考虑稀薄效应的页岩视渗透率研究

页岩孔隙细小,页岩气在页岩孔隙中的渗流会受到稀薄、克努森扩散、滑移效应的影响。为了表征页岩中气体渗流能力,在考虑稀薄效应对气体黏度影响的基础上,对气体质量通量方程进行了修正,得到了考虑稀薄效应、克努森扩散、滑移效应和孔隙壁面粗糙度的视渗透率计算模型。研究表明,当温度一定时,考虑稀薄效应影响的页岩视渗透率比不考虑稀薄效应的视渗透率大,两者间的差值随着压力的降低而减小。当压力一定时,考虑稀薄效应的页岩视渗透率比不考虑稀薄效应的视渗透率大,两者间的差值随着温度的增加而增大。当温度和压力都恒定时,考虑稀薄效应的页岩视渗透率比不考虑稀薄效应的视渗透率大,两者间的差值随着孔隙半径减小而增大。     

页岩气扩散系数和视渗透率的计算与分析

目的探究页岩低至纳米级孔隙中气体渗流能力以及分析扩散对总质量通量的贡献。方法先由Kn数划分流动区域,求得各区域对应扩散系数作为系统的扩散系数,然后将其代入气体在纳米孔隙介质中的扩散和渗流方程,最终求出相应的质量通量和视渗透率并分析孔隙半径大小和气体种类对它们的影响。结果页岩储层中气体扩散主要处在过渡扩散和Fick扩散区域;视渗透率与达西渗透率的比值以及扩散质量通量占总质量通量百分比都随孔隙半径的减小而增加;甲烷的扩散能力强于乙烷。结论页岩扩散系数的计算,如果只用Knudsen扩散系数模型会使计算结果偏大;考虑了扩散和滑脱效应后,在储层一般的温压条件下,甲烷在页岩纳米级孔隙中的视渗透率值为10-6μm2级,而非10-9μm2级。     

考虑吸附、滑脱和自由分子流动效应的页岩基质渗透率计算模型

为了研究页岩吸附层在不同含水饱和度和压力下对基质渗透率的影响,采用毛细管模型,并结合现有表观渗透率计算模型,分别建立考虑吸附、滑脱和自由分子流动效应的有机质渗透率、无机质渗透率和综合渗透率计算模型;通过与实验结果、现有渗透率计算模型结果对比,该模型在计算具有吸附特性的页岩气藏基质渗透率时与实验结果更接近,更符合实际情况。以鄂尔多斯盆地上古生界山西组页岩为例,探讨页岩基质渗透率变化特征,结果表明:1对于孔径小于10 nm的有机质孔,在开发初期压力较高(30 MPa)时,孔径越小,吸附气对有机质渗透率影响程度越大;在开发后期压力较低(5 MPa)时,孔径越小,滑脱效应和自由分子流动效应对有机质渗透率增加程度越大。开发过程中,兰缪尔压力越大,有机质渗透率增大率越大。2无机质孔径越大,吸附水对无机质渗透率伤害越严重。     

考虑吸附和多流动形式共存的页岩气藏纳米级孔隙基质视渗透率计算方法

为计算页岩气储层纳米级孔隙(d100 nm)基质视渗透率,得到考虑吸附层厚度的气体有效流通孔道直径,利用Knudsen方程推导划分气体流动形式的临界孔道直径,依据质量通量表达式得到多流动形式共存时的视渗透率计算公式。算例分析表明:页岩气储层中温度对流动形式的影响可以忽略;随着储层压力增加,以20 MPa为临界,较低压力时气体视渗透率迅速降低,较高压力时降低趋势平缓;气体流动形式对视渗透率影响很大,储层温度下滑脱渗流与过渡扩散视渗透率计算结果在不同压力下存在7~10倍的差距;储层条件下吸附气体使得视渗透率减小约13%,高压下吸附对气体视渗透率影响更明显。     

基于吸附势理论的页岩吸附甲烷模型及其应用

根据实测的页岩等温吸附数据,以吸附势理论为基础,对等温吸附数据进行处理分析得到ε-ω吸附特性曲线及其数学表达式,推导出页岩吸附甲烷模型,在此基础上建立了地质条件下温度和压力共同影响的页岩吸附气量计算模型,并利用实测等温吸附数据进行了模型验证及应用分析。研究结果表明:页岩吸附气的ε-ω吸附特性曲线是唯一的且与温度无关,特性曲线的形态呈对数形态;文中推导吸附模型的预测结果精度较高,可预测不同温度和不同压力下页岩吸附气量,得到页岩吸附等温线;建立的地质条件下温度和压力共同影响页岩吸附气量计算模型,可预测页岩吸附气量随深度变化的趋势图;温度和压力对页岩吸附气量影响作用相反,在地质条件下的温度与压力对页岩吸附气量影响存在竞争关系,其中当页岩埋深小于页岩最大吸附容量对应埋深时,压力起到主要影响作用,反之温度起到主要影响作用。     

考虑页岩基质不同孔隙特征的表观渗透率模型

页岩基质含气量大、供气时间长,其渗透率随地层孔隙压力变化的演化直接影响气藏的长效产气能力。基质中微纳米孔隙发育,有机孔隙和无机孔隙的力学性质和流体传输机理各异,有效应力和流态变化都将影响其表观渗透率。此外,有机质中的吸附气使岩体发生吸附变形也不同程度地影响表观渗透率。基于孔弹性理论,考虑有机孔隙和无机孔隙中不同岩石力学参数、流体流动机理以及有机孔隙吸附变形的特点,建立了适用于页岩基质的表观渗透率模型,分析了不同孔隙参数对表观渗透率的影响,揭示了表观渗透率演化的主控因素。结果表明,在定压注气和采气过程中,页岩基质表观渗透率的演化均与时间有关,主要受稀薄气体效应、有效应力变化以及有机孔隙周围局部吸附膨胀或解吸附收缩影响。表观渗透率演化过程的主控因素随时间变化,同时与有机孔隙、无机孔隙的体积占总孔隙体积的比例有关。     

不同温度条件下页岩储层吸附能力预测模型

吸附特征曲线函数是预测不同温度吸附曲线的重要参数,主要依靠“拟合”得到,缺乏严格理论推导,且需要多个温度下的吸附数据确保拟合精度,不能达到高效预测的目的。基于Polanyi吸附势理论与Langmuir吸附理论,推导了吸附特征曲线函数式,揭示了温度对吸附曲线的影响规律,并且建立了“仅利用一条等温吸附曲线预测其他温度吸附曲线”的方法。实验表明:利用页岩样品低温(38 ℃)条件下吸附曲线,预测得到的高温(65～150 ℃)条件下吸附曲线误差小于5%,具有较高精度。同时,在考虑实际储层压力梯度、地温梯度基础上,耦合温度与压力的共同影响,量化了页岩吸附能力与储层埋深关系曲线。结果表明:在埋深较浅的情况下(<750 m),页岩储层吸附能力随埋深增大而迅速增强; 随后吸附能力随埋深变化缓慢,达到峰值后,存在下降趋势; 样品吸附能力峰值对应的埋深约2 200～2 400 m.     

考虑滑脱效应与迂曲度分布特征的页岩复杂裂缝网络渗透率模型

将页岩复杂裂缝网络假设为一簇具有分形特征的迂曲二叉树裂缝网络,基于Cubic流量定律推导得到其克氏渗透率模型、表观气体渗透率模型和滑脱因子表达式,利用相关数据对滑脱因子表达式进行验证;对渗透率模型开展敏感性分析,明确影响页岩复杂裂缝网络渗透率与滑脱因子的关键参数.研究结果表明:滑脱因子与裂缝最大初始开度和迂曲度分形维数...     

基于温度与压力双重作用的致密储层渗透率定量评价模型

为了建立油气开采过程中,储层渗透率随温度、孔隙压力变化而改变的定量评价模型,假定岩石仅产生弹性变形,根据多孔介质弹性力学理论,推导出岩石孔隙体积和尺寸的应力-应变关系;再应用管流模拟渗流,根据Kozeny-Carman方程得到渗透率随温度、孔隙压力变化的定量计算模型.针对常规渗透率测试存在的问题,改进实验方法,模拟真实...     

海相页岩与海陆过渡相页岩吸附气量主控因素及其差异性

以黔北地区下寒武统牛蹄塘组海相页岩和南华北地区下二叠统太原-山西组海陆过渡相页岩为研究对象,分析页岩有机地化、储层、吸附气量特征,进而研究页岩吸附气量影响因素及其差异性。研究结果表明:页岩有机碳含量大于2%,两者均为优质的烃源岩;但有机碳含量相差甚大。牛蹄塘组页岩矿物组成主要为石英,其次为黏土矿物,而太原-山西组页岩以富集黏土矿物为特征。牛蹄塘组页岩比表面积和吸附气量大于太原-山西组页岩;而总孔体积和平均孔径均小于后者。页岩岩石组成与吸附气量之间的关系如下:牛蹄塘组页岩TOC与吸附气量呈正相关关系且TOC是吸附气量的主要影响因素;而太原-山西组页岩TOC与吸附气量之间关系不明显。牛蹄塘组页岩石英与吸附气量呈正相关性,其原因是石英为生物成因,伴随有机质富集;而太原-山西组页岩石英与吸附气量具有负相关性,其原因为TOC和黏土矿物随石英的增加而减少,且TOC、黏土矿物与吸附气量呈正相关关系。牛蹄塘组页岩伊利石和太原-山西组页岩黏土矿物均与吸附气量具有正相关性,原因为黏土矿物吸附有机质且黏土矿物中各组分发育大量孔隙。     

CO2和CH4二元混合气体对页岩 渗透特性的影响

针对CO_2强化页岩气开采新技术中CO_2-CH_4二元混合气体在页岩层中的渗透特性变化的问题,选取四川盆地下志留统龙马溪组页岩试样,基于自主研发的"三轴渗流实验系统",开展不同配比的CO_2-CH_4二元混合气体在2类地应力条件下的渗流试验.试验结果表明:保持二元气体混合比例恒定,页岩渗透率随气体压力的增加而减小;保持气体压力恒定,页岩的渗透率随二元气体混合比例的改变而变化,纯CO_2时渗透率最低,纯CH_4最大,在混合气中CH_4浓度越低,页岩渗透率越低;在注气过程中,气体加压和卸压引起页岩喉道、孔隙产生塑性变形和吸附滞后,造成页岩渗透率的滞后.     

页岩气储层毛管压力曲线分形特征

通过分形理论利用毛管压力曲线分析页岩储层的孔隙分布特征,研究储层内部的复杂孔隙结构。根据四川盆地上三叠统页岩储层样品的实测毛管压力曲线,结合前人的研究成果,总结出2类页岩储层毛管压力曲线;分段拟合计算分形维数后,发现压汞曲线只有部分段的分形维数在合理范围内。说明利用分形维数研究页岩储层孔径分布时,要对曲线进行分段拟合。此外,证明了毛管压力曲线能够反映孔径>150nm的中孔的孔隙半径分布。     

高温高压致密气藏岩石扩散系数测定及影响因素

根据气体在浓度梯度下通过岩样自由扩散的原理,利用建立的高温高压致密气藏岩石扩散系数测定方法,对四川盆地须家河组、鄂尔多斯盆地上古生界致密气藏岩石样品开展试验分析,并探讨物性、温度、注气平衡压力、围压、饱和介质等因素对致密气藏岩石扩散系数的影响。研究表明:物性是致密气藏岩石扩散能力的基础,对其具有重要控制作用,二者呈正幂函数相关关系;温度对致密气藏岩石扩散系数具有促进作用,二者呈指数相关关系;孔隙流体压力、上覆地层压力对致密气藏岩石扩散能力均具有抑制作用,呈负幂函数相关关系,且上覆地层压力的影响与岩性密切相关(泥岩大于砂岩);饱和介质条件致密气藏岩石干样、湿样扩散系数总体相差2~3个数量级。     

湘中拗陷泥盆-石炭系海相泥页岩地球化学特征及等温吸附性能

利用湘中地区泥盆-石炭系野外剖面泥页岩有机地球化学参数及泥页岩等温吸附特征参数,评价页岩气富集的关键地质参数特征。海相泥页岩有机地球化学参数表明,其有机碳含量高,泥盆系泥页岩有机质类型为Ⅰ—Ⅱ1型,石炭系大塘阶测水段为Ⅱ1—Ⅲ型;泥盆—石炭系有机质的成熟度高,基本都达到高成熟—过成熟阶段。泥页岩等温吸附曲线表明,泥页岩吸附容量较大。这些参数表明,湘中拗陷页岩气的基础地质条件好,具备页岩气富集成藏的地化条件,泥盆系棋梓桥组、佘田桥组及石炭系大塘阶测水段3套海相泥页岩厚度大、分布范围广、有机质丰度高。     

基于ANSYS温度场的煤层瓦斯压力模拟可行性

煤矿采掘施工会破坏瓦斯在煤层中的平衡状态。为研究瓦斯在煤层中的流动规律,采用ANSYS有限元软件对煤层钻孔抽采瓦斯进行数值模拟,研究一定时间内钻孔周围的瓦斯压力分布,以及测点随时间变化的压力变化趋势。结合桃山煤矿42035工作面的实测数据与模拟结果进行对比。结果表明：钻孔周围测点的实测数值与模拟结果基本吻合,说明利用ANSYS温度场进行瓦斯渗流模拟可行。     

气藏开采中地层温度及井口压力对井筒流动参数的影响

根据气藏开采过程中气体在井筒内流动的特点 ,得出了单相气体恒速流动状态微分方程组。阐述了不同地层温度与井口压力下井筒气体流动参数的分布 ,并说明了不同地层温度下 ,井口回压对井底流压与产量的影响。结果表明 ,在不同的地层温度与井口压力下 ,井筒底部的气体速度与密度可以高于、等于或低于井筒上部的气体。通过合理控制井口压力可以调整井筒内流体流动状态参数 ,从而合理控制生产压差和产气量 ,以满足气井安全测试与生产的要求。对几口井数据的数值模拟结果验证了地层温度与井口压力对井筒气体流动参数的影响规律。     

考虑井筒热效应的气体井底压力计算

将井筒热效应考虑成一维热对流,将地层简化成热传导,使用Ramey定义的综合换热系数将井筒温度与地层温度联系起来,从而建立温度方程,通过解析求解得到温度变化函数.由气体状态方程将温度与压力联系起来,得到由于温度变化而产生的附加压力,将这一附加压力通过内边界条件加入到气体渗流方程中,最终得到考虑井筒热效应的井底压力表达式.比较了考虑热效应与不考虑热效应井底压力的不同,并使用某油田一个实例验证了考虑热效应时井底压力表达式的正确性.     

由北美页岩气勘探开发看我国页岩气选区评价

美国是世界上最早对页岩气进行商业性勘探开发的国家.2009年,美国页岩气勘探开发更是取得了惊人成就,页岩气产量接近900×108 m3.页岩气快速勘探开发使得美国天然气储量增加了40%.加拿大是继美国之后世界上第二个对页岩气投入勘探开发的国家,勘探开发的地区主要集中在不列颠哥伦比亚省东北部中泥盆统Horn River盆地与三叠纪Montney页岩,近年来又逐渐扩展到了其他省份.分析北美地区页岩气勘探开发特点与成功经验,对比我国页岩气形成的地质条件,可以得出以下几点启示:(1)页岩气是一种潜力巨大、近期可实现经济勘探开发的现实资源,应引起勘探开发决策的高度重视;(2)页岩气是一种广分布、低丰度、易发现、难开采的自生自储连续型非常规低效气藏,其勘探开发需要先进的技术、严格的成本控制、优惠的税收扶持政策以及考虑必要的环境保护;(3)我国页岩气形成的地质背景比北美地区复杂,页岩气的选区评价需要建立适合我国页岩气形成地质条件特点的标准.     

注超临界气体井筒温度压力场计算方法

根据传热学、热力学和垂直管流理论 ,建立了注超临界气体井筒温度压力分布的数学模型 ,提出了节点解析法、数值差分法以及焓插值法 3种求解方法。对辽河油田静 35块高凝油注不同介质现场效果进行的对比计算结果表明 ,在 0～ 6 0 0m井深时 ,井筒温降很大 ,随井深的增加 ,温降逐渐变小 ,温度趋于稳定 ;压力随井深的增加逐渐变为线性增加。利用节点解析法和焓插值法计算均能得到满意结果 ,其中解析法结果最为准确 ,而用数值差分法求得的温度偏高、压力偏低