页岩气藏渗流机理及压裂井产能评价

为了掌握页岩气藏生产动态特征,提高页岩气井产能,对页岩气藏渗流机理及产能评价进行研究.页岩气藏与常规气藏最主要的差异在于页岩气藏存在吸附解吸特性.利用Lang-muir等温吸附方程描述页岩气的吸附解吸现象,点源函数及质量守恒法,结合页岩气渗流特征建立双重介质压裂井渗流数学模型,通过数值反演及计算机编程绘制了产能递减曲线图版.分析了Langmuir体积、Langmuir压力、弹性储容比、窜流系数、边界、裂缝长度等因素对页岩气井产能的影响.     

页岩气渗流特征及压裂井产能

依据分子运动学理论,对含纳米孔隙页岩储层气体渗流规律进行理论分析,建立适用于多尺度介质的气体运动方程和页岩气输运数学模型,得到径向流条件下的压力分布公式,形成页岩气井控制区域计算方法,建立了压裂井三区耦合非线性渗流产能方程.采用牛顿迭代法进行数值计算,研究分析了生产压差、裂缝半长、裂缝导流能力、扩散系数等参数对页岩气井产量的影响.计算结果表明:气井产量随扩散系数的增大而增大,对于含纳米孔隙的页岩储层中扩散效应对气井的产量贡献不容忽视;在一定的储层和生产条件下,气井产量随裂缝半长的增大而先快速增大后趋于平缓,因此存在一个最佳范围,各参数应进行定量的、合理的优化配置.      

中国页岩气开发理论与技术研究进展

中国的页岩气田属于非常规气藏,采用体积压裂工程技术才可以实现有效开采。不过,页岩储层与一般储层的性质不同,纳米级孔隙大量分布,其孔隙和渗透率十分微小,同时还分布有微裂缝,气体在其中的流动具有解吸、扩散、滑脱和渗流等多种微观机理,并且呈现出基质?微裂缝?人工裂缝的跨尺度多流态流动。常规的油气开发理论与技术并不适用于页岩气藏,因此需要有针对性的研究,并建立页岩气开发的理论与技术,才能实现我国页岩气藏的高效地开发。从页岩气流动的基本规律出发,总结了页岩气流动的多流态?多尺度?多场耦合输运机理和渗流规律,归纳了考虑解吸?扩散?滑移?渗流的多尺度非线性渗流统一方程,给出了多尺度全流态图版。通过页岩气多级压裂水平井多区耦合非线性渗流理论、多场耦合非线性渗流理论,形成页岩气藏流场区域储量动用与开发动态变化规律,针对我国页岩气特点构建了页岩气产量递减模型。基于上述理论提出了开发设计方法,提出了我国储层分级评价及优选目标评价方法,并且建立了适合我国储层的分级评价及优选目标方法与指标,对中国页岩气压裂开发工艺适应性技术进展进行了归纳总结。在此基础上,对未来页岩气高效开发理论的发展方向进行了展望,以期对我国页岩气理论和技术研究提供指导。      

中牟区块过渡相页岩气藏产能分析及压裂参数优选

南华北盆地中牟区块页岩气是海陆过渡相页岩气的典型代表,以地质模型为基础,结合理论分析和数值模拟手段,研究了不同储层参数对水平井开采页岩气的采收率、日产气量以及累计产气量的影响规律,通过正交设计与多指标分析方法确定了影响页岩气产能的主控因素,考虑各主控因素与页岩气产能的关系,建立了水平井压裂条件下的累计产气量和页岩气采收率方程。针对目标压裂层段,对比分析了不同压裂参数条件下的页岩气产能变化,指出水平井段长度和动用程度是决定产能大小的主要参数。在一定的压裂级数条件下,裂缝长度的增加可以有效沟通裂缝,从而提高产能。以净现值大于0和收益率达到8%～12%作为经济评价指标,优选了3类海陆过渡相页岩气压裂参数。      

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。      

煤层气非对称垂直裂缝井产能研究

针对煤层气压裂后产生的非对称垂直裂缝井,利用保角变换,基于质量守恒定律和稳定渗流理论,建立了非对称垂直裂缝井产能预测的模型,同时使用实例分析了各种因素对产能造成影响。结果表明:井底流压相同时,裂缝非对称率对气井产能影响较小;裂缝导流能力较大时,裂缝非对称率及裂缝长度对气井产能影响程度的差异性较小;当裂缝导流能力较小,裂缝非对称率及裂缝长度对气井产能影响程度差异较大;当裂缝非对称率越小,裂缝越长,对气井产能影响越大。     

低、特低渗透油藏压裂水平井产能计算方法

考虑低、特低渗透油藏裸眼压裂水平井流体从基质-裂缝-水平井筒及基质-水平井筒的耦合流动,以等值渗流阻力法及叠加原理为基础,将裸眼压裂水平井渗流区域划分为三个流动区域:流体在水平井压裂裂缝内的达西线性流动区域、水力压裂裂缝泄流引起的非达西椭圆渗流区域和流体在地层中的径向渗流区域.建立裸眼水平井水力压裂多条横向裂缝相互干扰的非达西产能预测模型,分析水力裂缝参数对产能影响,揭示裸眼压裂水平井开采变化规律.模拟结果表明:裂缝条数越多,裂缝干扰越强,水平井压裂存在一最优裂缝条数;裂缝沿水平井筒排布靠近两端、中间相对较稀,且两端长、中间短的开发效果最好.      

我国开发页岩天然气大有前途

页岩气是指以吸附状态或游离状态,存在于暗色泥页岩或高碳泥页岩的孔隙和裂缝中的天然气,有独特的存储特征.我国常规天然气储量相对Et乏,天然气供求失衡,而非常规天然气资源-页岩气储量非常巨大,借鉴国外先进的技术和开发经验,能在不太长时间内实现页岩气的商业开发和利用.     

应力敏感对致密压裂气井生产的影响

以苏里格气田为例,通过室内实验、气井生产动态分析、气藏数值模拟方法,综合研究了基质和人工压裂裂缝的应力敏感性对致密压裂气井生产造成的影响.研究表明:充填/加砂裂缝具有较强的应力敏感性,气井压裂裂缝的有效缝长和导流能力在生产早期(一年左右)会下降50%以上;随着气井配产提高,应力敏感对生产的影响增强,最大能使气井的最终采气量降低18%,这其中压裂裂缝的应力敏感性起着重要作用.     

基于微观机理的页岩气运移分析

认识气体在页岩孔隙中的运移机理对页岩气开采具有重要的科学意义.页岩作为一种致密岩石,孔隙尺寸分布主要集中在几纳米到百纳米之间,小孔隙尺寸与气体的平均分子自由程在同一个数量级,气体与孔隙边壁的碰撞对流动起到控制作用.本文针对页岩气开采过程中孔隙中气体流动过程,建立了考虑气体滑移、Knudsen扩散、Langmuir等温吸附、孔隙压缩等过程的多场耦合控制方程.分析了流态变化对滑移效应的影响,得到了考虑滑移效应的临界孔径,并针对实际中不同页岩储层有机质含量的差异,分析了解吸机制对页岩气产气率、产气量的贡献.研究还表明孔隙压缩性对产气率影响显著,通过考虑开采过程中孔隙压缩,可以更真实地反映页岩气运移过程.      

基于灰度共生矩阵和工业CT扫描的受载含瓦斯煤裂隙动态演化特征

为研究受载含瓦斯煤在三轴压缩作用下的裂隙演化规律,利用受载含瓦斯煤显微工业CT扫描系统,开展了三轴加载条件下受载含瓦斯煤的工业CT扫描测试,获取了受载含瓦斯煤的应力-应变曲线和各变形阶段的CT扫描图形.运用图像分析软件对CT扫描数据进行了三维数字重建,实现了煤样内部裂隙的三维可视化和定量表征,并基于灰度共生矩阵（GLCM）理论分析了受载含瓦斯煤的裂隙动态扩展特征及规律.研究结果表明：瓦斯压力的存在一定程度上弱化了受载含瓦斯煤的力学性质,同时也加速了裂隙的扩展;受载含瓦斯煤二维裂隙先闭合后扩展,峰后快速扩展并形成连通二维裂隙网络;三维裂隙体积和裂隙密度呈现出先减小后增大的变化趋势,总体上可划分为裂隙压密闭合、新裂隙萌生扩展和主裂隙加速扩展贯通3个变化阶段;灰度共生矩阵分析中,对比度先减小后增大,能量和同质性先增大后减小,相关性呈现出单调递减趋势,准确描述了受载含瓦斯煤内部裂隙随应力增加不断变化的总体发展规律.     

不同层理页岩常规三轴压缩力学特性离散元模拟

页岩作为页岩气储层,在沉积过程中形成部分弱面,在力学特性上表现出各向异性特征。所以,使用离散元软件从微细观层面探讨深部页岩力学各向异性特征具有重要实践意义。基于页岩室内常规三轴压缩试验结果,采用离元程序PFC2D对常规三轴压缩下不同层理倾角页岩进行了颗粒流模拟研究,分析了层理倾角及围压对页岩力学特性的影响规律。结果表明:（1）页岩峰值强度与黏聚力随层理倾角的增加整体呈“U”形变化,但峰值强度在不同围压下的变化趋势有所区别;而内摩擦角随层理倾角的增大呈非线性变化。（2）层理倾角对页岩周围颗粒的位移方向及大小的影响随着层理面与轴向应力的夹角的增大而减小。（3）同一层理倾角试样最终破坏时的微裂纹总数随着围压的升高有所增加;同一围压下,试样最终破坏时的微裂纹数目,随着层理倾角的增加呈现先减少后增多的趋势。（4）同一层理倾角页岩的脆性随围压的增长整体呈下降趋势;低围压情况下,页岩脆性随层理倾角的增加呈两端大中间小的变化规律。      

Modeling Fully Coupled Oil–Gas Flow in a Dual-Porosity Medium

A finite element model has been developed to simulate two-phase, (i.e., oil and gas) flow and solid deformation in a dual-porosity medium. The model accounts for coupling between solid deformations and fluid flow in both the primary medium (representing the matrix pores and solid) and the secondary medium (used to represent fractures in the present study). The model is verified against relevant analytical solutions and then applied to the problem of an inclined wellbore under generalized plane strain conditions, subjected to a three-dimensional in situ state of stress in a fractured formation saturated with oil and gas. A parametric study has been carried out to demonstrate the effect of dual-porosity parameters, phase saturations, and interaction between the two media. The implementation of double effective stress laws in the present study is a significant deviation from some classical dual-porosity models and helps to incorporate the effect of deformation of the secondary medium (representing the fractures).     

下寒武统黑色页岩土壤放射性元素的赋存形态和环境活性研究

下寒武统黑色页岩分布区生态环境问题日益突出,其中,土壤的放射性污染已引起关注。目前已广泛认识到,放射性核素在土壤等环境介质中的分布、迁移转化以及环境生态毒性等并不决定于它们的总含量,而主要取决于在介质中的化学形态。通过连续化学提取技术并结合每一步骤提取的残余物精细物相分析和U的微区测定对黑色页岩土壤U赋存形态进行研究并定量分析其环境活性和对环境的释放潜力,可以更好的了解其在风化成土过程中的迁移/富集机制,同时为区域放射性环境风险评价和环境治理提供科学依据。     

Mixing and Residence Time Distribution in an Inert Gas-Shrouded Tundish

Tracer dispersion experiments were carried out in a multi-strand tundish by injecting 1 (N) NaCl solution into water. The variation of dimensionless concentration–time curves known as C-curves and mixing times with different gas flow rates were studied. The proportions of dead, mixed, and dispersed plug volumes were calculated using the ‘modified mixed model.’ The observations were explained by analyzing the behavior of the bubble plume, incoming jet velocity, and turbulent kinetic energy within the tundish.