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页岩气储层多级压裂水平井非线性渗流理论研究

邓佳  
【摘要】:页岩储集层纳米级孔喉直径为5~200nm,渗透率为1×10-9~1×10-3μm2,与常规储集层流体流动具有明显不同,页岩气在页岩中的流动不仅有渗流过程,还存在解吸、扩散、滑移流动,气体在低渗透及致密气藏孔隙喉道中流动规律也不适用于页岩气藏。为此,本文将针对页岩气储层自生自储和纳微米孔隙尺度的特点,充分考虑多种流动机理,建立页岩气储层多尺度流动模型,并在此基础上形成页岩气储层多级压裂水平井非线性渗流理论。 本文针对页岩气储层具有纳微米级孔隙流动特点,采用连续介质力学与分子运动学相结合的方法进行描述。根据努森数判断流体的流态,绘制了流态图版,阐明了不同区域的流动机理和流态特征,计算分析了渗透率校正因子随着努森数的变化关系。建立了考虑扩散、滑移特性的页岩气储层多尺度流动模型,并结合页岩渗流规律实验,进行对比验证。在此基础上推导出考虑解吸、扩散和滑移作用的非线性流动方程。 考虑不同缝网形态,运用保角变换及等值渗流阻力方法建立了考虑扩散、滑移及解吸吸附作用的基质-裂缝耦合多尺度流动压裂井产能方程,并对页岩气压裂直井及多级压裂水平井产能影响因素进行了分析。考虑解吸吸附随压力及时间变化,基于质量守恒,建立了新的不稳定控制方程。由于缝网区域和基质区域渗透率等性质差别较大,引入复合区模型,一区为裂缝-缝网区,二区为基质区,建立模型并进行求解。建立了含连续微裂缝表面层基质-裂缝双重介质球形模型,通过Laplace变换和Stehfest数值反演,求解得到了水平井井底流压及压裂水平井产量曲线。 数值计算结果表明:游离气产量占总产气量的85%-90%,对总产气量贡献较大。有机质孔隙内气体解吸使页岩气井产量递减减慢,解吸量越大,页岩气井产量越大,产量递减越慢,并对生产中、后期气体产能影响较大。通过对水平井缝网压裂模型的计算,随着产量的增加,地层压力下降越快,基质区的压力波传播边界最大为缝网区外150m。产量呈现“L型”曲线,生产初期产量下降速度较快。该模型具有很强的理论及工程应用性,为页岩气产能预测及开发指标优化提供了理论依据。


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