考虑微尺度效应的页岩气藏压裂水平井压力动态分析

为了更加准确地进行页岩气井产能预测、压裂设计,研究页岩气渗流的微尺度效应,进行井底压力分析。从微观角度,用带有Langmuir滑移边界的格子Boltzmann方法模拟页岩气在有机质纳米孔道中的流动,并拟合出基质渗透率。在宏观角度,将微观基质渗透率引入试井模型,用Laplace变换、点源方程、叠加原理和数值离散等方法建立页岩气藏多级压裂水平井试井模型,并通过Stehfest算法对Laplace空间下的压力值进行反演,得到典型的压力动态曲线,并分析流动参数对井底压力的影响。结果表明:纳米孔道中气体的稀薄效应显著,孔道直径越小,孔壁的滑移速度越大,甚至大于孔道中的气体速度;页岩气在纳米孔中流动时发生"双滑脱效应","双滑脱效应"导致页岩气的渗透率大于等效液体渗透率,并引起在克氏渗透率图中气体渗透率与平均压力的倒数偏离直线关系;压裂水平井渗流可划分为9个流动区域;拟稳态模型可更好描述吸附解吸阶段压力的变化;吸附系数影响吸附解吸的强度,窜流系数影响吸附解吸出现的时机,弹性储容比影响整个流动阶段,而裂缝只影响早期渗流阶段。     

页岩气藏多尺度微观传质机理研究

页岩气藏微-纳米孔隙发育,天然气以游离和吸附态富集,与常规气藏比较、天然气富集特征、气体传质过程等都更为复杂。页岩气藏经压裂改造后形成人工裂缝-天然裂缝-基质多尺度传质路径,其微观传质过程涉及多种方式,对页岩气藏多尺度微观传质机理的研究将有助于提高页岩气藏开采效率。调研认为,气体传质过程包括有机孔隙和无机孔隙中气体的流动,扩散-渗流模型应考虑吸附-解吸附、滑脱效应、Knudsen扩散以及无机孔隙含水等因素的影响;根据其成藏特点,建立不同孔隙类型、不同尺度孔隙通道条件下气体传质数学模型,可为页岩气藏的开发设计提供依据。     

页岩气藏多尺度微观传质机理研究

页岩气藏微-纳米孔隙发育,天然气以游离和吸附态富集,与常规气藏比较、天然气富集特征、气体传质过程等都更为复杂。页岩气藏经压裂改造后形成人工裂缝-天然裂缝-基质多尺度传质路径,其微观传质过程涉及多种方式,对页岩气藏多尺度微观传质机理的研究将有助于提高页岩气藏开采效率。调研认为,气体传质过程包括有机孔隙和无机孔隙中气体的流动,扩散-渗流模型应考虑吸附-解吸附、滑脱效应、Knudsen扩散以及无机孔隙含水等因素的影响;根据其成藏特点,建立不同孔隙类型、不同尺度孔隙通道条件下气体传质数学模型,可为页岩气藏的开发设计提供依据。     

致密岩石气体渗流滑脱效应试验研究

由于致密结构和低的渗透率,气体在孔隙喉道小的致密岩石中流动会受到滑脱效应的影响。以湖南某试验场地致密砂岩为研究对象,对岩样进行了微观结构的SEM分析,通过一系列围压和孔隙压力作用下的砂岩气体流量和渗透率测试,研究气体在致密岩石中渗流特征,证明了致密砂岩气体流动存在滑脱效应现象,其渗流不符合Darcy定律。分析了孔压对滑脱效应的影响、滑脱效应对气测渗透率的影响以及滑脱因子与绝对渗透率的函数关系。研究结果表明,滑脱效应对气测渗透率的影响随着围压和气体孔隙压力的变化有所不同。同等围压下,孔隙压力越小,滑脱效应越明显,导致气测渗透率大于砂岩绝对渗透率。同等孔压下,当围压达到某一值后,其对滑脱效应的影响有限,同时也说明围压对岩石的压密是有限的。砂岩的平均气体孔隙压力与气测渗透率关系更加符合二次项曲线方程。计算获得的克努森数Kn说明了在相对高的围压和低的孔隙压力条件下,气体渗流过程位于滑脱流和过渡流之间,传统的N-S方程可能不再适用,应用Knudsen扩散方程更加合理,特别是当克努森数Kn比较高时。     

页岩气藏流固耦合渗流模型及有限元求解

 页岩气渗流模型是页岩气藏动态分析和数值模拟的基础。将裂缝性页岩气藏视为基质孔隙–裂缝双重介质,同时考虑岩石骨架变形对气体渗流场的影响,建立页岩气藏流固耦合渗流模型。模型假设基质孔隙内作克努森流动,裂缝中作达西渗流,综合考虑页岩气壁面滑脱流动与孔内扩散作用、吸附与脱附、应力敏感性等渗流机制。采用有限元法离散控制方程及全隐式耦合求解方法,编制计算机程序。考虑真实页岩参数取值,利用该模型进行算例分析。结果表明,页岩气藏压力下降速率小于常规裂缝性气藏压力下降速率;裂缝渗透率是影响裂缝渗流压力衰减的主要因素,需考虑页岩裂缝导流能力与基质产气速率的匹配关系;原始地层压力越小,裂缝渗流压力衰减越慢。所建模型可为页岩气藏模拟器开发及动态分析提供理论基础。     

页岩中气体流动规律数值模拟研究

为了更好地对页岩气进行开发,亟需对其渗流规律进行深入研究。常规气藏的气体渗流理论没有考虑气体在页岩纳米尺度孔隙中流动规律的特殊性。本文考虑气体在页岩微观孔隙中流动时的Knudsen扩散和壁面滑脱效应,建立了针对页岩一维流动的非线性渗流数学模型及求解方法,研究了页岩中气体的渗流特征和规律。通过实验,对本文的数学模型和常规气藏数学模型的结果进行了验证,可以看出:本文的模型结果能更好地符合实验规律,而常规气藏模型计算的流动平衡时间和实验结果有50%左右的差别,因此考虑气体在页岩中的特殊渗流规律的影响,对于页岩气渗流规律的研究是必要的。     

页岩气开采过程中储藏压力影响因素研究

页岩气的流动是一个跨流态、多尺度的复杂问题,研究其在开采过程中,储层压力的变化规律,对其产能效率具有重要意义。基于连续介质模型、双重介质模型以及离散裂缝模型,建立页岩气流固耦合渗流模型。本文采用COMSOL Multiphysics软件建立页岩气水力压裂开采物理模型并进行求解,并且模拟页岩气开采过程中气体流动。通过改变压裂裂缝参数以及采用不同介质模型,探究页岩储层压力的变化规律。     

复杂压裂缝网页岩气储层压力传播动边界研究

页岩气储层中存在大量的纳微米孔隙,且孔隙裂缝结构复杂,气体渗流阻力大,存在多尺度渗流的问题;页岩气储层压力扰动随时间向外传播并非瞬时到达无穷远,其渗流规律就是一个压力扰动边缘动边界的问题.基于对以上问题的研究,本文建立了渗透率分形分布和高斯分布的渗透率表征模型,对不同形态缝网压裂特征就渗流规律进行了描述,并利用稳态依次替换法,考虑页岩储层中扩散、滑移及解吸作用,进一步研究了多级压裂水平井不稳定渗流压力扰动的传播模型,得到不同压裂条件下压力扰动边界随时间变化的关系,并结合我国南方海相龙马溪组页岩气藏储层参数,应用MATLAB编程.研究表明:压力传播动边界随时间增加逐渐向外扩展,渗透率越小,压力传播越慢;未压裂储层压力传播速度<渗透率分形分布压裂储层传播速度<渗透率高斯分布压裂储层传播速度.对于渗透率极低的页岩气储层,压力传播慢,气井自然产能低,必须对页岩气储层进行大规模的储层压裂改造,并控制压裂程度,以提高页岩气开发效果;基于压力传播动边界的扩展优化页岩储层压裂井段间距90 m,优化渗透率分形分布压裂井井间距318 m,渗透率高斯分布压裂井井间距252 m.因此应合理控制页岩储层压裂改造规模,实现优产高产.模型模拟结果与实际生产数据拟合较好,验证了本研究理论模型的适用性.     

裂缝性页岩气藏水平井产能预测模型

基于页岩气藏线性、非稳态流动特点,考虑未压裂区双重介质特点及其对产气的贡献,建立页岩气多级压裂水平井渗流模型并求得定压条件下Laplace空间解。数值模型验证表明解析解与数值解吻合度高,在此基础上推导新的页岩气双孔瞬态产量典型曲线,补充和发展原有页岩气SRV模型典型曲线,并进行参数敏感分析,将新建典型曲线与SRV模型、Brohi模型典型曲线进行对比。结果表明:新典型曲线流动阶段表现为线性流与过渡流交替,较Brohi单孔外区模型典型曲线更复杂;气藏尺寸、窜流系数、内外区裂缝渗透率比对典型曲线影响很大,而储容比的影响不明显;未压裂区天然裂缝对气井产量有积极作用,对页岩气藏进行产能预测时不可忽略。     

含水煤岩渗透率演化规律及动态滑脱效应的作用机制

为探究含水煤岩在有效应力与动态滑脱效应综合作用下的渗透率演化规律，采用含瓦斯煤热–流–固三轴伺服渗流装置，分别测量不同含水率下有效应力增大过程中的煤岩渗透率。在此基础上，建立考虑有效应力、水分与动态滑脱效应综合作用的煤岩渗透率模型，并进一步量化分析不同有效应力和含水率下的煤岩渗流特性和动态滑脱效应及其相互间的联动机制。研究结果表明：(1)含水率恒定时，有效应力增大过程中，煤岩渗透率呈指数形式减小。有效应力恒定时，含水率越大，煤岩渗透率越小。(2)构建随有效应力、含水率变化的动态滑脱因子模型。在各含水率条件下，随有效应力增大，煤岩裂隙通道逐渐闭合，滑脱因子则呈增大趋势。此外，本试验条件下，同一有效应力下的滑脱因子在含水率1.80%以内缓慢增大，超过1.80%后出现激增。(3)构建含水煤岩渗透率模型并验证其可靠性，量化滑脱效应对渗透率的贡献情况。(4)考虑到实际储层中裂缝形态的差异，提出考虑不同裂缝形态的煤岩气测渗透率模型。其中，圆形裂缝对应的煤岩渗透率最小，方形次之，正三角形最大。探讨多因素综合作用下煤层气在储层中的运移规律，以期对提高煤层气采收率具有重要指导意义。