储量。2 忽略吸附气体在估计地质储量，稳定性和RF时的误差。3

16、我们已经证明，在同一段数字领域忽略吸附气体的影响会使SRV变大。会导致有部分气体储量未被估计到。4 当考虑时地质储量的值会增长30%，忽略吸附气体导致地质储量减少，影响预测的误差。5 基于我们估计的预测结果来看，忽略吸附气体导致高的RF，低的Gp,考虑吸附气体时导致低的RD，高的Gp。6 吸附在早期没被重视，而现在和以后将会越来越重要。吸附导致低的储层压力。7 如果不同页岩的朗格缪尔等温线常数分别不同，那么这种方法可以适用于其他页岩。8 如果忽略吸附气体，不可能估算和预测地质储量。命名：:液体的体积系数，；:气体的体积系数，；:平均储层压力下的体积系数，；:吸附气体的可压缩性，；:平均储层压力

17、下的吸附气体的可压缩性，；:游离气体的可压缩性，；:平均储层压力下的游离气体的可压缩性，；:基质的可压缩性， ；:总的可压缩性， ；:起初储层压力下的总的可压缩性， ；:平均储层压力下的总的可压缩性， ；:无量纲递减率；:总的递减速度，；:斜率校正因子，无量纲；:原始气藏地质储量，；:计算出的气藏地质储量，；:储层厚度， ；:生产力指数，；:均质储层渗透率，；:边缘主要流动区域的斜率；:流动区域瞬态斜度；:气体初始拟压力，；:井筒流动的拟压力（气体），；:储层平均拟压力（气体），；:液体油的体积，；:计算出的流体产量，；:最初的储层压力，；:朗格缪尔压力，；:标准状况下的压力，；:井底压力，；

18、:平均储层压力，；:无因次气率，无因次；:气体速率，；:最初的气体速率，；:流体速率，；:最初的流体速率，；:超定位时间，；:归一化超定位时间，；:气体饱和度，分数；:水饱和度，分数；:时间，；:伪时间，；:归一化物质平衡伪时间，；:瞬态流动期结束的时间，；:无量纲时间，无量纲；:吸附温度，；:标准吸附温度，；:总基质体积，；:吸附气体含量，；:吸附气体含量，；:孔隙体积，；:初始气体偏差因子，无量纲；:标准状况下的气体偏差因子，无量纲；:平均储层压力下的气体偏差因子，无量纲；:kings的吸附气和游离气体的和偏差因子，无量纲；希腊符号:有效应力参数；:基质密度，；:粘度，；:平均储层压力下的

19、粘度，；:孔隙度。上角标*:考虑吸附气体。下脚标b:个体体积；i:最初的；g:气体的；sc:标准状况下的。参考文献Al-Ahmadi, Hasan A. Almarzooq, Anas M. and Wattenbarger, R.A. 2010. Application of Linear Flow Analysis to Shale Gas WellsField Cases. Paper SPE 130370 presented at the SPE Unconventional Gas Conference, Pittsburgh, Pennsylvania, 23-25 Februar

20、y. Al-Hussainy, R., Ramey, H.J. Jr. and Crawford, P.B. 1965. The Flow of Real Gases Through Porous Media. Paper SPE 1243A presented at the SPE Annual Fall Meeting, Denver, Colorado, 3-6 October. Anderson, D.M., Nobakht, M., Moghadam, S. and Mattar, L. 2010. Analysis of Production Data From Fractured

21、 Shale Wells. Paper SPE 131787 presented at the SPE Unconventional Gas Conference held in Pittsburgh, Pennsylvania, 23-25 February. Arps, J.J. 1944. Analysis of Decline Curves. Trans. AIME, 160: 228-247. Bumb, A.C., and McKee, C.R. 1986. Gas-Well Testing in the Presence of Desorption for Coal bed Me

22、thane and Devonian Shale. Paper SPE 15227 presented at SPE Unconventional Gas Technology Symposium, Louisville, Kentucky, 18-21 May. Fetkovich, M.J. 1980. Decline Curve Analysis Using Type Curves. Journal of Petroleum Technology. June 1980: 1065- 1077. Fraim, M.L., and Wattenbarger, R.A.1987.Gas Res

23、ervoir Decline-Curve Analysis Using Type Curves With Real Gas Pseudopressure and Normalized Time. Paper SPE 14238 presented at SPE Annual Technical Conference and Exhibition, Las Vegas, 22-25 September. Ibrahim, M. and Wattenbarger, R. A. 2005. Analysis of Rate Dependence in Transient Linear Flow in

24、 Gases. Paper PETSOC 2005-057 presented at the Petroleum Societys Canadian International Petroleum Conference , Calgary, Alberta, Canada, 7- 9 June. Ibrahim, M., Wattenbarger, R. A., and Helmy, W.2003. Determination of OGIP for Tight Gas Wells-New Methods. Paper PETSOC 2003-012presented at the Petro

25、leum Societys Canadian International Petroleum Conference, Calgary, Alberta, Canada, 10-12 June. Jacobi, D., Gladkikh, M., LeCompte, B., Hursan, G., Mendez, F., Longo, J., Ong, S., Bratovich, M. and Patton, G. 2008. Integrated Petrophysical Evaluation of Shale Gas Reservoirs.Paper SPE 114925 selecte

26、d for presentation at the CIPC/SPE Gas Technology Symposium, Calgary, Alberta, Canada, 16-19 June. King, G.R. 1990. Material Balance Techniques for Coal Seam and Devonian Shale Gas Reservoirs. Paper SPE 20730 presented at the 65th Annual Technical Conference and Exhibition, New Orleans, Louisiana, 2

27、3-26 September. Lewis, A.M. and Hughes, R.G. 2008. Production Data Analysis of Shale Gas Reservoirs. Paper SPE 116688 presented at the SPE Annual Technical Conference and Exhibition, Denver, Colorado,21-24 September. Moghadam, S., Jeje, O. and Mattar, L. 2009. Advanced Gas Material Balance, in Simpl

28、ified Format. Paper PETSOC 2009-149 presented at the Canadian International Petroleum Conference (CIPC), Calgary, Alberta, Canada, 16-18 June.Palacio, J.C. and Blasingame, T.A. 1993. Decline-Curve Analysis Using Type Curves-Analysis of Gas Well Production Data. Paper SPE 25909 presented at the SPE J

29、oint Rocky Mountain Regional and Low Permeability Reservoir Symposium, Denver, Colorado, 26-29 April. Seidle, J.P. 1991. Long-Term Gas Deliverability of a Dewatered Coal bed. Paper SPE 21488 presented at the SPE Gas Technology Symposium, Houston, Texas, 23-25 January. Unconventional Reservoir Simula

30、tor (URS 01). 2009. Simulator developed by Reservoir Modeling Consortium, Department of Petroleum Engineering Texas A&M University. August Wang, F.P. and Reed, R.M. 2009. Pore Networks and Fluid Flow in Gas Shales. Paper SPE 124253 presented at the SPE Annual Technical Conference and Exhibition,

31、 New Orleans, Louisiana, 4-7 October.附录一 边界主导流液体（包括吸附）液体物质平衡（恒定速率耗竭）。去除式a-9两侧假的井底流压，设水饱和度，地层体积系数重排为常数，水/岩石压缩系数忽略不计，单相液体的物质平衡给出为： （A-1）鉴别式D-1的压力，得：（A-2）代替式A-2中的压力，得：（A-3）又因为：（A-4）用式A-4代入A-3，重组可得气体膨胀方程：（A-5）式5-A是单相液体的物质平衡方程。生产力指数方程液体给出为：（A-6）假设为常数，式A-6变为：（A-7）A-5代入A-7，得：（A-8）假设是常数，则式A-6变为：（A-9）约去式A-9两

32、边的，整理得：（A-10）将A-10带去A-6，得：（A-11）在最初速率（）条件下，生产力指数方程为：（A-12）把A-12代入A-11，等式两边同时约去，得：（A-14）可变速率消耗时的流体物质平衡：假设式A-6中为常数时：（A-15）式A-5代入式A-15，积分得：（A-17）（A-18）整理A-16式，代入A-17式，两边同时消去得：（A-19）与恒定速率情况不同，与不是线性关系，耗竭不恒定压力液体。帕拉西奥在他的工作中定义物质平衡时间，并告诉我们，用物质平衡时间代替用于产生的溶液中的调和递减方程对应的时间。物质平衡时间的定义是：（A-20）通过A-16式给它限定范围时，积分得：（A-21）A-20式代入A-21式，整理得：（A-24）公式24中的调和递减方程确定的液相系统恒压耗竭当于谐波下降。把A-22式两边同时除以我们得到：（A-25）将A-12式代入A-25，得：（A-26） 式26类似于式A 14，验证了流体的可变速率耗竭的结果与液体的恒定速率耗竭相同，可用来提供物质平衡时间。附录二 边界控制流程方法（考虑吸附气体）考虑吸附时的恒定速率耗竭气体物质平衡考虑吸附时的气体物质平衡被king定义为：（B-27）忽略水和岩石的压缩