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页岩气非定常渗流理论及其试井应用

李陈  
【摘要】:页岩气主要存在于致密的页岩中,在我国及全世界都有广泛的分布[1]。近年来由于常规天然气的枯竭使得各个国家对于页岩气的开发加大了投入,这也使得页岩气成为了当今世界主要的替代能源,被看做是当今能源产业发展的两个重要途径之一,在天然气产量中的比例正在不断增加[1]。页岩气储层具有低孔隙度低渗透率的特性,正是由于它的这种特性,导致了常规开采方法不能对页岩气进行高效的开采,目前在矿场上主要采用的方法是水平井技术和多级压裂的方式来进行开采以获得工业页岩气流。 页岩气存在于泥页岩当中,属于“三自”的一种天然气(自生、自储、自保),由于其生成环境的特殊性,导致了其渗流受到微观空隙结构的影响,所以我们要加大纳米级微观空隙的观察和研究,这方面现在主要是利用纳米级的成像技术对页岩进行切片,然后再形成一个完整的页岩体微观模型;对开发方面的研究只涉及到了水平井钻井技术和压裂技术,而这两项技术也是现在为止常规油田用于增产的主要技术,对于页岩气而言也是其形成商业气流的关键性和决定性技术。本文主要是在常规裂缝油气藏的基础之上,利用Langmuir等温吸附方程和fick扩散定律来分别描述页岩气在基质中渗流的三种基本形式:稳态渗流、拟稳态渗流以及非稳态渗流,在这三种渗流方式的基础上,再通过物质平衡方程来耦合页岩气在基质中和在裂缝中的流动,这样将会得到一个增加了解析项的物质平衡方程,通过laplace变换和stehfest反演我们可以得出页岩气藏的压力及产量公式,通过渗流因数分析,可以得到影响页岩气井底压力分布及气井产能因素。根据这些结果的分析我们就能够指导页岩气的开发生产方案的编写,为页岩气的开发提供理论的依据和帮助。最后,根据矿场的开采实际情况,因为现在页岩气的开采会涉及到水平井和压裂技术,而且也是两项必须使用的技术,所以本文还做了关于多级裂缝水平井的一个模型,这个模型与现场的实际结合得比较紧密,适合于现场的应用,并且根据点源函数和newsman乘积原理得到了该模型的数值解。通过对解的认识,我们研究分析了多级裂缝水平井的四个流动阶段—早期线性流、早期拟径向流、晚期线性流、晚期拟径向流。研究成果可为页岩气藏的合理高效开发提供技术支持。


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