页岩气藏三孔双渗模型的渗流机理

为了掌握页岩气储层气体复杂流动的规律,从而高效开发页岩气藏,对页岩气渗流机理进行了研究。借鉴适用于非常规煤层气藏双重孔隙介质模型和考虑溶洞情况的三重孔隙介质模型,基于页岩气储层特征和成藏机理,提出了页岩气藏三孔双渗介质模型;研究了页岩气解析扩散渗流规律,提出考虑储层流体重力和毛细管力影响的渗流微分方程;并利用数值模拟软件对页岩气产能进行了预测。结果表明：基质渗透率和裂缝导流能力是页岩气开采的主控因素,只有对储层进行大规模压裂改造,形成连通性较强的裂缝网络后才能获得理想的页岩气产量和采收率。     

页岩微孔结构及其对气体传质方式影响

页岩复杂的孔隙结构对页岩气赋存状态、储量计算以及多尺度传质具有重要影响。运用压汞和氮气吸附法测定了页岩孔隙结构参数,基于不同孔径中的气体努森数,分析了孔隙尺度与页岩气传质方式的关系。结果表明:页岩压汞孔喉分布曲线呈现明显的三峰特征,直径小于100nm的纳米孔占页岩基块总储渗空间的80%~95%;页岩纳米孔平均直径为3.78~10.09nm,纳米孔具有巨大的BET比表面,77%~99%的比表面集中分布于孔径小于10nm的纳米孔内;基于气体动力学理论,在页岩多尺度孔隙中,页岩气的传质方式可划分为无滑脱渗流、存在滑脱渗流、过渡流动以及分子扩散,孔隙尺度控制着气体的传质方式;在页岩气藏开采的不同时期,不同孔隙尺度中的气体传质方式是动态变化的;在气藏开采中后期,页岩孔隙尺度是影响气体扩散类型和扩散系数的重要因素。      

基于三重介质模型的体积压裂后页岩气储层数值模拟方法

页岩气储层渗透率极低,基本无产能,须进行体积压裂改造形成裂缝网络才能开采。一般采用双重介质模型进行页岩气储层数值模拟,但该模型无法准确模拟远井地带由于压裂开启并相互连通的天然裂缝。为此,针对压裂后的页岩气储层,建立三孔双渗页岩气储层体积压裂模型来描述不同区域渗透率变化与气体吸附解吸过程。新建模型考虑了页岩气的吸附机理,将基质作为气源,将二级次生裂缝与一级次生裂缝视为2个等效的多孔连续体,压裂主裂缝则作为离散裂缝予以描述。对比新建模型与传统的双重介质模型模拟结果后发现,所建三孔双渗页岩气储层体积压裂模型计算的日产气量和累积产气量均高于双重介质模型,结合双重介质模型模拟产量一般低于实际产量的情况,认为采用考虑天然裂缝的三孔双渗页岩气储层体积压裂模型能够更准确地描述水力压裂井的产量变化。各级裂缝渗透率和初始吸附气含量对生产动态的影响结果表明:二级次生裂缝渗透率对累积产气量影响较大,在生产中应当采取措施提高二级次生裂缝渗透率;而初始吸附气含量对累积产气量影响并不明显。     

页岩气藏水平井拟稳态产能研究及影响因素分析

页岩气是赋存于富有基质泥页岩及夹层中,以吸附和游离状态为主要存在方式的非常规天然气。页岩气储量巨大,开发前景被业内广为看好,但其低孔低渗特性使得开发难度高于常规气藏。水平井分段压裂技术开发页岩气已成为世界趋势,但由于页岩气在页岩基质和人工裂缝中呈赋存状态,且独有的渗流特性,压裂在储层内部形成的复杂裂缝网络,使其产能分析较为复杂。以常规压裂机理为基础,利用水平井特定生产指数,考虑页岩气朗格缪尔解吸附作用,建立水平井体积压裂拟稳态产能模型,完整推导了拟稳态流下页岩水平井裂缝产能公式,并对影响产能的因素作出具体分析。对于我国页岩气开发中的适应性问题及页岩压裂特点的裂缝扩展和产能预测具有重要的理论指导意义。     

页岩气体积压裂水平井非稳态产能评价模型

页岩基质渗透率极低,天然裂缝发育,是一种典型的双重介质。气体在页岩纳米级孔隙中同时存在吸附解吸、扩散和渗流等多种流动机理,同时,天然裂缝渗透率会随地层压力的降低而降低。以平板双重介质模型为基础,综合气体在页岩纳米级基质孔隙中的吸附解吸、扩散和渗流机理,考虑天然裂缝的应力敏感效应,建立了一个页岩气体积压裂水平井非稳态产能评价模型,采用摄动法和Laplace变换,求取了模型的解析解,绘制了典型生产曲线。结果表明,吸附解吸和扩散作用分别影响早期产能和中后期产能,而天然裂缝的应力敏感性影响所有流动阶段的产能。     

陆相页岩气的储集空间特征及赋存过程——以鄂尔多斯盆地陕北斜坡构造带延长探区延长组长7段为例

页岩的储集空间不但影响页岩气的储量,还影响页岩气井的产能。研究页岩气的赋存空间及赋存过程有助于确定勘探靶位。综合利用野外露头、岩心观察、薄片分析及扫描电镜等多种手段,研究了鄂尔多斯盆地陕北斜坡构造带延长探区延长组长7段页岩的储集空间类型及其特征。在此基础上,通过解吸模拟实验进行页岩气气体特征分析,最终重建页岩气的赋存过程。结果表明,延长探区长7段页岩发育原生粒间孔、次生溶蚀孔、有机质生烃孔、构造张裂缝及层间页理缝等多种孔、缝类型。在解吸过程中,分子直径较小的甲烷气最容易解吸,含¹³C的甲烷分子则相对解吸困难。在生气初期,长7段页岩生成的少量重烃气主要吸附于有机质表面及微孔中;在生气期,页岩优先吸附重烃气和具¹³C的甲烷气;当满足页岩的吸附和溶解等残留需要后,气体以游离态赋存。     

页岩微观孔隙特征及源-储关系——以川东南地区五峰组-龙马溪组为例

页岩既是页岩气的烃源岩,又是页岩气的储层。运用氩离子抛光扫描电镜技术对川东南地区五峰组-龙马溪组页岩的有机质、无机矿物、孔隙等微观特征进行描述,将有机质、孔隙作为一个“源-储”系统来分析其空间分布状态与时间演化关系。研究表明,有机质孔比无机质孔对赋存页岩气更重要;迁移有机质比原地有机质更发育有机质孔。无机矿物孔隙赋存大量的迁移有机质,在页岩气形成过程中发挥重要作用。五峰组-龙马溪组中含有较多的硅质等刚性颗粒矿物,可以形成坚固的粒间孔隙体系,在成油期孔隙度高、孔隙大且连通性好,可以保存大量的迁移有机质。刚性颗粒粒间孔隙中赋存迁移有机质,迁移有机质在其中演化成为固态有机质,其中的有机质孔中赋存天然气,构成最佳的源-储匹配关系,最有利于形成和富集页岩气。页岩中的粘土矿物晶间孔在早期的成岩阶段大多已丧失,少量的在胶结物晶粒支撑与内部流体压力双重保护之下仍赋存有机质和有机质孔。黄铁矿集合体形成粒间和内部晶间孔隙,部分孔隙可以赋存有机质和较小的有机质孔,但总量有限。     

页岩裂缝和孔隙中气体运移方式评价及确定

页岩气储层为双重介质结构,包含裂缝系统和基质孔隙系统。在页岩中,裂缝从微米级到毫米级变化,基质孔隙则为纳米级。不同级别储集空间的发育导致页岩气的运移方式异于常规气藏,其过程是一个包含从宏观尺度到分子尺度的复杂运移过程。为深入了解页岩气运移方式,采用多孔介质中气体运移方式划分原理,利用Knudsen数对不同尺度的页岩气运移方式进行判断。从页岩气的分子平均自由程出发,计算页岩气在不同温度和压力下的分子平均自由程,结合裂缝和基质孔隙的尺度大小,分别计算裂缝和基质孔隙的Knudsen数,确定了裂缝中页岩气存在达西流(非达西流)和滑脱流2种运移方式,基质孔隙中页岩气则可能存在达西流(非达西流)、滑脱流和过渡流3种运移方式。通过绘制临界Knudsen数曲线,建立双对数的页岩气运移方式判定图版,运用该图版可以判断不同压力和孔隙直径下的页岩气运移方式,为准确认识页岩气的运移方式提供了理论依据。     

页岩气藏多重介质耦合流动模型

为准确掌握页岩气流动规律以及精准评价水力压裂效果, 需要建立页岩气藏多重介质耦合流动模型。为此,基于页岩气 藏干酪根、无机基质及裂缝物性特征,综合考虑微纳米尺度气体黏性滑脱、努森扩散、吸附解吸、表面扩散等运移规律,通过表观 渗透率来综合表征页岩气藏多尺度介质渗流机理。在此基础上,考虑储层压裂改造特征及跨尺度流体传质机理,建立页岩气藏多重 介质耦合流动模型,应用Laplace 变换和Stehfest 数值反演,得到了定产和定压情况下封闭边界单裂缝井底无因次拟压力和产量半解 析解。在模型正确性验证的基础上,结合矿场参数对模型进行实例分析。结果表明：①干酪根是页岩气藏重要的烃源介质,干酪根 含量每增加10%,对页岩气累积产量的贡献度增加12% 左右;②无机基质滑脱效应及努森扩散在对生产中期气体流速产生较大影响 的同时也增大了孔隙压力衰竭速度。基于所建流动模型研究了页岩气藏分段压裂水平井流动规律,结果表明：不考虑井筒存储及表 皮效应时,储层有线性流、双线性流、“双窜流”、无机基质稳态流、拟边界流、“三线性”流、封闭边界流7 个流动阶段。     

渝西区块页岩气储集层微观孔-缝配置类型及其地质意义

以渝西区块上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩储集层为研究对象,开展氩离子抛光扫描电镜及饱和不同润湿介质核磁共振实验,结合图像处理技术与现场解吸结果,分析微观孔-缝配置类型及其对页岩气赋存机制的影响.结果 表明:①储集空间包括有机孔、无机孔和微裂缝,微裂缝发育特征的井间差异明显,有机孔发育程度与毗邻微裂缝的距离成反比,...     

页岩有机质特征对有机孔发育及储层的影响

已有的勘探证实有机孔是页岩主要的储集空间,研究有机孔的发育特征及影响因素是页岩气勘探的重要内容。通过对相关文献进行系统分析,探讨了有机孔演化的过程及控制因素,并进一步总结了有机质对页岩储层的溶蚀性、含水性和脆性的影响。研究表明：有机孔的发育是高成熟度、较好类型的有机质和易生烃的显微组分共同作用的结果;已形成的有机孔受压实、过成熟碳化以及基质沥青充填等作用的破坏,不利于有机孔的保存;有机质对页岩储层的改造体现在有机质热演化过程中产生的酸性流体溶蚀长石、白云石等矿物形成溶蚀孔,有机孔吸纳水分降低吸附能力,以及高有机质含量造成页岩韧性增强不利于压裂改造等方面。提出了研究方向：根据中国复杂的陆相、海陆过渡相、海相页岩气储层及成藏条件的差异,在今后的研究中应加强不同沉积相页岩有机质类型和显微组成的研究,分析其对有机孔发育的影响,定量化研究有机孔对页岩储集物性的贡献,以及明确有机孔的主要赋存载体。     

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。     

页岩气渗流理论模型研究现状与展望

页岩储层具有丰富的有机质孔、黏土矿物晶间孔等纳米、微米级基质孔隙。其储集空间具有多尺度性。页岩储层在压裂后,存在着明显的裂缝-孔隙双重介质特征,使得岩块系统和裂缝系统具有两个连续的渗流场。裂缝系统因其渗透率大于岩块系统,而在页岩储层中起着主要渗流通道作用,而岩块系统孔隙度又明显大于裂缝系统的孔隙度,是页岩气的主要储集空间。此外,页岩气主要以吸附态、游离态和溶解态三种形式赋存于页岩中,以吸附态大量赋存在有机质颗粒、黏土矿物颗粒、干酪根颗粒以及孔隙表面,以游离态存在于岩石孔隙与裂缝中,以溶解态仅少量存在于干酪根、沥青质、残留水以及液态原油中。因此,有必要对页岩储层流体在多尺度渗流介质中的流动规律进行研究,以更好指导现场页岩气开发。     

松辽盆地古龙页岩纳米孔缝形成机制与页岩油富集特征

松辽盆地白垩系古龙页岩油储集层为富有机质、高黏土的陆相页岩，夹少量薄层的钙质砂岩和白云岩，其孔缝体系和页岩油富集规律研究还比较薄弱。基于松辽盆地古龙页岩氩离子抛光-场发射扫描电镜、能谱分析、高压压汞、低温氮气吸附、荧光薄片鉴定、X射线衍射全岩矿物分析、地球化学等实验分析数据，研究了古龙页岩有机-无机孔缝体系及其与页岩油富集的关系。结果表明：(1)古龙页岩发育基质孔和微裂缝构成的双孔介质储集体系，基质孔为页岩油提供富集空间，微裂缝为页岩油提供储集空间和渗流通道；(2)受矿物演化、有机质生烃和原油裂解转化等多因素控制，古龙页岩在不同演化阶段发育不同的孔缝组合，其中在成熟演化阶段主要发育微米级溶蚀孔和有机黏土复合孔缝，高成熟演化阶段主要发育纳米级有机黏土复合孔缝和页理缝；(3)古龙页岩油的富集与孔缝组合演化具有耦合关系，低成熟演化阶段页岩油主要富集于无机粒间孔和晶间孔中，成熟演化阶段页岩油主要富集于溶蚀孔和有机黏土复合孔缝内，油质较重，高成熟演化阶段页岩油主要富集于有机黏土复合孔缝和页理缝中，油质变轻。     

页岩气藏三重介质模型压力动态分析及其应用

不同于常规气藏,页岩气藏储层及页岩气的储存、运移都具有十分复杂的特性,其气体渗流过程描述也相当困难。为了解页岩气储层气体的流动规律、井底压力动态及影响因素,进而有效地开发页岩气,文中对页岩气藏渗流规律进行了研究,并基于双重介质模型,建立了新的三重介质模型。新模型考虑了页岩气吸附机理,假设基质为双重孔隙介质,且带有微裂缝,微基质和裂缝之间有气体流动;对方程进行了离散化差分,通过Matlab编程进行求解,讨论了3个系统的窜流系数、弹性储容比,以及裂缝与基质渗透率比对井底压力的影响;最后通过对比现场实际数据,使建立的模型得到有效验证。     

煤层气三孔介质渗透率动态变化规律研究及分析

煤层气开采过程中,由于孔隙压力降低和吸附解吸作用的影响,储层孔隙度和渗透率会发生复杂变化。研究煤层气储层结构特征、赋存机理及渗流规律时,将煤层气储层表征为存在基质微孔、基质孔隙和裂缝孔隙系统的三孔介质。煤层气吸附在基质微孔表面,流体在基质孔隙和裂缝系统中渗流。利用多孔介质弹性力学理论,对煤层气基质孔隙及裂缝系统的孔渗动态变化和影响因素研究分析,在考虑孔隙压缩作用及基质微孔中气体在解吸作用影响下基质孔隙和裂缝系统动态变化,以及基质及裂缝之间的耦合应变特征条件下建立了煤层气基质孔隙及裂缝系统的三孔孔渗动态变化模型。     

页岩气储层孔隙特征差异及其对含气量影响

运用氩离子抛光+扫描电镜和氮气吸附法对渝东南地区龙马溪组的24个页岩样品和川东南地区须家河组10个页岩样品孔隙进行测试,探讨页岩的孔隙特征差异及其对含气量的影响。研究发现,其孔隙类型主要包括有机质孔、矿物粒间孔、溶蚀孔、晶间孔、矿物层间解理缝和微裂缝等;孔隙形态多为不规则,多呈开放状态;孔隙结构较复杂,纳米级有机质孔丰富,主孔位于2~10 nm。须家河组页岩样品以无机中大孔和微裂隙为主。有机质孔发育差异原因可能是由页岩的有机质类型本身化学分子性质差异造成,也可能是具有催化生气作用的无机矿物或元素与有机质赋存关系差异造成。数理统计结果显示,孔隙类型并不是含气量大小的主控因素,TOC是页岩气藏最本质因素。须家河组页岩中孔隙结构主要受无机矿物影响;龙马溪组页岩样品的TOC是比表面积和孔径为2~10 nm孔发育的本质因素,提供页岩气主要的储存空间。伊利石是孔径为2~10 nm孔发育的重要影响因素,也是提供页岩气存储空间的重要物质。     

页岩气藏体积压裂数学模型研究

页岩储层具有一定密度和连通性的天然裂缝,而对复杂天然裂缝网络的描述非常困难。目前还没有针对页岩气藏的渗流模型,其模拟模型还基于常规的黑油模型或双重介质模型。黑油模型适用性广、解法完善,是目前油气藏数值模拟中最经典的模型,但是它不能考虑气体解吸附作用;因此,对页岩气藏的适用性比较差。文中建立以溶解气模拟吸附气的模型。即利用溶解气油比曲线模拟朗格缪尔等温吸附曲线,将油相视为不可流动相,黑油模型中的气相即为页岩气藏中的自由气。考虑了气体的解吸附作用和扩散作用,对比了其与单一介质的模拟结果,与传统的双孔单渗模型模拟结果相比,二者均能较好地进行页岩气产能预测。     

页岩气成藏条件分析——以美国页岩气盆地为例

页岩气藏不同于常规气藏,页岩既是源岩也是储层,烃类气体主要以吸附状态赋存在干酪根和粘土颗粒的表面。气体可以是热成因、生物成因或混合成因。页岩含气量主要与有机质丰度、类型及演化程度有关。页岩的孔隙度与渗透率极低,需要裂缝来提高孔渗性能。一般情况下,页岩气藏需要人工压裂才能进行工业生产。大多数产气页岩具有分布范围广、层厚、普遍含气等特点,这使得页岩气井能够长期地以稳定的速率产气。     

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。