含气页岩渗透率的围压敏感性和各向异性研究_陈天宇
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第38卷 第1期 2023年3月 西 南 科 技 大 学 学 报 JournalofSouthwestUniversityofScienceandTechnology Vol.38No.1 Mar.2023DOI:10.20036/j.cnki.1671 8755.2023.01.006收稿日期:2022-03-04;修回日期:2022-03-24基金项目:国家自然科学基金面上项目(11872324)作者简介:第一作者,赵静(1993—),女,硕士研究生,E mail:610131531@qq.com;通信作者,古斌(1975—),男,博士,教授,研究方向为固体力学、多场耦合材料的动力学分析、非常规天然气开发中的力学问题,E mail:gubin@swust.edu.cn考虑多重流动机制各向异性的页岩气运移数值模拟赵 静1,2 古 斌1,2(1.西南科技大学制造科学与工程学院 四川绵阳 621010;2.西南科技大学制造过程测试技术教育部重点实验室 四川绵阳 621010)摘要:为研究多重流动机制各向异性对页岩气运移的影响,基于Biot线弹性孔隙介质模型,考虑黏性流动、气体流动动态效应和表面吸附扩散等流动机制的各向异性,采用各向同性应力依赖模型,建立流-固耦合的视渗透率模型,对应力约束边界条件下的页岩气运移过程进行数值模拟,定量分析流动各向异性对页岩气运移的影响。
结果表明各种流动机制的各向异性均对页岩气运移有显著影响:固有渗透率各向异性可明显改变页岩气运移开始时间和流通量大小,其影响随页岩储层渗透率增加而放大;当固有渗透率较小时,动态效应各向异性会削弱气体流动的动态效应,对页岩气运移开始时间和流通量的影响十分显著,但在固有渗透率较大时其影响可以忽略;表面吸附扩散各向异性的影响与固有渗透率各向异性相似。
准确评估页岩气的运移能力和产能应考虑运移过程中的流动各向异性。
关键词:页岩气运移 多重流动机制 流动各向异性 视渗透率模型 数值模拟中图分类号:TE3 文献标志码:A 文章编号:1671-8755(2023)01-0040-07NumericalSimulationofShaleGasTransportConsideringAnisotropyofMultipleFlowMechanismsZHAOJing1,2,GUBin1,2(1.SchoolofManufacturingScienceandEngineering,SouthwestUniversityofScienceandTechnology,Mianyang621010,Sichuan,China;2.KeyLaboratoryofTestingTechnologyforManufacturingProcess,MinistryofEducation,SouthwestUniversityofScienceandTechnology,Mianyang621010,Sichuan,China)Abstract:BasedonBiot’smodeloflinearelasticporousmedium,takingintoaccountfortheanisotropyofflowmechanismssuchasviscousflow,dynamiceffectsofgasflowandsurfaceadsorptivediffusion,andadoptingtheisotropicstressdependencemodel,afluid-solidcouplingapparentpermeabilitymodelwasestablishedtoinvestigatetheeffectofanisotropyofmultipleflowmechanismsonshalegastransport.Nu mericalsimulationontheshalegasmigrationprocessunderthestressconstraintboundaryconditionswasthenconductedtoquantitativelyanalyzetheinfluenceofflowanisotropyonshalegastransfer.Theresultsshowthattheanisotropyofeachflowmechanismhassignificantimpactonshalegastransport.Theanisot ropyofintrinsicpermeabilitycangiverisetoremarkablechangesonthebeginningofshalegastransferandthegasflux,andsuchinfluenceisenhancedbyincreasingtheshalepermeability.Theanisotropyofdynamiceffectscandiminishthedynamiceffectsofgasflowandhasasignificantinfluenceonthebegin ningofshalegastransferandthegasfluxwhentheintrinsicpermeabilityislow.Whiletheinfluencecanbeneglectedinthecaseoflargeintrinsicpermeability.Theeffectofanisotropyofsurfaceadsorptivediffu sionissimilartothatofintrinsicpermeabilityanisotropy.Therefore,itisnecessarytoconsidertheflowanisotropyinthemigrationprocesswhenaccuratelyevaluatingthemigrationabilityandproductivityofshalegas.Keywords:Shalegasmigration;Multipleflowmechanisms;Flowanisotropy;Apparentpermeabilitymodel;Numericalsimulation 页岩储层构造复杂、孔隙类型和大小多样、承受的地应力高、呈现超低孔隙率和渗透率、各向异性和非均质等特性。
页岩储层多尺度渗流实验及数学模型研究刘华;王卫红;陈明君;刘启国;胡小虎【摘要】页岩储层中存在纳米孔隙、微米孔隙、微裂隙和裂缝等多尺度孔隙结构.为了认识页岩储层的多尺度渗流规律,采集涪陵龙马溪组页岩岩样,利用改进的实验装置,开展了吸附/解吸、应力敏感和扩散等实验.实验结果表明:吸附/解吸基本符合兰格缪尔方程;渗透率与有效应力符合指数函数关系;扩散系数随温度的升高而增大,符合Fick扩散定律.基于渗流力学理论分析了页岩储层的多尺度渗流机理,认为页岩气在基质中的流动包括由压力差所引起的渗流、浓度差引起的扩散以及由于压力降低而引起的页岩气解吸,裂缝中的流动为压力差引起的渗流.基于实验及理论分析,建立了页岩储层多尺度综合渗流数学模型,为页岩气井渗流规律研究、产能评价及生产动态分析奠定基础.【期刊名称】《西安石油大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2018(033)004【总页数】6页(P66-71)【关键词】页岩储层;渗流规律;多尺度孔隙结构;岩页气渗流数学模型;解吸;扩散【作者】刘华;王卫红;陈明君;刘启国;胡小虎【作者单位】页岩油气富集机理与有效开发国家重点实验室,北京100083;中国石化石油勘探开发研究院,北京100083;页岩油气富集机理与有效开发国家重点实验室,北京100083;中国石化石油勘探开发研究院,北京100083;西南石油大学,四川成都610500;西南石油大学,四川成都610500;页岩油气富集机理与有效开发国家重点实验室,北京100083;中国石化石油勘探开发研究院,北京100083【正文语种】中文【中图分类】TE312引言我国页岩气资源十分丰富[1-3]。
据国土资源部《2012中国矿产资源报告》显示,我国页岩气地质资源潜力为134×1012 m3,可采资源潜力为25×1012 m3。
页岩气藏不同于常规气藏[2-5]:基质赋存方式独特,自由气和吸附气共存;页岩孔隙结构复杂,存在纳米孔、微米孔、微裂隙、裂缝等,页岩储层致密,孔喉细小,基质渗透率通常小于0.001×10-3μm2,渗流不符合达西定律。
第六章煤储层的渗透性特征第六章煤储层的渗透性特征煤储层渗透率是进行煤层气渗流分析的主要参数,在煤层气资源已查明的前提条件下,煤储层渗透率又是制约煤层气资源开发成败的关键因素之一。
国外理论和实践表明,煤储层在排水降压过程中,随着水和甲烷的解吸、扩散和排出,有效应力效应、煤基质收缩效应,气体滑脱效应使煤储层渗透率呈现动态变化。
第一节渗透性的基本概念渗透性即多孔介质允许流体通过的能力。
表征渗透性的量为渗透率。
与渗透率有关的概念有绝对渗透率、有效(相)渗透率和相对渗透率等。
一、绝对渗透率若孔隙中只存在一相流体,且流体与介质不发生任何物理化学作用,则多孔介质允许流体通过的能力称为绝对渗透率。
多孔介质的绝对渗透率与所通过的流体无关,只与介质的孔隙结构有关。
煤对甲烷、水等流体存在较强的吸附性。
因此,甲烷、水等流体通过煤储层时,测得的渗透率不能称之为绝对渗透率,只有不与煤发生任何物理化学作用的流体才能测得绝对渗透率,如氦气等惰性气体。
但气体通过煤储层时,会引起Klinkenberg 效应(气体滑脱效应)即在多孔介质中,由于气体分子平均自由程与流体通道在一个数量级上,气体分子就与与流动路径上的壁面相互作用(碰撞),从而造成气体分子沿通道壁表面滑移。
这种由气体分子和固体间相互作用产生的滑移现象,增加了气体的流速。
因此,气体分子测得的渗透率需要经过滑脱效应校正才可得到绝对渗透率(克氏渗透率),即:+=m g p b K K 10 (6-1)式中,K 0—克氏渗透率;p m —平均压力(实验煤样进口压力与出口压力的平均值);K g —每一个测点的气测渗透率;b —与气体性质、孔隙结构有关的常数。
对于气体在一根毛管内的流动来说,b 可由下式得出:rpc b λ4=(6-2)md ρπλ221=(6-3)式中,λ—对应于平均压力p m 时的气体分子平均自由程;r —毛管半径(相当于煤孔隙半径);c —近似于1的比例常数;d —分子直径;m ρ—分子密度,与平均压力p m 有关。
页岩敏感性损害评价方法及损害机理唐洪明;龚小平;唐浩轩;张烈辉;赵峰;何云【摘要】以鄂尔多斯盆地下寺湾地区延长组长7页岩为研究对象,在分析研究区脆性矿物、黏土矿物、孔隙结构等参数基础上,结合目前的行业标准SY/T 5358-2010“储层敏感性流动实验评价方法”,建立改善的页岩敏感性损害评价方法,采用压力脉冲衰减法测试页岩敏感性损害前后的渗透率,利用核磁共振仪测试不同流体对页岩孔喉分布和岩相变化影响,揭示页岩敏感性损害微观机理.研究结果表明:长7页岩黏土矿物以伊/蒙间层为主,其次为伊利石,孔喉分布以双峰态为主,孔径一般小于50 nm;具有弱~中等偏弱的水敏和碱敏等损害程度,页岩敏感性损害后纳米级孔喉变化是其敏感性损害的本质原因.水敏损害后页岩孔隙度降低,主要为宏孔、介孔减少,微孔几乎不变;酸敏损害后页岩不同级别的孔隙均减少;碱敏损害后页岩宏孔减少,微孔和介孔增加.【期刊名称】《中南大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2016(047)004【总页数】10页(P1227-1236)【关键词】页岩;敏感性;孔喉分布;评价方法;损害机理【作者】唐洪明;龚小平;唐浩轩;张烈辉;赵峰;何云【作者单位】油气藏地质及开发工程国家重点实验室西南石油大学,四川成都,610500;西南石油大学地球科学与技术学院,四川成都,610500;油气藏地质及开发工程国家重点实验室西南石油大学,四川成都,610500;西南石油大学地球科学与技术学院,四川成都,610500;西南石油大学石油与天然气工程学院,四川成都,610500;油气藏地质及开发工程国家重点实验室西南石油大学,四川成都,610500;油气藏地质及开发工程国家重点实验室西南石油大学,四川成都,610500;西南石油大学地球科学与技术学院,四川成都,610500;油气藏地质及开发工程国家重点实验室西南石油大学,四川成都,610500【正文语种】中文【中图分类】P618.13页岩气是一种典型的非常规油气资源,是当今油气勘探的前沿领域。
页岩气可采性参数研究甘辉;张虎;宋益滔【摘要】基于我国页岩气地质条件和近年来页岩气勘探实践,对比国外页岩气开发盆地的地质条件,研究了埋深及厚度、TOC 含量、矿物组成、物性、储渗空间、孔隙结构、含气量、岩石力学、资源丰度及资源量、地面条件、断层、压力系数、地应力等影响页岩气可采性的主要参数。
根据国外页岩气勘探开发成功经验,结合四川盆地页岩气勘探开发实际情况,提出了关键参数门限值,建议对不满足这些门限值的页岩地层进行开采时应慎重,指出单一因素对某一地区的页岩气勘探开发所起的作用也许是至关重要的,但对大多数地区来说,页岩气的可采性取决于各种地质因素的有效配置,参数之间存在一定的互补性。
%Based on the geological conditions and exploration practices of shale -gas in recent years in China,compared with foreign shale -gas geological conditions of developed basins,it was studied on the main parameters affecting shale -gas recoverability,including buried depth,thickness,TOC content,mineral composition,pore structure,physical property,reservoir space,gas content,rock mechanics,resources abundance and resources,ground conditions,fault,pressure factor,geostress,and so on.According to the successful experiences of shale -gas exploration anddevelopment,combining with the practical situa-tion of shale -gas in Sichuan Basin,we put forward the threshold values of key parameters and suggested that it should be careful to exploit shale which can not meet these threshold values.It is pointed out that for one certain region,single factor may play a vital role in exploration and development of shale -gas,but for most areas,the shale -gas recoverability depends on the efficient allocation of various geological factors and there is certain mutual supplement between parameters.【期刊名称】《复杂油气藏》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】6页(P22-26,38)【关键词】页岩气;可采性;参数;有效配置【作者】甘辉;张虎;宋益滔【作者单位】四川省煤田地质局一三七队,四川达州 635000;四川省煤田地质局一三七队,四川达州 635000;西南石油大学地球科学与技术学院,四川成都610500【正文语种】中文【中图分类】TE122.1页岩气藏的特殊孔隙结构决定了其具有特殊的渗流方式,孔隙结构的多尺度决定了渗流方式的多尺度,从分子尺度到宏观尺度都由页岩气渗流发生。
各向异性页岩储层脆性特征分析张晓语;杜启振;马中高;李呈呈;赵强【摘要】Since the study of the brittleness anisotropy for shale rocks is relatively rare, it is necessary to study the corresponding brittle⁃ness characteristics of the shale reservoir. Therefore, the authors construct an effective medium model to link elastic properties and brittle⁃ness index of shales to complex constituents and specific microstructures. Based on upscaling modeling, the authors sequently construct the nano⁃porous clay composite, submicron organic⁃rich clay composite and micron dry rock matrix by introducing clay particles. In con⁃sideration of the factors such as bound water and adsorbed gas in nanopores, the authors construct an effective medium model of shale res⁃ervoirs to characterize the elastic parameters, which improves the construction process based on DEM and Gassmann theory. Then, the an⁃isotropic expressions of Young's module and Poisson's ratio based on elastic modulus parameters are derived by using the transition matri⁃xes M and Bond conversion. Finally, the anisotropy features of shale rock's brittleness and the seismic response are summarized with dif⁃ferent mineral constituents. Brittleness analysis shows that the brittleness in the direction that is parallel to the strike and perpendicular to the bedding is 2.5 times that perpendicular to strike and inclined to bedding at a 45 degree and the rock brittleness has increased, which suggests that the rock is more likely to fracture with increasing quartz content and decreasing clay content. These results provide arefer⁃ence for predicting reservoirs'brittleness and designing hydraulic fracturing.%针对页岩脆性各向异性特征的研究相对薄弱,亟待发展与之相应的页岩储层脆性研究。
鄂尔多斯盆地延长组张家滩陆相页岩各向异性及能量演化特征王跃鹏; 刘向君; 梁利喜【期刊名称】《《岩性油气藏》》【年(卷),期】2019(031)005【总页数】12页(P149-160)【关键词】页岩气; 井壁稳定; 各向异性; 力学参数; 声波时差; 能量演化特征; 延长组; 鄂尔多斯盆地【作者】王跃鹏; 刘向君; 梁利喜【作者单位】油气藏地质及开发工程国家重点实验室·西南石油大学成都610500【正文语种】中文【中图分类】TE3480 引言随着能源需求的不断增长和对环境保护的注重,能源压力日益增长,页岩气等非常规能源逐渐得到重视和开发[1]。
《中国矿产资源报告(2018)》[2]显示中国能源消费结构不断改善,煤炭占比不断下降,天然气占比逐渐增加,但天然气生产量的增长速度远小于消费量的增长速度,仍无法实现天然气自给自足。
全国页岩气有利区的技术可采资源量为21.8万亿m3,目前探明率仅为4.79%。
因此,页岩气发展前景广阔,尽快实现页岩气规模开发,有利于提高天然气供应能力、改变能源结构、增加清洁能源供应,形成油气勘探开发的新格局。
邹才能等[3]认为中国已初步实现了海相页岩气的勘探开发,而陆相和海陆过渡相页岩气仍处于地质评价、“甜点区”评选及工业化探索阶段。
鄂尔多斯盆地延长组是中国陆相和海陆过渡相页岩气勘探开发有利区之一[4]。
钻井时常发生卡钻、坍塌等井壁失稳现象,严重的安全问题影响施工进度,增加钻井成本。
声学参数是进行测井分析、计算力学参数及动静态参数转换的基础;强度参数是分析井壁稳定和水力压裂时不可或缺的重要力学参数。
在页岩沉积成岩过程中,岩石的矿物类型及含量、沉积环境、沉积取向性、沉积时期、构造历史等[5]导致不同地区页岩的声学、力学参数往往差异很大,即使同一地区不同产状的页岩也可能存在明显差异[6-10]。
页岩等沉积岩在成分或结构上的变化所表现出的层次重叠现象(层理等层状构造)往往造成岩石力学性质具有明显的非均质性[11]。
第50卷第2期辽 宁化工2021 年 2 月_________________________________Liaoning Chemical IndustryVol. 50, No. 2 February, 2021页岩储层可压性分析研究黄宇飞(长江大学地球科学学院,湖北武汉430100 )摘要:页岩气作为一种非常规油气资源,目前已成为我国油气藏所开发的重点。
然而受到页岩储层低孔超低渗透物性特征的影响,页岩气的经济开采必须依靠水平钻井与压裂改造才能实现。
基于页岩气储层的主要物理性质,以现有的储层可压性的各类评价指标,从地质可压性、体积可压性两方面入手,提出一套计算页岩气储层可压性的评价方法,并结合现场X井的数据进行页岩气藏可压性的实例计算,判断其可靠性。
关键词:页岩气;储层;可压性;评价方法中图分类号:TE121.1 文献标识码:A 文章编号:1004-0935 (2021 ) 02-0262-03中国存在页岩气发育的良好地质条件,根据地 质类比法研究和资源量初步估算,中国拥有与美国 大致相同的页岩气资源量m。
因此,作为一个石油 对外依存度超过50%的国家,我国应该从美国页岩 气革命成功的经验中获得启示,即重视页岩气工业 的发展,建立一套成熟完整的开发体系。
与美国相 比,我国的页岩气工业发展还处于早期阶段,目前 存在的主要问题之一就是基础理论和实验研究的环 节比较薄弱。
侯冰等121认为可压裂性(Fracability)是页岩气藏储层具有的能够被有效压裂从而增加产 能的性质,是表征压裂难度和能否达到预期的压裂 效果的参数。
赵金洲等将页岩气藏储层可压性描述 为在相同的压裂技术T艺下,储层中形成复杂缝网 并且获得足够大的储层改造体积(SRV)的可能性,以及产生较高经济效益的能力。
两者的描述虽然略 有不同,但有两个主要共同点:1 )可压性好的页岩 气储层易于形成复杂的裂缝网络,压裂难度低;2) 可压性好的页岩易于实现大范围的改造体积,压裂 影响空间大,压裂效果好,产能高,带来巨大的经 济效益。