页岩气赋存与渗流特征研究

【摘要】：页岩气资源不仅储量巨大,且全世界分布较广,同时还是一种清洁能源,燃烧后碳排放量约为同等条件下煤和石油的一半。美国是目前世界上页岩气资源开发最早且最成功的国家,我国页岩气还处于勘探开发的起步阶段,因此有许多前期工作需要开展。本文从四川盆地页岩气资源入手,研究了页岩气藏的基本地质特征,重点研究了页岩气的赋存特征和有效应力作用下的页岩气藏渗流特征。对页岩气赋存形式进行全面研究,有助于提高页岩气地质储量评价精度；研究页岩气藏渗流特征,有助于选择合理有效的开发方式。本文首先以四川盆地部分区块为例通过开展页岩气藏渗流空间基本特征研究,对页岩露头和地层岩心开展室内实验,观察页岩的孔缝特征和表面特性,研究页岩的孔径分布以及比表面特性。结果表明四川地区页岩存在微裂缝以及大量微孔结构,微孔平均孔径处于纳米级。同时,基于Langmuir等温吸附理论,进行页岩气吸附能力和气体赋存形式研究；建立页岩孔径与比表面,以及孔径与吸附气量、游离气量理论关系式。根据室内实验观察的页岩基质孔隙特征,将孔径与气体吸附能力、吸附气量和游离气量之间的关系结合起来,进一步研究页岩气体赋存形式。最后,通过求解页岩基质扩散方程,并研究稳态流的条件下基质中气体扩散规律,得到扩散系数与压差之间的关系；根据页岩气藏中气体渗流的特征,将有效应力场与气体渗流场耦合,建立理论模型研究了有效应力作用下的具有微孔、微缝双重介质渗流特征的页岩渗流能力的变化。有效应力作用下页岩渗流能力降低,且基质渗流能力受有效应力的影响远小于裂缝渗流能力受有效应力的影响。论文研究成果为页岩气钻井与开发开采方式选择、以及储量评估提供了一定基础理论依据。