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。     

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.     

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。     

考虑应力敏感和水力裂缝方位角的页岩产能模型

产能预测对页岩气的高效合理开发有着重要的作用,而目前国内外对于页岩气分段压裂水平井产能的研究没有同时考虑到天然裂缝应力敏感和水力裂缝形态及渗流特征对产能的影响。为此,根据双重介质渗流理论,综合考虑了页岩储层的吸附解吸、扩散运移、天然裂缝的应力敏感效应,建立了页岩储层渗流模型;同时考虑水力裂缝的有限导流能力、裂缝方位角等因素,利用点源函数方法将裂缝离散,之后叠加建立水力裂缝模型,最后将两种模型耦合得到页岩气藏压力水平井不稳定渗流模型和产能模型。根据已建立的页岩气压裂水平井产能模型,编程计算出产能特征曲线;通过对比模拟结果分析出,与实例类似的页岩气压裂水平井的最优水力裂缝导流能为15～18 D·cm,最优缝长分布方式为外高内低的U型,最优水力裂缝间距分布为等间距分布;模拟结果与页岩气井的现场数据的对比,也验证了该模型的准确性。该研究对页岩气开发有着重要的指导意义。     

页岩储层纳米孔气体传输耦合模型新研究

页岩气在纳米孔隙的传输过程中受多种因素影响,包括孔隙尺寸和压力、孔隙壁面粗糙度、孔隙力学反应、吸附-诱导膨胀反应以及权重因子等。因此需要综合考虑以上因素以及吸附气分子在孔隙中所占空间对气体流动影响的条件下,厘清页岩气的不同运移机制(表面扩散、滑脱流、Knudsen扩散和黏性流动)在不同孔隙尺寸和压力下对纳米孔中总气体流量的贡献率。首先,对页岩气的不同运移方式进行了物理描述及数学表征,然后,在考虑孔隙壁面粗糙度、孔隙力学反应、吸附-诱导膨胀反应和权重因子等因素的条件下,建立页岩气在储层纳米孔中的气体传输耦合数学模型,模型可靠性通过格子Boltzmann方法计算结果验证。研究结果表明,当孔径小于10 nm时,纳米孔的总流量主要由表面扩散流量组成,孔径越小,表面扩散流量越大;当孔径为40～250 nm和低压条件下,滑脱流和Knudsen扩散对气体传输影响较大;当孔径大于10μm时,纳米孔的总流量主要为黏性流量。     

页岩混合气纳米孔多传输机理耦合数学模型

在原始气层条件下,页岩气的气体组成往往含有一系列杂质气体。此外,二氧化碳等气体常被注入气层提高页岩气井产能。本文以页岩基质微纳米孔道中的混合气体传输特征为研究对象,考虑体相气体扩散传输机理,建立了页岩气纳米孔混合气传输模型。以甲烷和二氧化碳混合气为例,研究了不同二氧化碳含量条件下,混合气的流动特征。研究表明:(a)克努森数随着混合气中甲烷质量分数的下降而增大,且修正的滑脱流动传导率和克努森扩散传导率均下降;(b)在中等压力条件下(1 MPa),修正的滑脱流动和克努森扩散对页岩气传输的贡献程度具有可比性;(c)随着页岩气层压力的升高,修正的滑脱流动对总气体传输的贡献增大;(d)在全压力和孔隙半径条件下,混合气体效应对修正的滑脱流动和克努森扩散对总气体传输量的贡献可以忽略。     

页岩气藏压裂井产能评价及分析

页岩气储存在自生自储的纳米级孔隙中,压裂成为页岩气开发的重要技术。在考虑了多尺度非达西渗流机理的基础上,建立了多种流态多尺度渗流模型,求出考虑有限裂缝流动的页岩气藏压裂井稳态产能方程,在该模型中充分考虑了孔隙尺寸对Knudsen扩散系数的影响,并探索了滑脱现象、Knudsen扩散系数D_K、渗透率K、裂缝半长L_f、裂缝穿透比L_f/R_e与裂缝流动能力K_f·W_f对压裂井产能的影响规律。研究结果表明,渗透率修正因子ξ对产能的影响较大,以多尺度渗流模型确定的页岩气压裂井产能与实际生产数据非常稳合。当井底流压<15 MPa时,滑脱效应对压裂井产能的影响开始增强,并且随着滑脱因子增加,压裂井的产能随之增加;岩芯渗透率越低,Knudsen扩散系数D_K和滑脱效应对产能影响越大。     

页岩气纳米孔隙研究

页岩气是当今石油地质领域的又一场革命。页岩储层不同于常规储层,其以纳米孔隙为主,无法用常规储层孔隙研究方法进行表征和评价。对目前国内外含气页岩孔隙分类及孔隙表征方法进行了综述,从定性及定量的角度对表征方法进行归类和总结。定性表征方法主要是扫描电子显微镜等直观描述页岩孔隙的几何形态、连通性和充填情况等;定量表征方法是利用气体吸附法、压汞实验、定量分析页岩孔径大小及分布、比表面积等。综合分析了页岩纳米孔隙结构。在页岩纳米孔隙结构研究方面,我们需要不断提高实验精度和效率,定性与定量表征相结合,改进三维成像技术。