Автореферат (Разработка усовершенствованных аналитических моделей линейного притока газа к горизонтальной скважине с гидроразрывом пласта в низкопроницаемых и сланцевых толщах)

На правах рукописиВан АньлуньРАЗРАБОТКА УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫХ АНАЛИТИЧЕСКИХМОДЕЛЕЙ ЛИНЕЙНОГО ПРИТОКА ГАЗА К ГОРИЗОНТАЛЬНОЙСКВАЖИНЕ С ГИДРОРАЗРЫВОМ ПЛАСТА ВНИЗКОПРОНИЦАЕМЫХ И СЛАНЦЕВЫХ ТОЛЩАХСпециальность 25.00.17 — «Разработка и эксплуатация нефтяныхи газовых месторождений»АВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква—20192Работа выполнена в федеральном государственном автономном образовательном учреждениивысшего образования «Российский государственный университет нефти и газа (национальныйисследовательский университет) имени И.М. Губкина».Научный руководитель:доктор геолого-минералогических наукЯкушев Владимир СтаниславовичОфициальные оппоненты:Гарагаш Игорь Александровичдоктор физико-математических наук, профессор,Институт физики Земли им.

О.Ю. ШмидтаРоссийской академии наук (ИФЗ РАН),заведующий лабораторией геомеханикиАфанаскин Иван Владимировичкандидат технических наук,Федеральное государственное учреждение«Федеральный научный центрНаучно-исследовательский институт системныхисследований Российской академии наук»(ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН),ведущий научный сотрудник отделагидродинамических исследований и моделированияв нефтегазовой отраслиВедущая организация:Институт проблем нефти и газаРоссийской академии наук (ИПНГ РАН)Защита диссертации состоится 26 сентября 2019 года в 15.00 ч.

в ауд. 323-9 на заседаниидиссертационного совета Д 212.200.15 на базе федерального государственного автономногообразовательногоучреждениявысшегообразования«Российскийгосударственныйуниверситет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М.Губкина» по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский проспект, д. 65, корп. 1.С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГАОУ ВО«РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина» по адресу: 119991, г. Москва, Ленинскийпроспект, д.

65, корп. 1 и на официальном сайте http://www.gubkin.ru.Автореферат разослан «» июля 2019 г.Ученый секретарьдиссертационного совета,кандидат технических наукБогатырева Елена Викторовна3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работыС истощением запасов традиционных газовых месторождений, все большее вниманиеуделяется месторождениям с трудноизвлекаемыми запасами газа, среди которых выделяютсяместорождения с низкопроницаемыми коллекторами (без керогена) и газосланцевые толщи(проницаемость обоих видов толщ меньше 0,1мД).Мировые ресурсы газа низкопроницаемых коллекторов оцениваются до 210 трлн.м3.

Сразвитием технологий добычи трудноизвлекаемых запасов в последние годы газнизкопроницаемых коллекторов играет важную роль для энергообеспечения в США, Китае идругих странах. По данным EIA, в 2010 году объем добычи газа низкопроницаемыхколлекторов в США достиг 175,4 млрд. м3, составив 1/3 общего объема добычи газа ипрогнозируется, что к 2020 году эта величина может достигнуть 260 млрд. м3. В 2013 годугодовой объем добычи газа низкопроницаемых коллекторов в Китае достиг 34 млрд.

м3 итакже примерно составлял 1/3 общего объема добычи газа. По оптимистическому прогнозу, в2030 году годовой объем добычи газа низкопроницаемых коллекторов в Китае возрастет до120 млрд. м3.Ресурсы сланцевого газа в мире оцениваются до 456 трлн. м3. В 2000-е гг. в СШАпроизошла сланцевая революция и были достигнуты большие успехи. По статистике EIA в2014 году объем добычи сланцевого газа в США превысил 380 млрд.

м3, составив 42,9%общего объема добычи сухого природного газа. В Китае имеются крупнейшие в миретехнически извлекаемые запасы сланцевого газа, которые по оценкам EIA составляют 31,57трлн. м3. В последнее десятилетие в Китае активно ведутся исследования, разведка и ужеразработка сланцевого газа, были достигнуты первые успехи. По статистике в 2016 году объемдобычи сланцевого газа в Китае достиг 7,9 млрд. м3. По оценкам BP к 2035 году объем добычисланцевого газа в мире будет составлять 1/4 общего объема добычи газа.Несмотря на имеющийся большой потенциал добычи газа низкопроницаемыхколлекторов и сланцевых толщ, из-за экстремально низкой проницаемости пласта, дляразработки таких месторождений необходимо применение намного более сложныхтехнологий, чем для традиционных газовых залежей, в том числе, горизонтального бурения имногостадийного гидроразрыва пласта (ГРП), которые требуют высоких эксплуатационныхзатрат.

В связи с этим, при проектировании разработки таких месторождений,прогнозирование дебита скважины с целью обоснования вариантов разработки являетсяважным звеном для обеспечения экономической эффективности проекта.Многие исследователи отмечают особенности фильтрации газа в низкопроницаемых исланцевых толщах, в том числе, не вполне соответствующее закону Дарси течение газа (далее4кратко называемое не-дарсиевским течением), изменение проницаемости при условииизменения пластового давления и т.д.

Также установлено, что в результате ГРП возможносозданиестимулированныхтрещинамиобъемовпласта,имеющихулучшенныефильтрационно-емкостные свойства. Сложность конфигурации зоны дренирования скважиныв связи с одновременным наличием горизонтального ствола скважины и трещин ГРП ивозможным наличием стимулированных трещинами объемов пласта и особенностифильтрации газа в низкопроницаемых и сланцевых толщах обуславливают необходимостьмоделирования разработки месторождения для прогнозирования дебитов скважин. Однакосуществующие аналитические модели линейного притока либо не позволяют учитыватьсложность конфигурации зоны дренирования скважины, либо применимы только копределенным формам области фильтрации.

Более того, они не могут одновременноучитывать сложность конфигурации зоны дренирования скважины и особенности фильтрациигаза в низкопроницаемых и сланцевых толщах, что оказывает значительное влияние наточность прогнозирования дебита скважины. В соответствии с современными воззрениями,описание особенностей фильтрации газа в низкопроницаемых и сланцевых толщах требуетчисленного интегрирования, что вызывает повышение сложности и увеличение объемавычислений для моделирования разработки низкопроницаемых и сланцевых толщ сиспользованием аналитических моделей. Таким образом, актуальной является разработкаусовершенствованных аналитических моделей линейного притока газа без вышеуказанныхнедостатков для ускорения процесса моделирования разработки низкопроницаемых исланцевых газовых месторождений.Цель и задачи исследованияЦелью данного исследования является усовершенствование аналитических моделейлинейного притока газа к горизонтальной скважине с многостадийным ГРП для полученияоперативных оценок дебитов скважины в низкопроницаемых и сланцевых толщах.Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:1.

Проведен анализ исследований по характеристикам низкопроницаемых и сланцевыхтолщ и моделированию фильтрации газа в них, с целью выяснения особенностей фильтрациигаза в низкопроницаемых и сланцевых толщах, обоснования применимости аналитическихмоделей линейного притока для моделирования разработки низкопроницаемых и сланцевыхтолщ и уточнения недостатков существующих аналитических моделей линейного притокагаза к горизонтальной скважине с многостадийным ГРП для моделирования разработкинизкопроницаемых и сланцевых газовых месторождений.2.

Разработан упрощенный метод расчета кажущейся проницаемости для минеральныхскелетов (матриц) низкопроницаемых и сланцевых толщ, с помощью которого можно5значительно уменьшать объем вычислений при моделировании разработки с использованиеманалитических моделей.3. Усовершенствована аналитическая модель линейного притока газа к горизонтальнойскважине с многостадийным ГРП без учета стимулированных трещинами объемов пласта сцелью описания изменения кажущейся проницаемости пласта, обусловленного недарсиевским течением, при условии изменения пластового давления в низкопроницаемых исланцевых толщах.4.

Разработана усовершенствованная аналитическая модель линейного притока газа кгоризонтальной скважине с многостадийным ГРП с учетом стимулированных трещинамиобъемов пласта, применение которой не ограничено формой области фильтрации и позволяетописывать изменение кажущейся проницаемости матрицы, обусловленное не-дарсиевскимтечением, при условии изменения пластового давления в низкопроницаемых и сланцевыхтолщах.5. С помощью усовершенствованных аналитических моделей линейного притокавыполнен анализ влияния различных факторов на продуктивность горизонтальной газовойскважины с многостадийным ГРП в низкопроницаемых и сланцевых толщах, направленныйна выработку практических рекомендаций по проектированию разработки.6. Выполнен прогноз продуктивности горизонтальной скважины с многостадийным ГРПв газосланцевой формации с применением усовершенствованных моделей.Научная новизна1.Предложенупрощенныйметодрасчетакажущейсяпроницаемостидлянизкопроницаемых и сланцевых матриц, который позволяет проводить прямой расчеткажущейся проницаемости без численного интегрирования.

Кажущаяся проницаемостьматрицы вычисляется с учетом эффекта сужения пор и влияния процесса десорбции.2. Разработана аналитическая модель линейного притока газа к горизонтальнойскважине с многостадийным ГРП без учета стимулированных трещинами объемов пласта супрощенным методом расчета кажущейся проницаемости, которая позволяет учитыватьвозможное изменение кажущейся проницаемости пласта, обусловленное не-дарсиевскимтечением, при условии изменения пластового давления в низкопроницаемых и сланцевыхтолщах.3. Разработана аналитическая модель линейного притока газа к горизонтальнойскважине с многостадийным ГРП с учетом стимулированных трещинами объемов пласта,включающая упрощенный расчет кажущейся проницаемости, которая является обобщающеймоделью для ситуаций, когда в отдаленных участках пласта существует линейное течение внаправлении, перпендикулярном или параллельном стволу горизонтальной скважины, а также6для комбинаций интенсивностей этих течений в зависимости от конфигурации ГРП иособенностей дренирования пласта.

Модель также позволяет учитывать возможное изменениекажущейся проницаемости матрицы, обусловленное не-дарсиевским течением, при условииизменения пластового давления при моделировании разработки низкопроницаемых исланцевых газовых месторождений.4. Проведена сравнительная оценка влияния различных факторов на продуктивностьгоризонтальной газовой скважины с многостадийным ГРП в низкопроницаемых и сланцевыхтолщах, установлено, что есть оптимальное сочетание таких факторов, как полудлинатрещины ГРП, количество трещин ГРП и проводимость трещины ГРП, определяющеенаиболее эффективную модель разработки.Теоретическая и практическая значимость работыРазработанные усовершенствованные аналитические модели линейного притока газа кгоризонтальной скважине с многостадийным ГРП позволяют проводить экспресс-прогноздинамики дебита газовой скважины в низкопроницаемых и сланцевых толщах на срок до 10лет с учетом сложности конфигурации зоны дренирования скважины и особенностейфильтрации газа.Проанализировано влияние на продуктивность горизонтальной газовой скважины смногостадийным ГРП в низкопроницаемых и сланцевых толщах различных факторов ивыработаны рекомендации по проектированию разработки этих толщ.Методы исследованияВ диссертационной работе используется метод математического моделирования.Математические модели разработаны на базе анализа литературы и исследований разныхученых.