基于动量方程的页岩气体扩散能力表征模型与实验研究

为揭示页岩微纳米孔隙中气体的扩散机理,针对页岩储层气体扩散能力难以定量表征的问题,基于考虑流体黏性的微分形式动量方程,建立了考虑页岩孔隙度、迂曲度和流动K_(n)数（气体分子平均自由程与流动特征尺度之比,无量纲）的气体扩散系数新模型,将模型与自主研发的页岩近平衡态实验进行验证,进而形成了页岩气扩散系数影响因素图版。研究表明：考虑了页岩孔隙度、迂曲度等多孔介质参数和流动K_(n)数,新建立的扩散系数更能准确表征页岩气扩散能力,与近平衡扩散流量吻合度达90%以上。扩散系数与压力负相关而与孔隙直径正相关,在压力低于20MPa、孔隙直径低于10nm或K_(n)数高于0.2后必须考虑上述参数变化对扩散系数的影响。该研究实现了储层条件下页岩气扩散流量的定量计算,可用于页岩表观渗透率模型的建立,为不同生产阶段页岩气扩散对产量的贡献以及调整生产制度、提高单井产量提供科学依据。     

页岩气扩散实验与数学模型

在地层条件下,页岩气流动状态受多尺度效应影响,包含黏性流、扩散流以及滑脱流等,气体的产出是多种机制协同作用的结果,前人提出的扩散模型已不能准确地描述页岩气在基质中的扩散行为。为了定量表征页岩气扩散能力的影响因素,揭示气井在全生命周期开发过程中的流动规律以及对产能的影响,利用自主研发的高温高压近平衡态实验系统,开展了页岩气在0~1 MPa微压差条件下的流动实验,并提出一种综合考虑渗透率、温度与压力的扩散系数计算方法,成功地运用于川南地区五峰组-龙马溪组页岩中,指出该地区优质储层扩散产量成为主控因素时临界开发压力为4.5 MPa,对于页岩气井产能评价以及扩散能力的表征有重要的意义。通过实验结果与理论分析表明,扩散在高温、低渗、低压力条件下会有更高的分配系数,考虑了基质渗流能力的扩散系数模型能更好地运用在实际流动中,忽略扩散的影响将对产能计算带来较大误差。     

页岩基质扩散流动对页岩气井产能的影响

本文的目的是对页岩基质中流体的流动进行详细的描述,从而改进压裂页岩气藏的产能模型。本文提出了一个考虑页岩基质中达西流和扩散流的双重流动机理模型,得出了模型的无因次Laplace空间解。结果表明,当基质的渗透率接近纳达西范围时,流动仅在基质的表面附近进行;在现实的生产中,基质颗粒中心是不参与生产的;当基质的渗透率接近纳达西范围时,基质颗粒的表面以达西流动为主,而基质颗粒的中心以扩散流为主;忽略基质中的扩散流动将严重低估气井的产量,并且渗透率越低,估算的误差越大。     

用动量方程进行平行流列管式固定床反应器设计

采用动量方程建立了平行流列管式固定床反应器的管外流动模型，计算出管外压力分布和速度分布，并用６０°角度的片状平行流试验模型进行了验证。研究了实现管外流动和传热均布的分布板环隙孔和小孔调节方法。     

页岩气多重复合模型流动规律研究

气体在页岩储层中运移受解吸、扩散及渗流多种机制共同作用,同时也受储层的应力敏感效应等因素影响。综合考虑解吸、扩散及应力敏感效应,基于线性流模型,构建了符合页岩储层改造特点及流体渗流特征的分段压裂水平井多重复合流动模型。利用Laplace变换和Stehfest数值反演,得到封闭边界定产量下无因次井底拟压力和无因次产量半解析解。研究了页岩气在基质-微裂缝-压裂缝多重孔隙介质的复合流动,认识流体特性参数与压裂缝网参数对产气量的影响规律,并利用北美页岩气井生产数据进行拟合,验证了模型可靠性。研究结果表明：吸附气的解吸扩散使井底压力响应曲线出现明显“下凹”阶段;解吸系数增大,解吸气量越大,气井日产气量越高;窜流系数越大,基质与裂缝间的流体交换时间越早,但持续时间越短;压裂改造体积大,储层流体流动性强,但存在最优值;对比拟合结果,考虑改造带宽有限性更符合矿场实际。研究结果旨在为页岩储层分段压裂水平井多重复合流动规律研究提供理论基础。     

基于各向异性扩散方程的页岩气井改造体积计算模型

超低渗透率页岩储层需要通过分段多簇大规模体积压裂形成水力裂缝与天然裂缝相互交织的复杂裂缝网络实现气井产能最大化,且微地震反演裂缝证明,许多页岩储层可以形成裂缝网络。页岩气藏的矿场压裂实践表明,储层改造体积是影响页岩压后效果的重要参数。基于流体扩散方程和岩石破坏准则,建立了一种针对均质各向异性孔隙弹性介质的改造体积计算模型。基于实例井,运用解析模型对改造体积进行了计算。结合微地震监测结果与离散裂缝网络法,进行计算对比分析。结果表明,所提方法的计算误差小,可运用于页岩压裂矿场改造体积计算评价,对完善页岩改造和压后评价理论具有重要意义。     

基于人工神经网络的页岩油藏产量预测定量表征模型

页岩油藏开采过程通常包括压裂、闷井、返排,较常规油藏其流体渗流机理复杂,采用传统产量预测模型难以描述其复杂生产变化特征。传统定量表征模型虽可以描述页岩油藏产量变化特征,但其需要根据实际生产数据人工提取特征参数,无法适用于新井产量预测。通过收集现场实际生产数据建立样本库,运用人工神经网络建立产量主控因素与定量表征模型特征参数关系模型,形成了一种基于人工神经网络的定量表征产量预测新方法。训练后模型预测值与实际值相关性较好,通过输入压裂施工、油层品质、生产因素等参数即可预测新井全周期生产动态及不同施工措施下的产量变化规律。研究成果对页岩油开发技术政策研究具有重要的指导作用。     

HEGF中CO井筒流动及扩散规律研究

目前,高能气体压裂广泛的应用于低渗透油气田,可以有效清除近井地带由于钻井、射孔和各种措施造成的污染和堵塞,达到油气井增产、注水井增注的目的。但最近一些低渗透油气田却出现了频繁的CO气体中毒事件,给油田及员工带来巨大的损失。针对这一现象,运用现场数据以及物理模拟和数学模拟方法首次通过对CO气体流动、扩散等的综合研究,建立了CO井筒流动及大气扩散模型。同时,也考察了井筒压力、气油比、风速、气体泄放速率、大气稳定度等主要因素对CO气体扩散的影响。通过现场实例计算,证实模型具有较高的准确性。此项工作的完成为建立监控系统提供基础技术依据,同时对合理、有效的开发油气田以及煤层气的开发将具有重要的实际意义。     

柴达木盆地三湖地区第四系七个泉组含水泥页岩气体吸附及流动能力分析

柴达木盆地三湖地区第四系七个泉组泥页岩处于成岩早期阶段,含水饱和度高,极大地影响到天然气的吸附以及流动能力,进而影响泥页岩层段含气性以及气井产能。为此选用三湖台南地区和察尔汗地区第四系七个泉组泥页岩样品,开展扫描电镜与气体吸附—压汞联测,明确七个泉组泥页岩孔隙发育特征;开展不同含水饱和度条件下的等温吸附及覆压渗透率实验,以揭示含水饱和度对泥页岩的甲烷吸附作用与气体流动能力的影响。研究结果表明：七个泉组泥页岩黏土矿物含量较高,平均为33.0%;储集空间包括矿物粒间孔和粒内孔2类,孔径分布为单峰型,主峰孔径在50~150 nm之间,宏孔对孔体积的贡献最大,占比可达66.8%;七个泉组泥页岩随着含水饱和度的上升吸附气量逐渐降低,当含水饱和度超过临界值10%~20%,吸附气量下降幅度减缓。吸附气量与黏土矿物具有较好的正相关关系,其中伊利石对吸附气量的贡献最大;七个泉组泥页岩气体流动方式以滑脱流动为主。含水使得气体流动能力减弱,2 MPa条件下,当含水饱和度从10%升至50%,泥页岩渗透率平均降低52.93%。在同沉积背斜构造外围平缓区域,泥页岩气能够滞留成藏,泥页岩气井具有较好的含气丰度,开发潜力较强,为勘探有利区。     

考虑表面扩散作用的页岩气瞬态流动模型

针对甲烷气在页岩孔隙中的流动规律问题,建立了考虑孔内扩散、孔壁表面扩散、黏性滑脱流动和气体解吸附等多种流动机理的瞬态流动毛管束模型,并采用有限差分法的三层隐式差分格式离散控制方程对模型进行了数值求解。该模型考虑了“表面扩散”和吸附层对气体滑脱速度的影响,其预测产气量高于以往模型预测值。实例计算结果表明,孔壁表面扩散是页岩孔隙中不可忽略的传质方式,且表面扩散通量对总流动通量的贡献随孔径减小而增强,孔径小于5 nm孔隙中表面扩散通量占总流动通量百分比可超过50% ;黏性流动通量所占百分比随孔径增大而增加,孔径大于50 nm孔隙中黏性流动通量所占百分比接近100% ;孔内扩散通量相比于表面扩散通量和黏性流动通量可忽略不计。     

页岩气开采技术

通过调研国内外页岩气开发现状,分析国外技术对我国开采页岩气的适应性,针对我国页岩气开发目前存在的问题提出了开展相关技术研发的建议：系统地勘探和评价我国页岩气资源,寻找页岩气富集带和有利开发区;研究水平井多段压裂、同步压裂等先进的页岩气开采技术,开发适合的开采工艺;加强保护环境意识,开发过程中采取相应环保措施。     

涪陵页岩气田焦石坝页岩气储层含气量测井评价

为深化焦石坝区块页岩气储层评价认识,以四川盆地首口参数井页岩岩心实验为基础,建立了基于常规测井资料的页岩气储层游离气、吸附气及总含气量计算模型与评价标准,并应用于工区内3口探井连续含气量剖面建立和综合评价。焦石坝页岩气田龙马溪组下部—五峰组页岩气以游离气为主,吸附气为辅,游离气含量达到了吸附气含量的2倍以上。其页岩气层含气量呈"上低下高"且随深度增加而增大特征,其中下段总含气量大,游离气含量高,为最优"甜点"段,是典型的Ⅰ类气层,具有非常好的商业开发价值。     

基于竞争吸附的页岩气藏提高采收率机理

为研究注CO2提高页岩气藏采收率的机理以及确定合理的注入参数,以页岩吸附解吸实验为基础,对比了页岩自然降压开采和在不同注入压力、注入速率下注CO2开采页岩气藏的实验结果,研究了降压开采和注CO2开采2种方式下CH4的采气速率和采收率的变化.结果表明,在相同实验条件下,CO2吸附能力最强,CH4次之,N2最弱,N2解吸能...     

页岩含气量测定及计算方法研究

选取影响页岩含气量的评价参数,建立适当的页岩含气量的计算方法并作出准确评价,是页岩气储层研究的内容之一。页岩含气量的实验测试主要借鉴煤层气中的测试方法和理论,通过解吸法分别测量解吸气、残余气和损失气得到页岩总含气量;利用等温吸附实验确定页岩吸附气量。以含气量实验测试数据为基础,从页岩含气量内部和外部影响因素入手,分别优选总含气量和吸附气量关键影响参数指标,建立适合研究区域的总含气量和吸附气量计算模型,拟合模型计算的总含气量和吸附气量与实验测试值吻合良好,较好达到预测页岩含气量的效果。     

页岩气储集层的地球物理特征及识别方法

页岩气储集层具有高自然伽马、低声波速度、低密度、高电阻率等地球物理特性,这些特性都可以作为页岩气储集层识别的依据。但由于其有效孔隙度较低,成藏主要受控于裂缝发育程度,页岩气的地球物理勘探主要是通过检测页岩裂缝的发育程度及方向来确定页岩储集层的有利发育区带。讨论了利用因岩性各向异性而产生的地震波的各向异性、快慢横波分裂、曲率相干属性、频变AVO 等几种裂缝检测识别页岩气储集层的方法,为页岩气的地球物理勘探提供了思路。     

涪陵页岩气藏开采动态地应力演化规律研究

涪陵页岩气田储层孔隙压力和地应力随着页岩气开采不断演化,使得新井的钻井及压裂地层应力环境与在产老井存在明显差异,准确评价老井压后生产过程中的动态地应力演化规律对后期新井部署和压裂改造设计具有重要意义。针对该问题,文章综合考虑页岩气储层地质力学参数、天然裂缝等的非均质性和各向异性,并基于页岩气藏老井压后开采储层四维地应力演化方法,以四川盆地涪陵页岩气L-Z立体井组为例,建立了渗流—应力交叉耦合的动态地质力学模型,模拟了该井组老井压裂复杂裂缝扩展及压后长期开采四维地应力动态演化,研究发现：在67个月的开采时间段内,孔压和地应力不断降低;孔压和地应力的变化集中分布在各生产井轨迹周围,同时受到压裂改造范围的影响;在老井当前改造范围下,压后开采横向波及范围约为压后生产段改造范围的1.6倍,纵向波及范围基本与压后生产段纵向改造范围相等。研究成果为涪陵页岩气立体化新井压裂开发提供了有效的理论与技术支撑。     

页岩气井中水力脉冲空化射流钻井试验研究

为了提高页岩气钻井施工中的机械钻速、缩短钻井周期,在分析水力脉冲空化射流钻井机理及关键技术的基础上,在宣页1井中进行了多井次现场试验,并将试验井段的机械钻速与同井相邻井段进行对比。试验结果表明,在钻进地层相同、相近工况下试验井段比同井相邻井段机械钻速平均提高105.3%;水力脉冲空化射流技术可有效提高页岩气钻井施工的机械钻速。建议进行多区块、多井次现场试验,以验证水力脉冲空化射流技术在页岩气钻井施工中的适应性。     

基于钻石模型的四川天然气产业竞争力研究

为探讨如何发挥四川盆地天然气资源优势以提升四川天然气产业的竞争力,介绍了当前四川天然气产业发展存在的诸如资源丰富但较难开采、市场需求旺盛、相关和支持性产业支持性较差、政府出台相关鼓励政策等一些现状,以钻石模型理论为基础,从生产要素、需求条件、相关和支持性产业、企业战略结构和竞争对手、政府政策5个方面对四川天然气产业的竞争力进行了分析,提出了提升四川天然气产业竞争力的5点对策,包括：攻关技术难点;延伸天然气产业链,发展技术含量高、附加值高的精细天然气化工产品;推动发展相关和支持性产业;转变经营理念和经营方式,发展循环经济;出台优惠政策,合理布局天然气产业。     

满足页岩气水平井固井质量的套管扶正器研究

为提高页岩气水平井的固井质量,常在套管上安装扶正器.常规的滚轮扶正器对套管的居中度提高有限,旋流扶正器的旋流效果不好.根据页岩气水平井分段压裂的要求,并结合弹簧片、旋流及液力变径扶正器的优点,设计了一种新型扶正器.该扶正器下入过程中其外径与套管接箍外径相同,能有效减小下入摩阻.下入至设计井深时,弹簧片可伸出扩径,且可使注水泥时产生旋流顶替.试验结果表明：该扶正器的居中度可提高至97％,外径缩小30％.     

页岩气测井评价技术特点及评价方法探讨

测井技术是页岩气勘探开发的关键技术之一.从调研北美页岩气成功勘探开发实例人手,在储层地质背景研究的基础上,分析了页岩气与常规油气层测井评价方法的主要差异.根据页岩气勘探开发需求,探讨了中国页岩气测井系列的选择依据与测井评价技术.提出页岩矿物成分和储层结构评价、页岩储层标准的建立、裂缝类型识别与岩石力学参数评价等方面的研...