考虑吸附和扩散的页岩视渗透率及其与温度、压力之关系

页岩纳米级孔隙中气体渗流存在吸附、扩散和滑脱效应,为了表征其渗流能力,并分析温度和压力对它的影响,利用Polanyi吸附理论和Langmuir等温吸附方程并结合纳米孔中气体扩散和渗流方程得到了考虑吸附、扩散和滑脱效应的页岩视渗透率的计算模型.计算发现:甲烷吸附层厚度随压力的降低而减小,随温度的降低而增加,并且压力越低温度的影响越大;考虑吸附、扩散和滑脱的页岩视渗透率虽然同仅考虑扩散和滑脱的视渗透率一样都随温度的下降而减小,但整体要低于后者,且下降幅度更大;考虑吸附、扩散和滑脱的页岩视渗透率与仅考虑扩散和滑脱时的视渗透率之间的差异随着压力的降低而逐渐减小;考虑吸附、扩散和滑脱的视渗透率与达西渗透率的比值随压力的降低先减小后增加,最终趋近于仅考虑扩散和滑脱时的情况.     

砂砾石层中浆液渗透扩散现场模拟试验研究

采用现场大型模拟试验平台进行原位模拟灌浆试验,利用试验得到的数据结果,运用多元回归分析法,得出了浆液扩散半径与灌浆压力、浆液水灰比之间的关系．模拟灌浆试验结果应用表明：统计分析所得公式计算结果与实际灌浆工程开挖检查测得的浆液扩散半径非常接近,说明此公式对于实际灌浆工程具有一定的指导作用．     

高成熟富有机质页岩吸附特征及影响因素

吸附气作为页岩气的一种重要的赋存状态,主要存在于黏土矿物及有机质颗粒的表面或孔隙内,泥页岩的吸附特征对含气量起到至关重要的作用。本次研究通过有机碳含量测试、热成熟度测试、X射线衍射、低温氮吸附及甲烷等温吸附等分析化验手段,对皖南地区下寒武统荷塘组页岩的有机地化特征、岩石学特征、孔隙结构及吸附特征进行了研究,并进一步探讨了吸附性能的控制因素及机理。结果发现:(1)研究区页岩处于过成熟阶段,R_O为2.83%~3.91%;有机质含量较高,TOC含量主要分布于1.97 wt%~7.32 wt%,平均为4.58 wt%。(2)孔隙类型以中孔占主导,宏孔和微孔含量较低。(3)样品的吸附能力差异较大,吸附量分布在0.47~8.63 m3/t,平均为5.21 m~3/t。(4)吸附能力受有机质含量、热演化程度、孔隙结构及黏土矿物含量等因素共同控制,吸附量随TOC含量、R_O及比表面积的增加而增大,随平均孔径及黏土矿物含量的增加而降低。     

Mo原子表面扩散激活能的计算及Mo2C膜成膜机理

应用Ｃｏｌｌｉｎｓ模型,计算了Ｍｏ原子表面扩散激活能。根据实验结果,论证了如下结论：在制备Ｍｏ２Ｃ膜的过程中,Ｍｏ（ＣＯ）６的变化遵从先被基底吸附,发生相变再进行级联式分解的两步机制;其成膜过程是Ｍｏ（ＣＯ）６先分解,再由Ｍｏ碳化为Ｍｏ２Ｃ成膜。用Ｇｉｂｂｓ函数最小的原理,探讨了成膜的适宜温度。     

共存性商品市场扩散的数学模型及扩散机理

为研究共存性商品的市场扩散规律,分析共存性商品的扩散规律和扩散机理,根据共存性商品之间存在的关系,运用微分方程的理论和方法, 建立共存性商品的市场扩散的数学模型x1（t）=（K1-x1（t））（a1＋b1x1（t）） 和x2（t）=（K2-x2（t））（a2＋b2x2（t））.实证分析表明,建立的市场扩散数学模型可用来预测共存性商品的市场扩散趋势.     

页岩储层纳米孔气体传输耦合模型新研究

页岩气在纳米孔隙的传输过程中受多种因素影响,包括孔隙尺寸和压力、孔隙壁面粗糙度、孔隙力学反应、吸附诱导膨胀反应以及权重因子等。因此需要综合考虑以上因素以及吸附气分子在孔隙中所占空间对气体流动影响的条件下,厘清页岩气的不同运移机制（表面扩散、滑脱流、Knudsen扩散和黏性流动）在不同孔隙尺寸和压力下对纳米孔中总气体流量的贡献率。首先,对页岩气的不同运移方式进行了物理描述及数学表征,然后,在考虑孔隙壁面粗糙度、孔隙力学反应、吸附诱导膨胀反应和权重因子等因素的条件下,建立页岩气在储层纳米孔中的气体传输耦合数学模型,模型可靠性通过格子Boltzmann方法计算结果验证。研究结果表明,当孔径小于10 nm时,纳米孔的总流量主要由表面扩散流量组成,孔径越小,表面扩散流量越大;当孔径为40~250 nm和低压条件下,滑脱流和Knudsen扩散对气体传输影响较大;当孔径大于10 μm时,纳米孔的总流量主要为黏性流量。     

页岩储层离子扩散特征及影响因素分析

页岩储层压裂返排液中矿化度有明显升高,这与页岩储层离子扩散能力有关。目前,对于尚没有定量表征页岩储层离子扩散能力的方法。本文提出了一种评价页岩离子扩散能力的方法,并分析其影响因素。结果显示页岩储层中黏土矿物含量越高,离子扩散速度越快,持续时间越长。尤其是蒙脱石,其孔隙结构遇水发生反应,盐离子迅速扩散,会引起储层中压裂液矿化度的升高;盐溶液和表面活性剂也会对页岩储层的离子扩散能力有明显影响,但影响方式有诸多不同,Na⁺ 和K⁺通过压缩黏土扩散双电层厚度来降低页岩在溶液中的离子扩散能力,此外,K⁺还能进入页岩硅氧四面体中,阻止盐离子扩散;活性剂会引起溶液分子间作用力的改变,降低页岩在溶液中的离子扩散能力。通过页岩储层离子扩散实验对认识页岩储层裂缝发育程度和页岩储层性质具有重要的工程意义。     

信息扩散方法在大坝监测效应量预测中的应用

在大坝安全监测中,为了解决小样本导致的效应量预测误差较大的问题,在考虑增加样本信息的基础上,建立基于二维正态信息扩散离散回归的效应量预测方法。利用模糊推理和信息集中的基本理论,结合灰色关联度法,对大坝安全监测效应量进行分析和预测,应用综合有效度指标评价该预测方法的效果。结果表明,基于信息扩散的预测方法避免了多种不确定因素影响下小样本预测的困难,提高了拟合和预测精度。     

CO气体在煤层中的扩散机理及模式

分析了CO气体在煤体中的扩散模式和微观机理,得出在煤体中存在菲克型扩散、诺森扩散、过渡型扩散、表面扩散和晶体扩散几种扩散模式。从微观上看,影响CO气体在煤层中扩散的主要因素是CO气体的平均自由程和煤不同尺寸微孔隙的分布情况。根据分子运动论,从微观上讨论了压强和温度增强CO气体在煤层微孔隙中扩散能力的机理。根据不同孔隙分布的煤层,结合河北省部分煤矿煤样的孔隙分布实测数据,探讨了各种扩散模式的适用条件。     

CO气体在煤层中的扩散机理及模式

分析了CO气体在煤体中的扩散模式和微观机理,得出在煤体中存在菲克型扩散、诺森扩散、过渡型扩散、表面扩散和晶体扩散几种扩散模式。从微观上看,影响CO气体在煤层中扩散的主要因素是CO气体的平均自由程和煤不同尺寸微孔隙的分布情况。根据分子运动论,从微观上讨论了压强和温度增强CO气体在煤层微孔隙中扩散能力的机理。根据不同孔隙分布的煤层,结合河北省部分煤矿煤样的孔隙分布实测数据,探讨了各种扩散模式的适用条件。     

页岩气吸附综合模型及其应用

页岩气藏中吸附气体占很大比例,吸附气的含量直接关系到页岩的储量计算,因此准确得到页岩的吸附气含量至关重要。通过不同温度下页岩等温吸附实验发现温度升高页岩的吸附能力下降;对不同温度下页岩等温吸附曲线进行一系列计算得到了页岩气吸附综合模型,该模型可以用来计算不同温度和压力条件下等温吸附曲线,该模型为页岩吸附气含量的准确计算提供一种方法和依据。     

流体敏感性损害对页岩纳米孔的影响

通过页岩流体敏感性损害试验和液氮吸附试验研究龙马溪组黑色页岩在流体矿化度和pH值变化时岩石渗透率和纳米孔隙结构的变化。结果表明:龙马溪组页岩经流体损害后,速敏、盐敏和碱敏损害程度表现为中等偏强到强;页岩微孔和中孔分布并不均匀连续,孔径为1~30 nm,以0.3和3.8 nm分别为峰值的双峰分布;盐敏损害对岩石纳米孔的影响较小,碱敏损害使页岩孔喉直径减少13.20%,比表面积增加32.85%,同时产生大量1 nm孔隙,孔径分布由损害前的双峰状改变为三峰状分布;流体对岩石的溶蚀作用及新矿相的生成是页岩产生盲端微孔和连通微孔阻塞的原因。     

页岩气藏运移机制及数值模拟

基于双重连续介质,采用尘气模型(DGM)建立基岩和裂缝运动方程,基岩中考虑气体在基岩孔隙中黏性流、Knudsen扩散、分子扩散以及气体在基岩孔隙表面的吸附解吸,吸附采用Langmuir等温吸附方程;裂缝中考虑黏性流、Knudesen扩散和分子扩散机制,在此基础上建立基岩-裂缝双重介质数值模型并采用有限元方法对模型进行求解.根据数值模拟结果对影响页岩气藏产能的因素进行分析.结果表明:页岩气产出气是游离气和吸附气解吸共同采出的结果,在给定的页岩气藏条件下,游离气影响更大,吸附对页岩气产能有较大影响,忽略吸附会导致预测产能偏低;Knudsen扩散(或Klinkenberg效应)对基岩视渗透率影响较大,越靠近生产井,Knudsen扩散和Klinkenberg效应的影响越大,基岩视渗透率随生产时间延长变大;裂缝渗透率越大,页岩气产量越大,基岩渗透率对页岩气产能影响不大.     

中国页岩气田地面工程技术研究进展

目前我国页岩气地面工程建设仍处于初级阶段,其关键地面工程技术不成熟。本文阐明了我国页岩气资源的分布、储量情况及开发特点,探析了我国页岩气地面工程技术的显著特点,综述了集输管网布局优化、集输与处理工艺、生产后期增压工艺、撬装化设备设计以及集输管道内腐蚀防控工艺等方面的研究成果和应用现状。同时也展望了我国页岩气地面工程技术逐步朝标准化设计、模块化建设、数字化运维、一体化集成和工艺技术创新等方向发展的总体趋势。     

页岩气吸附与解吸附机理研究进展

页岩气渗流机理研究中,纳米孔隙中的渗流和多尺度储渗空间中气体传质的研究条件还都不成熟,唯吸附与解吸附的研究仅通过宏观实验就可进行。目前国内页岩气的研究热点也主要在与工艺密切相关的领域,对页岩气渗流的起点或基础——吸附和解吸附关注相对较少。对页岩气对吸附与解吸附机理国内外研究现状就行分析,并提出一系列值得深入研究的问题或方向。页岩气的主体赋存状态存有争议,对固溶态的甲烷的研究还很少;页岩气含气量测试中解吸法和等温吸附实验及其数学解释模型可靠程度有待提高;甲烷在超临界状态下的吸附规律研究较少,相关吸附模型对此鲜有涉及;单一矿物和有机质的吸附特性关注较少,多组分气体中各气体间竞吸机理还未有详细研究。     

页岩气的开发

 页岩气作为一种资源量巨大的非常规天然气,具有“自生自储,原地成藏”的特征,其储层致密、开采难度大、气井投产后“初产高,递减快,长期低产”的特点明显。综述了全球页岩气的储量、开发技术及意义,介绍了目前中国页岩气的开发现状。中国页岩气资源丰富,地质资源量134.42×10¹² m³,技术可采资源量25.08×10¹² m³,“水平井+体积压裂+工厂化作业”是页岩气成功开发的基本模式,目前在长宁-威远、昭通和涪陵3个南方海相页岩气示范区实现了初步规模开发,已经具备了年产气97亿m³的生产能力。分析表明,合理高效地开发页岩气,对于缓解中国能源供需矛盾、调整能源消费结构、增强国际天然气定价影响力及促进区域经济发展均具有重要意义。     

榆林气田气井动态预测

为了对榆林气田山2气藏的气井生产动态进行预测.建立了适合于定容气藏的具有补给作用的物质平衡模型,它考虑了由于气藏开采中高产区与低产区之间压力差异导致的气量补给.利用建立的数学模型对榆林气田南区的气井进行了生产动态预测的研究.结果表明:模型可以预测气井在稳产期和递减期的地层压力、井底压力及气井产量、采收率等参数随时间的变化规律,以及气井在不同配产下的稳产时间.利用该模型可以据此对气田开发方案进行调整,对于气田的有效开发具有重大意义.     

低阻页岩气储层的测井解释评价

为正确解释评价区域页岩气储层,探讨了低电阻率页岩气储层的形成机理。结合大量区域页岩地层的测井特征和地质特点,主要分析了黏土含量、黄铁矿含量、页岩中有机质的成熟度、地层可动水及矿化度、页理(层理、裂缝)等对页岩气地层电阻率的影响,结果表明形成低电阻率页岩储层的原因多,不同区块低电阻率页岩储层的形成机理不同,在实际页岩气井的综合解释评价中得到应用和检验。低阻页岩储层的形成机理和影响因素有五高,即:黏土含量高、地层水矿化度高、有机质成熟度高、黄铁矿含量高、页理(层理、裂缝)发育程度高,同时这些影响因素大多相互叠加。     

异常高压与页岩气保存

页岩气的高产层往往都具有较高的压力系数。为探讨页岩异常高压与页岩气保存的关系,通过研究常规与非常规储层异常高压的形成机制与破坏机制,并以四川盆地 JY-1井五峰－龙马溪组为例,从沉积、成岩、埋深、抬升不同阶段解析异常高压的形成与破坏;并与美国Barnett 页岩及中国相关井对比分析其 TOC 质量分数＞2％的有效厚度、成熟度、脆性矿物等,结果表明：（1）沉积大量有机质是页岩气形成异常高压的前提,这些有机质随埋深增加生烃排气体积增大,而页岩又具有自封闭性,这使得页岩异常高压的形成具有必然性;（2）页岩气的自封闭性使得常规破坏异常高压的机制并不会对其形成致命影响,但也有一些宏观因素会导致其逐渐破坏,如强烈隆升、断层过度发育、顶底板差等;（3）埋藏与抬升过程中,流体压力变化导致的沿应力面的破裂会使流体逸散并加大宏观破坏因素的影响。高产页岩气层是由大构造背景与沉积环境共同控制,而相控起到决定性的作用。