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页岩气藏多尺度渗流规律研究及产能评价

李玉丹  
【摘要】:随着世界能源供需矛盾深化及常规油气资源日益消耗,非常规油气作为常规油气重要的战略储备资源备受关注,其中,页岩气以其分布范围广、资源储备量大及稳产周期长等特点,成为当前勘探开发的热点。目前,虽然我国页岩气开发已取得了阶段性成果,然而大部分区块仍表现出开发效果差、预测产量与实际储量矛盾等现象,归结其主要原因还是对页岩气藏微纳米孔-缝气体渗流规律认识不清,导致产能模型误差较大所致。因此,亟需基于页岩储层特征及流体分布规律,从更深层次上认识气体在不同尺度多孔介质运移规律,从而建立更精确的页岩气藏产能评价模型体系。本论文以理论分析为重点,以实验、数值模拟为手段,从页岩储层微观孔隙结构及流体赋存规律出发,结合油气成藏地质学、干酪根地球化学、吸附学、热力学、微观渗流力学、岩石力学及油藏数值模拟等,着重研究了储层条件下页岩气多尺度微观运移机制,从而建立页岩多级压裂水平井产能预测模型,进一步分析了页岩气藏生产动态规律。关键方法及相应结论如下:(1)分析了页岩储层及储层微观孔隙结构特征,进一步揭示了有机质孔和无机质孔气-水演化特征及分布规律。结果表明:研究区页岩以石英(~43.6%)+粘土(~38.7%)+长石(~15%)为主,利于压裂改造;有机质类型以Ⅰ型干酪根为主且成熟度较高(Ro2%);页岩内主要发育4种类型孔隙:有机质孔、粒间孔、粒内孔及微裂缝;生烃演化过程中,有机质孔逐渐由原始“饱和水”演变为“连续气相”,无机质孔逐渐由原始“饱和水”向“水膜气芯”转换,且页岩普遍具有“超低含水饱和度”特征。(2)基于N-S方程,结合修正的滑移边界条件,考虑吸附气和束缚水膜影响,分别建立了纳米尺度有机质和无机质孔气体传输模型。结果表明:考虑吸附相与体相气体传输及相互作用,有机质孔内气体流动由3部分构成:纯自由气流动、表面扩散及吸附气引起的自由气流动;且高压条件下,吸附相对有机质微孔(2nm)气体导流贡献较大,高达80%;相比之下,无机质孔束缚水严重削弱了气体导流能力,但低压小孔中,增强的微尺度效应会在一定程度上削弱束缚水对气体渗流的影响。(3)基于微裂缝分形分布特点,考虑气体渗流微尺度效应及水粘度差与水滑移,分别建立了微尺度裂缝单相气流动与气-水两相渗流模型。结果表明:微裂缝内单相气体流动时,受有效应力、吸附变形及微尺度效应耦合影响,不同边界条件下,气体表观渗透率变化规律不同;储层条件下(围压一定),气体表观渗透率呈“V”字型变化规律;气水两相流动时,储层压力对气相相对渗流能力影响较大,而对水相相对渗透率几乎无影响;如果忽略水粘度差与水滑移,会明显高估气相渗流能力。(4)考虑气体多尺度运移机制,建立了页岩有机质-无机质-天然微裂缝-人工压裂裂缝多级压裂水平井产能预测模型,并对页岩气藏生产动态进行分析。结果表明:生产过程中,对产能影响较大的压裂参数依次为裂缝条数、开度、压缩系数、裂缝间距及半长;储层中天然微裂缝越发育(条数越多)越有利于气体产出;无机质孔含水饱和度越高,累积产气量越低。本论文从更深层次上对页岩储层微纳米孔-缝气体微观渗流规律进行研究,并建立了页岩压裂水平井多尺度耦合产能预测模型。本文研究成果进一步完善了我国页岩气藏开发理论,同时为合理高效页岩气藏开发提供指导。


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