等温条件下页岩储层视渗透率随压力变化规律研究

储层中页岩气通常在较大压差和压力梯度条件下流动,流动过程受努森扩散、滑脱效应等多种机理综合作用,流动特征也随流动机制改变而产生相应的变化。实验选取9块页岩岩心,通过开展氮气与氦气的页岩流态实验,得到等温条件下一定压力范围内不同流动机制下的页岩视渗透率变化规律。实验结果表明:发生努森扩散的页岩视渗透率可高于常规气测值数十倍以上,低压差或低压力梯度条件下储层因扩散作用增强实际流动能力增加。当压力水平或压力梯度较低时,扩散是传质的重要机制。认识这一特征对于进一步了解页岩气流动规律以及指导提高页岩气产量有着重要意义。     

页岩气井全生命周期物理模拟实验及数值反演

页岩储层极低的孔隙度、渗透率和复杂的赋存、输运状态导致其特有的L型生产特征曲线,而且页岩气流动机理复杂。对页岩气井衰竭开发全生命周期生产过程进行了全直径岩心物理模拟实验,获取了模拟页岩气井生产过程完整的压力、日产气量等重要的生产数据,解决了页岩气井生产时间短以及作业引起的间断性等问题导致难以获取完整生产数据的问题。开发模拟实验研究结果表明,模拟实验生产特征与气井相一致;利用模拟实验数据可以准确判断岩心的临界解吸压力（12 MPa）、游离气量（3 820.8 mL）与吸附气量（2 152.2 mL）以及不同时间、地层压力时对应的日产气量中游离气与吸附气比例,废弃压力对应的生产时间和最终采出程度。运用岩心与气井无因次时间的相似性以及试井与相似理论,开展了数值反演计算页岩气井的生产动态曲线,预测气井的开发效果,提出了渗透率与压裂效果（缝网密度）是页岩气藏有效开发的关键,其中渗透率是根本,压裂技术是手段。     

焦石坝页岩气储层流动特征分析及应用

针对页岩气开发过程中流动实验方法和研究手段的缺乏、流动机理认识不清等问题,从理论上对页岩储层孔隙结构、解吸、扩散、低速渗流等方面进行了机理分析。基于焦石坝页岩微观孔隙特征分析,建立了页岩气储层流动特征的实验装置,并开展系列的储层温度压力条件下焦石坝页岩气储层流动特征的测试实验。根据测试实验结果,初步探讨焦石坝页岩气衰竭开采过程中的流动机理,将页岩气衰竭开采过程划分为:稳产、快速递减和产量低速稳定3个阶段,确定了Knudsen扩散是页岩储层中扩散作用的最适用的方法,并给出了修正的Knudsen扩散公式。     

页岩储层气体流动能力实验研究

针对采用常规渗透率无法有效表征页岩储层流动能力的现状,运用自主研发的页岩气稳态流动和衰竭开发物理模拟实验装置,测试了压力为0. 0～30. 0 MPa的气体流动能力,结合孔隙分布和应力敏感测试,建立了页岩储层基质气体流动能力的表征方法。研究表明:页岩储层中气体流态以滑脱流为主,明确了滑脱因子、吸附以及应力敏感对流动能力的影响,建立了氦气渗透率、氮气渗透率与甲烷渗透率三者之间的转换关系;建立了考虑滑脱、吸附和应力敏感的表观渗透率模型,能表征页岩气在基质中的流动能力。建立的表观渗透率模型更接近原始储层气体的真实流动状态,能反应页岩气开发过程中储层的实际渗流能力,从而为页岩产气规律评价和生产动态预测提供科学依据。     

储层原生水对页岩气赋存状态与流动能力的影响

储层原生水对页岩气吸附规律和流动能力的影响情况目前尚不清楚,为此选用四川盆地长宁—威远地区下志留统龙马溪组页岩样品,基于吸附平衡法制取不同含水饱和度的实验样品,开展了高压等温吸附实验,探讨不同含水饱和度下页岩等温吸附作用及机理,并运用自主研发的稳态流动实验装置测试了不同含水饱和度下页岩气的流动能力。研究结果表明:(1)页岩储层微米—纳米级孔隙中原生水的存在降低了页岩的吸附能力,含水饱和度为40%时,模拟计算的总含气量比常规认识下的计算结果下降了18%;(2)页岩视渗透率是压力的函数,低压下努森扩散作用使得页岩视渗透率随压力降低而明显上升,当平均压力为5 MPa、含水饱和度达到50%时,与不含水相比页岩视渗透率下降约70%;(3)当含水饱和度低于临界含水饱和度时,水主要以不可动水赋存在微孔和介孔中,对页岩气流动能力影响较小,而大于临界含水饱和度时,水的赋存位置发生改变,导致页岩气流动能力大幅度降低。结论认为,准确认识页岩储层原始含水饱和度及临界含水饱和度,有助于准确计算页岩气储量、合理预测气井产量。     

页岩气与煤层气开发特征模拟实验研究

为明确不同吸附气比例对气体开采特征的影响,优选具有代表性的页岩和煤岩样品,分析了页岩气与煤层气赋存与开发机理的异同,建立了高压吸附特征测试和多点测压串联开发模拟实验方法,对比分析了页岩气和煤层气的压力传播规律和气体动用规律。结果表明：页岩和煤岩基质的渗流能力均较低,煤岩样品的吸附能力约为页岩样品吸附能力的9倍,储层中煤层吸附气达到79%,占主导地位,而页岩储层中以游离气为主;页岩与煤岩的压力传播速度均较慢,煤层动用能力高于页岩储层,开发300d煤岩采出程度达到95%,页岩采出程度仅为75%。研究认为,在开发中后期,压力降低,吸附气解吸参与供给,页岩和煤岩压力下降均明显变缓,单位压降产气量增加,煤样的单位压降产气量增加程度远高于页岩,页岩气开发技术政策应以高效动用游离气为主,而煤层气开发技术政策应以有效动用吸附气为主。研究成果为完善非常规天然气渗流理论、优化开发技术政策奠定了基础。     

复杂条件下页岩气藏生产特征及规律

从页岩气藏的储层特征、生产机理及压裂施工后气井的产能特征着手,首先分析了页岩储层多孔介质的4个组成部分,确定了有机质孔隙是页岩气主要的储集体,有机质含量及孔隙发育特征直接影响页岩气藏的储量和产量;对页岩气藏的吸附、解析、扩散等渗流机理进行了细致分析,推算游离气与吸附气量,并用压力变化关系曲线解释含气量关系;在产能特征方面运用实例分析了页岩一气井产能,确定了单井初期产量高、后期递减迅速和生产周期长等特征,证实了水力裂缝是页岩气藏最主要的气体渗流通道,水力裂缝的形态最终决定气井的产能。研究结果从多方面总结了页岩气藏复杂的生产机理及特征规律,为提高页岩气井产能、规模化开发页岩气藏提供了理论支撑。     

页岩气低速渗流特征分析及影响因素研究

针对页岩气低速条件下渗流特征及基质页岩应力敏感性特征不明确的问题,通过自主开发的页岩气低速渗流装置进行实验,获得不同气体、不同孔隙压力条件下页岩气低速渗流规律及基质页岩应力敏感性特征。研究结果表明：基质页岩岩心吸附能力较强,由吸附作用造成的无回压条件下氦气的流动能力为甲烷的1.5～2.0倍;随着孔隙压力的升高,吸附气与自由气共同作用造成甲烷流动能力呈现先上升后下降的趋势;随有效应力增加,基质页岩岩心渗透率呈指数式下降,且孔隙半径逐渐减小,气体滑脱效应增强,气体流动能力在总体稳定的基础上略有升高。研究成果对基质页岩中气体渗流规律的研究及页岩气藏的开发生产具有重要的指导意义。     

下寺湾油田长7油层组页岩气储层敏感性实验

由于延长组长7油层组页岩气储层微裂缝页理发育,且基质型页岩与裂缝型页岩并存,所以在开发过程中储层易受到伤害。敏感性评价实验是研究储层伤害的重要手段之一,但这一实验目前主要针对基质型页岩进行研究。考虑到页岩储层往往需要进行压裂才能生产,且基质型页岩与裂缝型页岩的伤害机理有所不同,所以将裂缝型页岩的岩心流动实验和基质型页岩的压力脉冲衰减法实验相结合,来研究长7油层组页岩气储层的敏感性伤害机理。结果表明：该页岩储层具有强应力敏感、中等强度碱敏、中等偏弱水敏和中等偏弱速敏等特征。对比发现：在除应力敏感性评价实验外的其他各项实验中,裂缝型页岩的伤害程度均高于基质型页岩,主要是由于裂缝的存在使外来流体与地层的作用面积增大,从而造成更大的伤害;在应力敏感性评价实验中,基质型页岩应力敏感性强于微裂缝型页岩,但略低于裂缝型页岩。该研究成果可为页岩气的高效开发提供依据。     

基于动量方程的页岩气体扩散能力表征模型与实验研究

为揭示页岩微纳米孔隙中气体的扩散机理,针对页岩储层气体扩散能力难以定量表征的问题,基于考虑流体黏性的微分形式动量方程,建立了考虑页岩孔隙度、迂曲度和流动K_n数(气体分子平均自由程与流动特征尺度之比的气体扩散系数新模型,将模型与自主研发的页岩近平衡态实验进行验证,进而形成了页岩气扩散系数影响因素图版。研究表明:考虑了页岩孔隙度、迂曲度等多孔介质参数和流动K_n数,新建立的扩散系数更能准确表征页岩气扩散能力,与近平衡扩散流量吻合度达90%以上;扩散系数与压力负相关,而与孔隙直径正相关,在压力低于20 MPa、孔隙直径低于10 nm或K_n数高于0.2后必须考虑上述参数变化对扩散系数的影响。该研究实现了储层条件下页岩气扩散流量的定量计算,可用于页岩表观渗透率模型的建立,为不同生产阶段页岩气扩散对产量的贡献以及调整生产制度、提高单井产量提供科学依据。     

基于动量方程的页岩气体扩散能力表征模型与实验研究

为揭示页岩微纳米孔隙中气体的扩散机理,针对页岩储层气体扩散能力难以定量表征的问题,基于考虑流体黏性的微分形式动量方程,建立了考虑页岩孔隙度、迂曲度和流动K_(n)数（气体分子平均自由程与流动特征尺度之比,无量纲）的气体扩散系数新模型,将模型与自主研发的页岩近平衡态实验进行验证,进而形成了页岩气扩散系数影响因素图版。研究表明：考虑了页岩孔隙度、迂曲度等多孔介质参数和流动K_(n)数,新建立的扩散系数更能准确表征页岩气扩散能力,与近平衡扩散流量吻合度达90%以上。扩散系数与压力负相关而与孔隙直径正相关,在压力低于20MPa、孔隙直径低于10nm或K_(n)数高于0.2后必须考虑上述参数变化对扩散系数的影响。该研究实现了储层条件下页岩气扩散流量的定量计算,可用于页岩表观渗透率模型的建立,为不同生产阶段页岩气扩散对产量的贡献以及调整生产制度、提高单井产量提供科学依据。     

储层温度和压力对页岩气赋存形态影响

本文以四川盆地南方海相龙马溪组页岩为研究对象,考虑页岩中吸附相所占孔隙度,分析了不同储层温度和压力下对页岩储层赋存形态的影响,得出了页岩埋藏深度与吸附气、游离气和总页岩气。分析结果表明:页岩储层压力增大,页岩的吸附能力逐渐减弱,吸附气量增加趋势减小,吸附气占页岩气总储量的百分数降低;页岩游离气含量与储层压力之间存在正相关关系;在低储层压力阶段,岩气总储量随储层压力增加迅速增大,在高储层压力阶段,页岩气总储量随储层压力增加而增大;吸附是放热过程,储层温度越高,页岩储层对甲烷的吸附能力降低。随着储层温度增大,气体分子热运动加快,页岩的吸附能力减弱,吸附量降低;页岩埋深增加,储层压力和温度增大,吸附气量先增加而后降低,游离气线性增加,页岩气总储量先迅速增大而后逐渐趋于平缓。     

页岩储层泛连通特征及气体赋存方式

目前对页岩储层微观孔隙的连通特征、气固作用关系认识尚有不足，对纳米级空间（尺度为0.5~4.0 nm）在气体储集、流动中的作用没有开展系统研究。通过透射电子显微镜观察到页岩储层固体矿物颗粒内部存在大量纳米级空间，并通过实验证实镜下观察到的纳米级空间对甲烷气体具有可通过性、可存储性；基于观察和实验结果提出了页岩储层泛连通的概念；提出页岩气新的储集形态——固溶气，将页岩气的储集方式分为自由气、吸附气、固溶气、溶解气4种；依据新的认识给出实际页岩气储量计算新公式，实际计算得到页岩气储集量增加7%~32%。该认识和结论同样可应用于高温高压致密气藏，可以形成基于泛连通和固溶气概念的页岩储层微观评价和渗流机理的理论体系。     

昭通国家级示范区龙马溪组页岩气储层超压成因浅析

与北美页岩气区块页岩储层相比,昭通国家级页岩气示范区下志留统龙马溪组页岩表现埋藏深、成熟度高、孔渗低、地层压力系数高的特点。以页岩气钻井、测井资料解释及试井、试气数据为依据,着重对龙马溪组页岩气储层超压的分布规律和形成机制进行分析,以探索储层超压与页岩气高产的关系。研究表明,页岩储层超压与保存条件关系密切,随储层埋深与向斜宽度的增大、离通天断层与剥蚀区的距离增加,储层压力系数增大;而有机质生烃、剥蚀卸载、地应力挤压以及致密封隔层,是页岩储层超压形成的主要原因。分析认为,页岩储层超压是页岩气高产的重要因素,反映出处于有机质过成熟演化阶段的昭通示范区页岩储层,天然微裂缝发育,游离气所占比例较高。总体认为,昭通示范区龙马溪组页岩储层具有典型超压特征,是页岩气开发的甜点区,同时加强页岩储层超压预测研究有利于指导页岩气勘探。     

基于渗流新模型分析页岩气流动影响因素及规律

储层条件下Langmuir吸附模型不足以描述页岩气的超临界高压吸附特征,故含Langmuir吸附模型的渗流方程不利于描述超临界高压吸附解吸作用下页岩气的流动特征,因此建立了考虑超临界高压吸附模型的页岩气渗流方程,并与考虑Langmuir吸附模型的渗流方程进行了对比,同时分析了渗透率、孔隙度及吸附解吸作用对页岩气流动的影响规律及程度。研究表明:与Langmuir吸附模型相比新吸附模型能更加准确地描述页岩的超临界高压等温吸附特征;基于新吸附模型的渗流方程拟合实验结果的精度更高,更利于描述吸附解吸对流动的影响;当平均压力下降小于32.70%时,日产量影响程度排序为渗透率孔隙度吸附解吸作用;当平均压力下降为32.70%~42.58%时,日产量影响程度排序为孔隙度渗透率吸附解吸作用;当平均压力下降大于42.58%时,日产量影响程度排序为孔隙度吸附解吸作用渗透率;孔隙度、渗透率仍为页岩气传质输运的主控因素,但不可忽略吸附解吸作用对页岩气井生产中后期的影响。     

中国南方海相页岩气体滑脱效应实验研究

为了研究滑脱效应的存在条件,以及对页岩气在页岩储层中的渗流规律,基于页岩气的渗流机理和气体渗流的滑脱机制,通过室内实验测定了不同孔隙压力条件下滑脱因子的大小,研究了孔隙压力对页岩气滑脱效应的影响,以及滑脱效应对气体渗透率的影响情况;对含裂缝和不含裂缝的页岩开展了不同孔隙压力下的渗流特征分析。结果表明:页岩中气体滑脱效应是客观存在的;对于不含裂缝的岩心,气体在页岩渗流过程中滑脱效应的强弱很大程度上取决于储层孔隙压力的大小;当储层孔隙压力1 MPa的时候,滑脱效应明显;当储层孔隙压力大于1 MPa的时候,滑脱效应不明显,整个流动过程为先滑脱流后达西流。对于含明显裂缝的岩心,渗透率随着平均孔隙压力的增大而呈现出三段不同的关系,随着孔隙压力越来越大,渗透率越来越低,且下降趋势越来越大,滑脱效应愈发明显。     

页岩油藏油气两相流动模型及其对油藏开发的启示

页岩油藏开采中若井底压力低于饱和压力，储层压力下降会导致溶解气变为游离气，使储层流体流动规律复杂，因此油井产能预测需要考虑早期溶解气驱的影响。国内外相关研究尚未阐明原油依靠游离气泡膨胀流动的本质规律。基于流体自扩散模型，考虑储层压力衰减导致溶解气析出建立自扩散两相流动数学模型，初步表征了储层压力衰减与溶解气驱油的耦合扩散流动过程。通过与已有实验数据对比，论证了模型的合理性。在自扩散主导的致密页岩油藏一次开采流动中，随着溶解气析出变为游离气且原油含气饱和度增大，游离气泡膨胀驱动原油流动的能力不断增强。重点分析了原油泡点压力与溶解气油比对页岩油流动的影响，发现在相同生产条件下更高的原油泡点压力与溶解气油比可显著提高原油中游离气的饱和度，流动中更多原油被膨胀的气泡“挤”出，原油产量更高。最后探讨了研究结论对页岩油藏开采的启示。     

页岩气藏压裂水平井不稳定渗流模型及试井分析

页岩气藏基质渗透率极低,因此多采用压裂直井或压裂水平井进行开发。页岩气藏多级压裂水平井压力动态研究是获取页岩储层参数的重要手段之一,也是页岩气井产能评价的基础。然而,目前的压裂水平井模型忽略了页岩气藏的非均质性和页岩有机质纳米孔隙中的渗流机理,未考虑不同赋存空间气体流动特征的差异性。为此,文中建立了页岩气藏多级压裂水平井压力动态解析模型。基于五线性流模型,将储层分为2个上部储层区域、2个内部储层区域及人工裂缝区域。分析不同区域流动特征,并运用Laplace变换和正规摄动方法对模型进行求解。根据模型解析解绘制压力动态曲线,并进行流动区域划分和敏感性分析。研究结果表明,该模型与实际生产数据吻合度较高,具备可靠的理论支撑,能较好地描述页岩气井开发过程中的压力动态变化。     

含水页岩吸附甲烷实验研究综述

页岩气吸附特征和吸附机理以及以其为基础的页岩气藏吸附气储量正确评价,是正确制定页岩气藏开发技术政策和开发方案的基础。美国的页岩调查显示北美页岩的含水饱和度均不为零,我国南方海相页岩的调查资料也显示其储层都是含水的。由此我们可以得出一个结论:不论国内还是国外,页岩气藏都有不同程度含水。目前,页岩吸附实验是按煤层气标准,利用烘干粉碎页岩样品进行,而页岩储层含水,实验条件与页岩气藏实际条件相差甚远,致使得到的实验结果与页岩气储层实际相差甚远,也无法正确评价实际页岩气藏吸附气含量。     

基于LBM页岩微观尺度气体流动模拟研究

页岩有机质存在大量的微纳米孔隙,分布在该尺度孔隙中的页岩气在开采条件下的流动表现为特殊复杂的流动形态,达西渗流定律已不适用于页岩储层微纳米尺度孔隙中气体流动的模拟计算与表征。采用格子Boltzmann方法,基于页岩气微观尺度气体流动特征,结合真实气体状态方程,建立了页岩微尺度气体流动的物理模型和数学模型,得到不同参数下微观气体边界滑移速度分布和压力分布规律。计算结果表明:孔隙尺寸和压力是页岩气在微纳米孔隙中的流动能力的决定性参数,孔隙尺寸和压力的增加将导致气体压缩效应增强,滑脱效应减弱;温度升高和压力降低均能促进吸附气体发生解吸,且页岩气的解吸吸附效应对于温度的变化相对于压力更敏感。该研究对认识页岩气微观流动规律具有重要的理论价值,对制订合理的开采制度,实现页岩气长效生产具有重要指导意义。