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考虑多组分渗流影响的页岩气压裂水平井产能模型研究

任文希  
【摘要】:页岩气是一种重要的基础能源。美国页岩气革命后,世界能源大国都加大了对页岩气的勘探开发力度,加快开发页岩气对我国具有战略性意义。页岩储层微纳米孔隙发育,渗透率极低,现阶段主要采用水平井多级压裂技术开发。页岩气具有复杂的渗流和赋存机理,尤其是在考虑多组分的情况下。强非线性的多组分渗流过程和多组分吸附平衡对准确预测压后产能、优化压裂设计带来了巨大的挑战。因此需要建立能综合考虑多组分渗流和吸附的产能模型。本文针对页岩气压裂水平井产能模型,主要开展了以下工作:(1)对中美8个页岩气区块的112个气样进行统计分析,总结了页岩气组分特征,为后续研究奠定基础。(2)通过室内实验研究了页岩的矿物学特征和孔隙结构特征,分析了页岩孔隙结构的主控因素,明确了页岩气的赋存和渗流空间。(3)基于多组分吸附势理论,采用混合链扰动统计缔合流体理论描述吸附质分子间的相互作用,并采用Dubinin–Astakhov势能函数描述吸附剂对吸附质分子的吸引作用,建立了微纳孔隙多组分吸附模型,揭示了超临界吸附机理。该模型可以较好地描述临界点附近的气体吸附行为,精度较高,而且可以直接计算过剩吸附量而无需事先确定吸附相密度,计算量较小,适用于油藏尺度下的数值模拟。(4)将通用滑移边界条件引入双阻力模型,建立了一个新的具有明确物理意义的壁面阻力系数,发展了适用于连续介质区、滑移流动区、过渡区和自由分子流动区的多组分微纳渗流模型,弥补了现有模型存在经验参数且适用范围窄的不足。(5)采用离散裂缝模型对水力裂缝进行显式处理,并采用连续介质模型表征压裂改造区和未改造区,建立了综合考虑多组分渗流、多组分吸附和应力敏感的页岩气多级压裂水平井产能模型;基于COMSOL多物理场耦合平台建立了相应的有限元模型;采用析因设计,研究了压裂级数、水力裂缝初始渗透率和渗透率增强因子等参数对产能的影响程度和规律,并对这些参数进行了优化分析,建立了完井参数优化设计方法。本文研究成果可以为页岩气井产能评价和完井优化提供一定的理论基础。


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