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《西南石油大学》 2013年
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基于多重运移机制的页岩气渗流机理及试井分析理论研究

郭晶晶  
【摘要】:页岩气是主体以吸附态和游离态赋存于泥页岩中的一种自生自储的非常规天然气资源,高效开发页岩气对保障我国能源供应、缓解天然气供给压力以及促进经济增长都具有极其重要的战略意义。页岩储层孔隙结构的复杂性、孔隙发育的多尺度性以及特殊的气体赋存方式,导致页岩储层中存在多重烃类运移机制,包括吸附-解吸、扩散、粘性流等,这导致页岩气藏的开发远远难于常规气藏,常规气藏的渗流理论不能直接应用于指导页岩气藏开发。虽然目前国内外在页岩气成藏机理、完井及开采技术等方面取得了成功,但对于页岩气在储层中的特殊渗流规律及复杂渗流理论的研究远落后于开发实践,导致无法对页岩气藏开发动态进行准确预测、指导压裂施工设计等,这将会对页岩气藏的经济开发产生不利的影响。本文在广泛调研国内外已有研究成果的基础上,结合室内实验对页岩储层孔隙结构特征、页岩气赋存状态、吸附-解吸规律及多重运移机理进行了研究,确定了描述页岩气吸附-解吸、扩散以及渗流规律的运动方程;并基于对页岩气在基质中不同运移机理的考虑,建立了不同的页岩气藏基本渗流物理模型;而后利用源函数方法对考虑多重采出机制的页岩气藏中不同井型对应的试井理论模型进行了推导及求解;基于求解结果,利用计算机编程绘制了页岩气藏中不同井型对应的试井典型曲线及流量分布,并探讨了页岩气吸附-解吸、压裂增产措施以及气藏相关参数对气井压力及流量动态的影响;最后利用现场实测数据对本文中建立的试井理论模型进行了应用验证。通过本文的研究,所取得的主要成果如下:(1)通过实验研究揭示了页岩储层微观孔隙结构、主要储集空间类型以及孔径分布规律,明确了页岩气的特殊赋存状态。(2)通过页岩气等温吸附实验,确定了页岩气吸附-解吸规律以及影响吸附气含量的主控因素,并基于实验数据回归得到了总有机碳含量TOC与吸附气量之间的定量关系。(3)考虑页岩气在天然裂缝系统中的流动为线性渗流,基于对页岩气在基质中不同运移机理的考虑,建立了不同的天然裂缝系统与基质系统相耦合的页岩气藏基本渗流模型:考虑页岩气在基质中的运移机制为解吸和扩散,通过引入吸附解吸常数,建立了拟稳态及非稳态条件下的页岩气藏双孔介质渗流-扩散基本渗流模型;考虑页岩气在基质中的运移为解吸、渗流和扩散等多机制共同作用下的结果,通过定义由吸附气所引起的附加压缩系数以及页岩基质视渗透率,对常规的双孔介质模型进行修正以考虑页岩气解吸和扩散的影响,建立了拟稳态及非稳态条件下的页岩气藏双孔介质渗流-渗流/扩散模型。(4)基于点源函数思想,针对不同的页岩气藏基本渗流模型求得了相应的点源解,在此基础上对具有不同顶底-侧向边界组合的页岩气藏中直井、压裂直井、水平井及多级压裂水平井的试井理论模型进行了推导,并采用解析法或解析法与数值法相结合对不同渗流模型进行了求解,通过Stehfest数值反演方法绘制了不同井型对应的无因次样板曲线,对页岩气吸附特性、气藏以及压裂施工相关参数对井底压力响应及产量分布规律的影响进行了分析。(5)通过对不同渗流模型下不同井型的典型曲线特征进行分析,可得到一致的结论:吸附气解吸主要影响拟压力导数曲线上窜流段的曲线形态。此外,在双孔介质渗流-渗流/扩散模型中,基质中页岩气的采出机制主要影响拟压力导数曲线上窜流段出现时间的早晚。(6)求解得到了页岩气藏中有限导流及无限导流多级分段压裂水平井的流量动态,对压裂水平井流量分布规律及相关压裂施工参数对裂缝流量分布的影响进行了分析,并基于分析结果初步给出了优化压裂施工参数的建议。(7)利用实测页岩气井压力恢复数据验证了本文试井理论模型的适用性。本文的研究成果可为指导页岩气藏高效开发提供理论依据。
【学位授予单位】:西南石油大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TE312

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前1条
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【共引文献】
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