了解页岩气储层中的双重性模型

页岩气库的特点是由两个不同但相互连接的系统组成的复杂孔隙网络:基质和自然断裂网络(或液压刺激后诱发的断裂)。 二元孔隙模型将水库的每个容积元素视为包含两个相互作用的连结物 — — 低渗透性基质,储存了绝大多数气体,高渗透性断裂为流到井隙提供了通道。 这个概念框架由沃伦和根公司于1963年首次正式确定,用于自然断裂的储层,此后被广泛修改用于页岩气评估。

沃伦-罗特代表处

典型的沃伦-罗伊特模型引入了两个无维度参数: 储存率( ⁇ )和 内部污染流系数( ⁇ ). 储存率( ⁇ =( ⁇ f]]]]] c]tf ] /( ⁇ ] f ctf + ⁇ m ] ctm]]] 界定了储存总容量中居住在断裂系统中的一小部分. 间污染流系数( ⁇ ) 调节了基质和断裂之间的流转速,是基质可渗透性、断裂间距和形状因子的函数,这些参数对于历史匹配生产数据和预测未来恢复至关重要。

矩阵对断裂属性

⁇ 中的基质块含有亚微孔至纳米孔孔,通常具有显著的有机孔隙(kerogen 宿主孔隙)。基质中的渗透性通常在纳米至微孔间,而裂缝渗透性则会更高,从毫孔到刺激后的凹陷不等。二孔孔径模型明确捕捉到这种对比,使其比单一孔隙方法更具有代表性,从而将储积岩同源。

矩阵-裂变转移机制

气质从基质到断裂的流量由压力扩散和有机表面的解吸来控制。 在早期生产阶段,气体几乎完全来自断裂系统,导致急剧下降。 随着断裂压力的下降,基质和断裂之间的压力梯度逐渐形成,气体被从基质中推出。 形状因子(––– 通常使用板块、块块或球形几何来定义 ) — — 支配着这种转移的速度。 高级模拟器还把非达尔西流(Klinkenberg slip, Forchheimer惯性效应)纳入纳米-多伦素介质中,从而进一步完善了转移计算。

页岩气储量中的应用估计

准确的储备估计需要量化原始气体的“位置”和可回收部分。 双孔性模型为这些计算提供了基于物理学的基础,特别是在与生产数据、核心测量和石质物理日志相结合时。

估计原气位

双孔系统中的OGIP是作为储存在断裂和基质中的自由气体(包括有机物上的吸附气体)的总和计算的。模型将孔隙分解为断裂孔隙(通常为散体体积的0.1-1 % ) 和基质孔隙(2-10% ) 。 气饱和、形成体积因子和吸附异构(Langmuir压力和体积)应用到每个连续体。 由于双孔隙模拟能尊重孔隙量的实际分布,因此比整个网格区平均属性的量子方法,它们产生更可靠的OGIP数字。

生产预测和下降曲线分析

双层斜坡模型的最大优势之一是它们能够预测许多页岩井中看到的特征“双层斜坡”下降:从断裂耗尽开始急剧下降,然后随着基质气体的进化而更远、更浅的下降。 常规斜坡下降曲线往往高估尾端速率,从而导致乐观的储备。 双层斜坡模拟 — — 甚至从这些模型中衍生出来的类型曲线 — — 提供了更现实的预测。 模型参数(QQQ,XXX,断裂半长,导率)可以与早期生产数据相匹配,提高估计最终恢复的确定性(EUR ) 。

优于单一的 透明度模式

单页岩模型将页岩视为具有有效渗透性和孔隙性的同质介质。它们虽然在计算上比较简单,但未能捕捉存储区和流区之间的动态相互作用。双页岩模型的主要优点包括:

  • 物理现实主义: 代表实际流几何 — 存储在低 ⁇ 的气质基质流经高 ⁇ 的断裂.
  • 更好的压力瞬态分析: 双倍性行为(在积分测试衍生物中的一种特征"dip")可以直接通过井测试来估计QQ和QQ.
  • 改进历史匹配: 双 ⁇ 连续框架提供了额外的自由度(不同的孔径量和渗透度),可以更精确地校准场内生产数据.
  • 恢复机制清晰度: 区分断裂产生的气体与基质脱落的气体,帮助工程师设计最佳刺激和耗竭策略.

许多运营商现在通常使用双重性模型进行资源评估[和投资决定,特别是在主要页岩剧,如巴内特剧、马赛卢斯剧、佩尔米亚盆地剧和四川盆地的长马西剧。

限制和缓解战略

双重性模型尽管有其优点,但并非没有挑战。 三个主要障碍 — — 数据强度、校准复杂性和计算需求 — — 可以用现代工作流程来管理。

数据密集度和校准度

双孔模型需要详细描述矩阵和断裂特性。 矩阵的渗透性和孔径性来自核心插头、压碎的“岩石分析”和核磁共振(NMR)日志。裂缝特性 — — 间隔、孔径、导电性和定向 — — 来源于图像日志、微震波绘图和实验室实验。校正间孔径流系数(QQ)尤其困难,因为它取决于未知的断裂网络几何。 工业实践现在将 压强瞬态分析与生产数据和微震事件相结合,以限制QX和断裂半长。

计算要求

模拟一个配有数百万个电池的全场双层模型可以计算为重。 为了缓解这种情况,工程师使用 代用模型[ (反应表面]]或简化的扇形模型,以匹配关键井位置。 机器双层模拟算法也接受了双重双层模拟输出的培训,以提供快速储备估计,而无需运行全模拟器 — — 一种在资产团队中获得牵引力的技术。

新出现的备选方法:三重透明度和多种连续性模式

随着对页岩织物的理解的提高,该行业正在超越最初的双孔理想化。 许多可移动物包含三个截然不同的孔隙系统:有机孔隙、颗粒间矿物孔隙和自然或诱发的断裂。 Triple ⁇ 孔隙 模型增加了第三个连续体 — — 通常是具有吸附能力的有机物 — — 并且显示出与煤矿源岩石生产数据之间的超强匹配。 另一个变体,即多孔隙横向井模型,夫妇双孔隙储层模拟井附近的离散断裂网络。 这些先进的模型使工程师能够模拟不同阶段间隔、集效率和在储层上的推进性放置。

例如,马塞卢斯页岩的一项研究表明,与标准双层气率模型(见SPE 191657-PA[)相比,三层气相混合模型将模拟气率和观测气率之间的不匹配减少了近40%。 有机物连续体在头五年中又贡献了15—20%的天然气生产。

实地案例研究和行业采纳

双孔径模型的有效性得到了众多实地应用的支持。 在巴内特页岩中,操作者使用基于沃伦的模型与历史模型对200多口井的产量进行对比,使气率和累积产量的平均误差都低于10%。该模型揭示出双孔径流系数(XQ)与碳酸盐富集区有系统性差异,指导完成设计。 同样,在四川盆地的长马西页岩中,双孔径模拟有助于量化自然断裂密度对欧元的影响 — — 越相交的井的回收率更高30-50%(见《天然气科学与工程杂志》,2020年)。

美国能源信息管理局(EIA)在其页岩戏年度储备报告中也提到了多——杂法,强调使用双——或三——杂法模型的运营商报告与采用整数参数方法的操作者相比,储量预订更为一致。

未来展望和剩余挑战

双孔模型已成为页岩气估计器包中的标准工具,但技术仍在发展。 将地质机械学 — — 如压力-依赖性断裂渗透性 — — 整合成双孔模型仍然是活跃的研究领域。 此外,将双孔模型与嵌入式离散断裂网络(EDFM)相结合,有望在保持物理准确性的同时减少计算负担。 高分辨率图像记录和自动核心分析的不断增长将进一步提高断裂性输入数据的质量,降低校准不确定性。 随着该行业向更可持续的资源管理迈进,双孔模型所提供的忠诚度对于优化储备预订和为全世界页岩气资产的投资决策提供信息至关重要。