富有机质页岩的气体运移特征及渗透率模型研究

发布时间：2018-03-10 01:00

本文选题：富有机质页岩　切入点：结构特征　出处：《东北大学》2015年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：随着世界范围内对天然气日益增长的需求和常规天然气资源的日益减少,页岩气做为重要的非常规战略性补充能源,其勘探和开发显得日益重要和急迫。富有机质页岩致密、低渗,既是页岩气成气的源岩,又是页岩气赋存的储层岩石,页岩气在其中的赋存、运移机理与常规天然气有所不同。截止目前,中国页岩气勘探开发仍处于初期阶段,其根本原因在于中国系统、深入的页岩气开采机理研究还非常薄弱。页岩气的基础研究是勘探开发快速发展所必须的理论保证,在中国页岩气勘探快速起步的今天,富有机质页岩气体运移机理的系统研究对页岩气工业的发展具有极其重要的意义。以湘西下寒武统牛蹄塘组富有机质页岩作为研究对象,利用多种试验手段,观察和描述了富有机质页岩不同尺度下裂隙、孔隙结构特征；开展了不同层理角度页岩的力学特性试验研究；并开展了三轴条件下页岩吸附性能和膨胀变形的试验研究,揭示了页岩吸附膨胀变形随气体压力和吸附量的变化规律及各向异性特征；最后,考虑工程实际中页岩气储层的压力边界条件,开展了背压条件下页岩渗透率试验研究,揭示了不同有效应力和偏应力下页岩渗透率的演化规律；根据上述试验研究成果,基于连续介质力学和孔隙弹性理论,建立了页岩渗透率模型,揭示了吸附和有效应力对页岩渗透率演化的竞争性影响。取得的主要结论如下：(1)页岩小孔和大孔的比例不平衡,对于牛蹄塘组页岩而言纳米孔隙中直径小于5.89nm的孔隙对孔隙体积和比表面积的贡献起主导地位。(2)页岩表现出较好的脆性特征,其强度和波速存在各向异性特性。高脆性矿物成分较高是页岩脆性变形和脆性破坏的矿物成分内因；其内部成层黄铁矿颗粒沉积、坚硬颗粒和层状薄片交替存在的结构是页各向异性特征的结构内因。(3)定围压条件下,页岩的孔隙体积随注气压力增加呈增加的趋势,页岩内游离气体所占总气体含量的比例随气体压力的增加之增加。页岩吸附态甲烷的等温曲线服从Langmuir方程,吸附曲线和解吸曲线之间存在迟滞现象。定围压条件下,页岩岩心中的大孔扩散系数随注气压力的增加而增加,小孔扩散系数则呈相反的趋势。(4)吸附态甲烷引起的页岩吸附膨胀应变为Langmuir型曲线,与注气量之间表现为正相关线性关系。吸附与解吸试验所对应的页岩变形也存在滞回现象,应变滞回量随着压力的降低而增加。页岩变形具有各向异性的特征,应变各向异性系数随气体压力的增加表现为增加的趋势。(5)页岩渗透率随围压增大而降低,体积应变随围压增大逐渐增加。页岩渗透和围压引起的变形存在各向异性特征。页岩中纳米孔隙主导地位使得低孔隙压力条件下气体在页岩中的运移存在滑脱现象。页岩渗透率在偏压加载初期呈现降低的趋势,在接近破坏时,渗透率才逐渐开始增加。(6)在页岩气开采初期,有效应力对页岩渗透率的影响起着主导作用；而在生产过程后期,解吸的影响起主导作用。页岩气储层岩石渗透率随时间的推移和气体压力的降低表现为先降低后增加的趋势。
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【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE31

【参考文献】