基于复杂渗流机理的页岩气藏压裂井多尺度不稳定渗流理论研究

发布时间：2019-02-13 16:04

【摘要】：页岩气是一种主要以吸附态和游离态赋存于富含有机质泥页岩及其夹层中的一种自生自储的非常规天然气。我国的页岩气资源量巨大,如何高效开发页岩气藏对于保障我国能源安全、改善能源结构以及保证经济可持续发展具有极其重要的战略意义。北美页岩气勘探开发经过几十年的技术攻关,使得三大关键工程技术中的水平钻井和体积压裂技术得到了空前的发展,但是在页岩气高效开发气藏工程领域,尤其是页岩气在储层中的特殊渗流规律及复杂渗流机理的研究远远落后于开发实践。现有理论模型无法准确认识压裂裂缝特征、优化压裂参数、评估压后产量以及确定原地物性参数等,这将会影响页岩气的高效开发并制约其经济开采。作为一类特殊的气藏,页岩气藏无论是在成藏、赋存方式还是渗流机理方面都明显异于常规气藏。由于页岩气藏具有复杂的多尺度储渗空间和多样的赋存方式,必然导致气体在流动过程中具有相应的多重渗流机制；此外,气井在大型水力压裂过程中往往会形成复杂裂缝网络,如何在渗流模型中对其进行合理描述也非常复杂。总之,页岩气藏的渗流理论研究远远高于常规气藏,不能直接套用常规气藏的理论和方法,需要根据页岩气储层自身的储渗特征,建立与之相适应的不稳定渗流数学模型。本文对考虑复杂渗流机理的页岩气藏压裂井不稳定渗流理论进行了研究,研究主要内容如下：(1)基于对页岩气储层孔隙类型和结构、气体赋存方式以及运移机制的研究,确定了描述页岩气多尺度运移机理数学模型。(2)考虑气体吸附解吸扩散满足稳态模型,建立了分别考虑天然微裂缝的“拟双孔”和天然微裂缝/基质宏孔隙的“拟三孔”模型；假定气体在基质纳米孔隙中扩散满足Fick扩散,建立了分别考虑拟稳态和非稳态扩散的“拟双孔”和“拟三孔”改进模型；考虑页岩气在纳米孔隙介质中渗流同时存在解吸、Knudsen扩散、黏性流动以及滑脱效应等多重机制共同作用,建立了考虑天然微裂缝、基质宏孔隙和基质纳米孔隙的综合微.观渗流数学模型。(3)基于格林函数和源函数的思想,针对建立的五种不同页岩气藏微观渗流机理模型,创建并求解了圆形外边界和矩形封闭外边界页岩气藏中压裂直井和多级压裂水平井的不稳定渗流数学模型,借助数值反演方法得到了不同井型对应的无因次压力和产量动态曲线,研究并分析了页岩气吸附气特性、储层物性以及裂缝参数对气井无因次拟压力和产量动态的影响。(4)考虑大型水力压裂产生的缝网,采用复合介质模型创新性的建立了圆形和矩形边界复合气藏中直井和多级压裂水平井不稳定渗流物理模型,利用复合气藏的连续线源函数和边界元法求解了不同井型的渗流数学模型,采用数值反演方法绘制了相应的无因次压力和产量动态曲线,研究并分析了缝网、裂缝和储层物性等参数对气井生产动态的影响。(5)利用建立的模型,分析了压裂缝网对页岩气藏压裂直井和多级压裂水平井生产动态的影响,研究表明：吸附解吸气主要影响气藏开发的中后期,气井早期产量主要依靠自由气；压裂裂缝条数和缝网尺寸对页岩气藏气井产量的影响有限,存在一个最优的值；页岩气井产量的高低除了取决于三大工程技术外,还取决于储层本身的物性好坏,因此应当优先开发对页岩气储层的甜点区域。(6)通过模型结果对比以及对一口实际页岩气井测试数据进行分析,验证了本文建立的理论模型的正确性和实用性。本文研究和取得的成果可为页岩气藏的高效、经济开发提供理论指导。
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【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE377;TE312
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本文编号：2421710