页岩与致密砂岩气井产气机理及生产动态模拟对比

为揭示页岩和致密砂岩气开发方式差异性的原因,运用页岩与致密砂岩全直径岩心模拟气井全生命周期开发动态,研究2种气藏产气机理。实验结果表明:页岩气生产过程包括高速、中速和低速开发3个阶段,只有中速开发阶段地层视压力与累计产气量呈线性关系,压力降到12 MPa时偏离原有的线性关系;而致密砂岩地层视压力与累计产气量基本呈线性关系,只在压力接近于0.1 MPa时偏离原有的线性关系。致密砂岩高速开采阶段采出程度达90%,低速开发采出程度低;而页岩高速开采阶段采出程度只有17%,中低速开发阶段采出程度可以达到50%,二者低速开发阶段单位压降采气量大幅增加,证明都含有一定量的吸附气,差别在于页岩解吸压力和吸附气量占总气量比例相对较高。最后,根据页岩渗透率和吸附气的认识,建立考虑滑移效应与Langmiur吸附效应的相对简单的页岩全生命周期渗流模型,数值模拟页岩全直径岩心全生命周期生产动态,视压力曲线、日产气递减曲线与实验结果具有很好的一致性,拟合游离气量和吸附气量相对误差不足5%,证明该模型预测页岩气井产能的可行性。     

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。     

页岩气赋存形式和初始原地气量（OGIP）预测技术

页岩气有利区或核心区评价的关键是确定页岩初始原地气量（OGIP)的空间分布,页岩气赋存形式介于致密砂岩气与煤层气之间,主要呈3种状态：孔隙中游离气、固体有机质吸附气、油和水中溶解气,温度和压力条件控制3种状态气体的量和相互转化。游离气量主控因素是页岩孔隙度和气体饱和度,吸附气量主控因素是有机质数量和有机质成熟度,溶解气量的主控因素是页岩中残留油的数量。提出了页岩气中游离气量、吸附气量和溶解气量的算法,并在油气系统模拟软件Trinity 3D中实现页岩气OGIP量空间分布计算,以Fort Worth盆地Barnett页岩为例展示了这一技术的实际应用。     

页岩气开采模拟实验方法研究

为提高对页岩气特有的赋存状态和产气规律的认识水平,利用自主研发的模拟实验装置,采用天然页岩储层岩心和甲烷气开展了气体流动能力、气井生产动态和全生命周期生产模拟实验。实验结果表明,研发的模拟实验装置和配套技术具有高压力、超长周期、多点测压等特点,能够较真实模拟页岩储层条件下的页岩气流动过程,初步揭示了扩散是主要的传质输运机理、页岩基质压力传播较慢、生产初期主要产出游离气、后期吸附气开始供给等页岩气的传质输运机理和衰竭开发规律,从而为页岩气开发技术政策制定提供了实验依据。     

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。     

页岩气水平井分段压裂裂缝参数对产能影响数值模拟研究

页岩气是赋存于页岩裂隙、微细孔隙及层面内的非常规天然气。储气方式以游离气和吸附气为主,气体在页岩储层中的流动主要经历三个过程:(1)在压降作用下,裂缝系统中的页岩气流向生产井底同时吸附在基质表面的页岩气开始解析。(2)在浓度差的作用下,基质中的页岩气向裂缝系统扩散。(3)在势的作用下,裂缝系统(天然裂缝和压裂诱导裂缝)中的自由气以渗流的方式流向井底。     

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。     

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煤层气主要以吸附状态赋存在煤岩基质中，只有当储层压力降低后才可以从基质中解吸出来，煤岩裂隙或割理中多被水充满，而裂隙与割理是煤层中的主要运移通道，煤层气需要通过排水（裂隙或割理）降压（煤岩储层）方式才得以采出，故煤层气的产量受煤岩性质、压力水平和两相渗流特征等多种因素的影响。文章分析认为，影响煤层气井单井产量的主要因素包括煤岩渗透率、孔隙度、吸附能力、含气量、临界解吸压力、相对渗透率等；为提高煤层气井单井产量，必须通过洞穴完井、压裂改造或水平井等方式，改善井底渗流条件，有效地降低井底流压，扩大压力波及范围，增加有效解吸区，扩展两相渗流区范围。为实现煤层气的规模开发，必须深化认识储层特征，结合地质实际，选择合适的开发技术。     

页岩吸附与解吸气量实验研究

页岩气主要以游离气和吸附气形式存在于富含有机质页岩中,含气量的大小受页岩储集层压力、温度等多种因素影响。页岩吸附气量是评价页岩气资源量的关键性参数,也是评价页岩气是否具有开采价值的一项重要标准。在分析页岩气吸附与解吸机理的基础上,开展F页岩气田龙马溪组-五峰组岩心等温吸附、解吸实验研究,实验结果表明:利用等温吸附线法是获得朗氏体积(VL)和朗氏压力(pL)的有效途径;钻井现场页岩快速解吸获得的总含气量主要为吸附气量,游离气量占比较小;页岩朗氏体积(VL)与样品的有机碳含量(Cto)成正相关,达到饱和吸附后温度升高,吸附能力明显下降。     

大宁—吉县区块深部煤层气相态控制因素及含量预测模型

鄂尔多斯盆地东缘大宁—吉县区块深部煤层气资源丰富，近年来的开发实践打破了深部煤层气资源难以开发利用的传统认识。目前，深部煤层气勘探开发仍存在一系列地质难题尚未解决，特别是煤层的含气性控制因素及游离气含量预测等，严重制约着深部煤层气的资源评价与高效开发。综合利用煤层气开发地质资料和实验测试手段，对比分析大宁—吉县区块中—深部煤层(1 000～1 500 m)与深部煤层(大于1 500 m)的含气性差异，揭示了深部煤层含气性的内在与外在控制因素，建立了不同相态煤层气的含气量预测模型与垂向分布模式。研究结果表明：深部煤储层整体处于含气过饱和状态，其游离气占比为17%～43%,且随着储层压力升高呈增大的趋势，游离气含量与含水饱和度呈负相关关系。在达到吸附饱和之前，煤储层压力对煤层吸附甲烷有促进作用，而温度和水分则会抑制甲烷的吸附作用。相对于低阶煤而言，高阶煤对甲烷的吸附能力更强，这主要与煤岩的物质组成、孔隙结构、甲烷分子与煤表面之间发生的物理化学反应等因素相关。受多种因素共同制约，煤层中的吸附气含量随着埋深的增大呈现出“快速升高—增速减缓—缓慢下降”的变化趋势，游离气含量呈现出“稳定升高—增速...     

应用核磁共振在线检测技术研究不同赋存状态下的页岩气动用规律

要合理制订页岩气井生产制度,进而优化页岩气田开发技术政策,弄清不同赋存状态下的页岩气产出规律是前提和基础。为了避免间接测试的不确定性,研发了适用于高温高压条件下的核磁共振在线检测系统,选取四川盆地长宁地区N203井下志留统龙马溪组龙一11层页岩岩心,以甲烷气体为实验流体,测量在页岩气开采过程中游离态和吸附态甲烷产出量的变化情况,并且结合页岩气衰竭式开发物理模拟实验,对不同赋存状态下的页岩气动用特征和产出变化规律进行了研究。研究结果表明:(1)饱和甲烷气体的页岩核磁共振T2谱图具有明显的双峰特征,吸附态甲烷主要赋存于页岩纳米孔隙表面,弛豫时间较短(0.1～1.0 ms),而游离态甲烷则赋存于较大的页岩孔隙中,弛豫时间较长(1～100 ms);(2)采用核磁共振测量的甲烷总含气量及吸附态/游离态甲烷气量与采用间接方法计算的结果较为接近;(3)基于页岩气开发物理模拟实验,在开发初期,产出气以游离态甲烷为主,吸附态甲烷的阶段贡献率低于5%,随着生产的持续,吸附态甲烷的阶段贡献率逐渐增加,尤其是当压力低于15 MPa以后,吸附态甲烷的阶段贡献率迅速上升,至生产后期,吸附态甲烷的阶段贡献率超过50%,累计贡献率达到30%;(4)把实验结果换算为矿场条件下气井的生产动态数据,生产前5年,吸附气对气井累计产气量的贡献率不足5%,至生产末期,吸附气对累计产气量的贡献率可以达到25%。结论认为,核磁共振在线监测技术可以定量表征不同赋存状态下甲烷气体的动用规律,为后续开展页岩气气水两相渗吸、CO_2/CH_4吸附置换等研究提供了新的方法。     

深部低阶煤三相态含气量建模及勘探启示——以准噶尔盆地侏罗纪煤层为例

准噶尔盆地低阶煤煤层气资源量巨大,其勘探开发突破是提高我国煤层气产量的重要途径之一。针对该区低阶煤浅部含气性差、深部含气量测试数据匮乏且现有技术手段难以准确测试的状况,从煤层气三相态含气量基本构成出发,开展了低阶煤较高温度和压力条件下甲烷的等温吸附、溶解度、密度和孔隙率等一系列实验,分析了影响甲烷吸附气量、溶解气量和游离气量的相关因素,构建了深部低阶煤吸附气、溶解气和游离气三相态含气量的计算模型。以准噶尔盆地低阶煤储层为例,利用该模型计算的结果显示:三相态含气量构成以吸附气量和游离气量为主,溶解气量所占比例较少;随埋深增加和含水饱和度降低,含气量构成序列由吸附气量高于游离气量转换为游离气量高于吸附气量;含水饱和度越低,其相对含气量转换深度越浅。综合分析后认为,该区深部低阶煤气体构成以游离气为主,煤层气勘探的思路则要以寻找圈闭和局部构造高点为主。     

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。     

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。     

煤层气与致密气合采敏感性因素的数值模拟

针对煤层气与致密气资源的重叠区,多层合采是提高开发效益的有效手段。综合考虑煤层气和致密气不同的赋存机理及渗流特性,建立一层煤与一致密层合采的数学模型。由该数学模型可知,各储层渗透率、原始地层压力、兰氏常数、临界解吸压力等与煤层气吸附特性相关的参数都是影响合采产能的敏感性因素。利用数值模拟的方法,以不同参考指标(产气贡献率、采出程度、累计产气量)为量度,有针对性地对各因素进行优化分析。结果表明:由于煤层与致密层的渗流机理与压降规律不同,当煤层渗透率大于致密层时合采效果较好;煤层气与致密气合采的合理压力差应小于2.1 MPa,否则,会发生倒灌现象,从而破坏储层,导致地层污染;临界解吸压力越大,兰氏压力越大,兰氏体积越小,则合采效果越好。     

四川盆地焦石坝地区页岩吸附特征室内实验

页岩含气量对页岩气田储量计算至关重要,直接关系到页岩气的产量、递减规律等。页岩气以游离气和吸附气形式赋存,有重量法等温吸附、容量法等温吸附、现场含气量测试等不同方法测试吸附气、游离气。通过测试页岩气降压解吸过程中气体体积变化来测量吸附气量,首次建立了同时测试页岩吸附气、游离气的方法。该方法采用柱状页岩岩心,模拟不同温度、压力、含水、真实孔隙结构等条件,消除了等温吸附曲线的负吸附异常;分析了有机质含量、压力、温度、含水、气体组成等因素对页岩吸附量的影响。实验结果表明,页岩的甲烷吸附量随压力增加而增加,压力大于12MPa后达到吸附/解吸动态平衡,吸附量不再增加;有机质含量TOC增加时吸附量增加;温度增加时吸附量降低;页岩含水后吸附量降低;甲烷吸附量高于氮气吸附量;焦石坝龙马溪组主力层页岩在温度20℃、压力30MPa下页岩气吸附气量介于1.8~3.1m~3/t之间,总含气量介于5.1~6.5m~3/t之间,吸附气占总气量40%左右。     

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在煤层水压力作用下,煤岩储层中“圈闭”了一定数量的气体从而形成煤层气藏。煤层水在煤层气的生成、储集（吸附）和产出的全过程中都起着重要的作用。煤层水处于一定的封闭条件下时,煤岩储层表现为具较高的储层压力和含气量;水的不可压缩性对煤岩割理、孔隙起到了支撑作用,使煤岩储层能保持较高的渗透率。在煤层气开采过程中,合理控制煤层水的排采速度,是防止井筒附近应力过分集中,造成煤岩储层孔隙度、渗透率急剧下降的重要手段     

涪陵页岩气田焦石坝页岩气储层含气量测井评价

为深化焦石坝区块页岩气储层评价认识,以四川盆地首口参数井页岩岩心实验为基础,建立了基于常规测井资料的页岩气储层游离气、吸附气及总含气量计算模型与评价标准,并应用于工区内3口探井连续含气量剖面建立和综合评价。焦石坝页岩气田龙马溪组下部—五峰组页岩气以游离气为主,吸附气为辅,游离气含量达到了吸附气含量的2倍以上。其页岩气层含气量呈"上低下高"且随深度增加而增大特征,其中下段总含气量大,游离气含量高,为最优"甜点"段,是典型的Ⅰ类气层,具有非常好的商业开发价值。     

四川盆地深层海相页岩气赋存机理与勘探潜力

深层—超深层页岩气是四川盆地天然气增储上产的战略接替领域。基于志留系页岩气的大量勘探开发实践、实验测试资料和前瞻性研究成果,探讨了深层海相页岩气的赋存状态与聚集机制,指出了四川盆地深层页岩气的有利勘探区。页岩的纳米孔喉系统决定了其内部聚集的天然气呈现吸附态,主要以单分子层在微孔—介孔中吸附聚集。页岩吸附气量除受控于孔、缝的比表面积,还受TOC含量、温度、压力和含水性的影响。深层高温条件下,页岩储层的最大吸附气量较低,随着温度降低页岩的吸附能力增强,最大吸附气量也逐渐增加。页岩气在深层超压条件下主要以游离气赋存,呈超临界状态高密度聚集,游离气含量受储集空间及孔喉结构、埋藏深度、地层温度和压力、超临界流体性质以及页岩含水性等诸多因素综合影响。在抬升过程中,因构造改造的强度、时间和方式不同,页岩气的赋存相态转化及散失机制不同。其中,抬升幅度小且改造强度弱时,页岩气层仍保持深层"游离气为主,超压富气"的特性;抬升至中—浅层时,受断裂开启、剥蚀露头和页岩自封闭性降低等游离气散失机制影响,页岩气层的含气量和游离气量降低、吸附气占比增加,因此,远离剥蚀区、大断裂带的深埋藏区是深层页岩气的最有利富集区。四川盆地内部构造相对稳定,深层海相页岩气普遍保持着"早期滞留,超压富气"的成藏特征,优选宜宾—泸州地区、綦江—涪陵地区、永川—大足地区和垫江—梁平地区为有利勘探区。     

页岩气藏流动机理与产能影响因素分析

为研究气体在页岩储层中的流动机理并分析影响页岩气藏产能的控制因素,基于广泛的文献调研,描述了页岩气在页岩储层中流动主要经历的3个过程：解吸附、扩散和渗流,分析了其影响因素和适用条件。在此基础上,利用数值模拟方法分析了吸附气含量、Langmuir体积、Langmuir压力、扩散系数、基质渗透率、微裂缝渗透率和压裂诱导裂缝导流能力等因素对页岩气水平井产能的影响情况。结果表明：①天然气地质储量保持不变时,随吸附气含量增高,水平井日产气量和相同开发时间累积产气量逐渐降低,地层平均压力下降速度加快;②相同吸附气浓度条件下,随Langmuir体积和Langmuir压力的增加,水平井日产气量和相同开发时间累积产气量逐渐降低,初期产量递减速度加快;③气体扩散系数对产能影响较小;④基质渗透率介于1.0×10^-9～1.0×10^-6 mD时,基质渗透率是控制水平井产能的主要因素,随基质渗透率增加,日产气量和累积产气量迅速增加;⑤基质渗透率大于1.0×10^-6 mD 时,基质渗透率和微裂缝渗透率均是控制水平井产能的主要因素,日产气量和累积产气量随基质渗透率和微裂缝渗透率的增加而增加;⑥随压裂诱导裂缝导流能力增加,水平井累积产气量逐渐增加,累积产气量增幅逐渐减小,压裂诱导裂缝存在着最优导流能力。