基于分子模拟的纳米孔内甲烷吸附与扩散特征

页岩气是目前非常规油气研究热点,加强甲烷渗流机理研究对页岩气藏开发具有重要意义。基于分子动力学模拟甲烷分子在纳米孔隙中的流动行为,构建了狭缝孔隙模型,并在此基础上分析孔径、压力、矿物种类和孔隙含水量对甲烷分子扩散能力的影响,讨论了天然气在微观多孔介质中的扩散规律。研究表明,甲烷分子在温度升高和孔径增大时扩散加快,而在压力增大时扩散变缓。孔隙壁面的矿物类型对甲烷分子的扩散有显著影响,在有机质、石英和高岭石中扩散系数依次减小。石墨烯构成的有机质孔隙对甲烷的吸附能力大于无机孔隙,主要是因为石墨烯特有的结构和光滑的表面对甲烷分子的扩散有促进作用。水分子对甲烷分子的扩散起抑制作用,甲烷的扩散系数随含水量的增加逐步下降,在有机孔隙中水分子以团簇的形式阻碍甲烷分子的扩散,而无机孔隙中水分子则以"水膜"的形式吸附在孔隙壁表面。当无机矿物孔隙内水含量过高(ρ_w≥50%)时,孔隙内的水分子会聚集形成"水桥",导致无机孔隙内甲烷的扩散系数低于有机孔隙。     

页岩气水平井开发套管变形的地质力学机理及其防治对策

自2014年我国开始进行大规模的页岩气工业开发活动以来,四川盆地西南部有不少页岩气水平井都发生了套管变形,然而采用套管工程力学的手段去治理却没有取得明显的成效。为了破解页岩气水平井套管变形的难题,基于"广义剪切活动准则"这一构造地质和地质力学的基础理论,详细解剖了该区的套管变形现象、明确了套管变形的机理,进而提出了防治套管变形的对策与措施。研究结果表明:①套管变形是在注水压裂过程中,流体(水)压力传递到断层和裂缝(断—裂)面上,诱发地层产生剪切滑移并作用到套管上使其发生变形的结果,套管变形现象符合剪切变形的特征;②套管变形地质力学研究的内容包括——识别可能出现活动的断—裂(套变风险点)、断—裂的潜在活动能力、断—裂的剪切滑移量、套管变形与地层剪切变形的耦合关系(固井水泥环对地层变形的传递程度);③防止压裂液大量进入断—裂(如暂堵大裂缝的措施)、让压裂液造缝而不沿断—裂流失是防治套管变形的根本措施;④所开展的控制压裂液流失的大裂缝暂堵工程现场试验,取得了防治套管变形的良好成效,使套管变形的不利局面得以有效扭转。结论认为,页岩气开发所引发的套管变形问题是可以得到防治的。     

基于分子模拟的纳米孔内甲烷吸附与扩散特征

页岩气是目前非常规油气研究热点，加强甲烷渗流机理研究对页岩气藏开发具有重要意义。基于分子动力学模拟甲烷分子在纳米孔隙中的流动行为，构建了狭缝孔隙模型，并在此基础上分析孔径、压力、矿物种类和孔隙含水量对甲烷分子扩散能力的影响，讨论了天然气在微观多孔介质中的扩散规律。研究表明，甲烷分子在温度升高和孔径增大时扩散加快，而在压力增大时扩散变缓。孔隙壁面的矿物类型对甲烷分子的扩散有显著影响，在有机质、石英和高岭石中扩散系数依次减小。石墨烯构成的有机质孔隙对甲烷的吸附能力大于无机孔隙，主要是因为石墨烯特有的结构和光滑的表面对甲烷分子的扩散有促进作用。水分子对甲烷分子的扩散起抑制作用，甲烷的扩散系数随含水量的增加逐步下降，在有机孔隙中水分子以团簇的形式阻碍甲烷分子的扩散，而无机孔隙中水分子则以"水膜"的形式吸附在孔隙壁表面。当无机矿物孔隙内水含量过高（ρ_w≥50%）时，孔隙内的水分子会聚集形成"水桥"，导致无机孔隙内甲烷的扩散系数低于有机孔隙。