页岩气赋存与渗流机理的数值模拟研究

发布时间：2017-09-23 05:08

  本文关键词：页岩气赋存与渗流机理的数值模拟研究

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【摘要】：页岩气藏不同于常规气藏,其赋存形式与渗流机理复杂,主要以游离态和吸附态存在于多孔介质中,包含吸附气解吸特征和达西、滑脱和扩散等渗流特征。开展页岩气藏赋存机理、运移机理和页岩气藏开采动态数值模拟研究,旨在探索流体在多尺度孔隙介质中渗流规律及生产动态特征,为实现页岩气藏高效合理开发创造条件和提供指导。本文通过页岩等温吸附实验和变内压应力敏感实验,结合页岩储层特征,研究了页岩气藏赋存机理和流体在多孔介质中的运移机理,在此基础上建立了页岩气藏气水两相水平井数值模型。本模型基质系统中考虑了吸附解吸、扩散和滑脱对渗流的影响,裂缝系统中考虑了扩散、滑脱及应力敏感对渗流的影响。利用Matlab软件,采用IMPES方法求解数值模型,得到裂缝系统压力、基质系统压力及吸附气量,研究了页岩气藏水平井开采动态变化规律。本文主要取得了如下主要研究成果：(1)采用体积法,根据物质平衡法原理,开展了页岩等温吸附实验,实验结果满足Langmuir等温吸附规律。基于等量吸附热理论,预测页岩在不同温度和压力下吸附气量。根据页岩基质赋存模型,得出页岩游离气与吸附相密度、气体相对分子质量、储层深度、温度以及压力的关系。(2)针对页岩气储层特征、赋存机理及运移机理,结合变内压应力敏感实验,建立了考虑滑脱流、扩散流及应力敏感的视渗透率模型,分析了压力、孔径和应力敏感系数对视渗透率的影响。(3)应力敏感系数越大,页岩应力敏感越强,视渗透率越低；孔径越小,应力敏感系数对视渗透率影响越弱,当孔径低于5m时,应力敏感对视渗透率的影响可以忽略,因此,在基质系统中可以不考虑应力敏感对气体运移的影响。(4)根据现场开采数据验证数值模型的可靠性,并分析了天然裂缝渗透率、吸附气百分含量、应力敏感系数、水平段长度、压裂裂缝段数及压裂裂缝间距等对页岩气开采动态变化规律的影响。(5)通过模拟得出应力敏感系数增加,累产气量和吸附气累解吸气量降低,页岩气藏开采过程中不能忽略应力敏感对产量的影响。(6)模拟了不同赋存形式下页岩气藏开采动态变化,得出随着储层深度增大,页岩气累产气量增加,吸附气累解吸气量先升高后降低；吸附气含量越高,产气量越低,吸附气解吸量越大。
【关键词】：页岩气 赋存机理 渗流机理 视渗透率 数值模拟
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE312
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 本文研究目的及意义9
• 1.2 国内外研究现状9-13
• 1.2.1 页岩气赋存国内外研究现状9-10
• 1.2.2 页岩气渗流机理国内外研究现状10-12
• 1.2.3 页岩气数值模拟研究现状12-13
• 1.3 主要研究内容及技术路线13-15
• 1.3.1 主要研究内容13-14
• 1.3.2 技术路线图14-15
• 第2章 页岩气的储层特征与赋存机理15-27
• 2.1 页岩气的储层特征15-16
• 2.1.1 矿物组成特征15
• 2.1.2 物性特征15-16
• 2.1.3 页岩储层有机质特征16
• 2.2 页岩气的赋存方式及机理16-22
• 2.2.1 页岩气赋存模型16-18
• 2.2.2 页岩吸附实验18-20
• 2.2.3 吸附气预测方法20-22
• 2.3 页岩气赋存方式影响因素分析22-26
• 2.3.1 温度对赋存的影响22-23
• 2.3.2 压力对赋存的影响23-24
• 2.3.3 储层深度对赋存的影响24-25
• 2.3.4 吸附相密度对赋存的影响25-26
• 2.3.5 相对分子量对赋存的影响26
• 2.4 本章小结26-27
• 第3章 页岩气的渗流机理27-40
• 3.1 页岩气运移机理27-30
• 3.1.1 达西流28
• 3.1.2 滑脱流28-29
• 3.1.3 扩散流29-30
• 3.2 应力敏感30-33
• 3.2.1 岩石受力分析30-31
• 3.2.2 变内压应力敏感实验31-33
• 3.3 页岩气流动的视渗透率模型33-34
• 3.4 视渗透率影响因素分析34-38
• 3.4.1 不同流动机理对视渗透率的贡献34-35
• 3.4.2 孔径对视渗透率的影响35-37
• 3.4.3 压力对视渗透率的影响37
• 3.4.4 应力敏感系数对视观渗透率的影响37-38
• 3.5 本章小结38-40
• 第4章 页岩气藏气—水两相渗流数学模型40-46
• 4.1 模型假设条件40
• 4.2 基质系统中气体的运移方程40-42
• 4.3 裂缝系统中气体的运移方程42-44
• 4.3.1 气相渗流方程42-43
• 4.3.2 水相渗流方程43
• 4.3.3 基质与裂缝间的窜流43
• 4.3.4 辅助方程43-44
• 4.4 模型的定解条件44-45
• 4.4.1 初始条件44
• 4.4.2 边界条件44-45
• 4.5 本章小结45-46
• 第5章 页岩气藏压裂水平井开采数值模拟研究46-68
• 5.1 三维数值模型的建立46-53
• 5.1.1 裂缝系统连续性方程的差分处理46-49
• 5.1.2 基质系统连续性方程的差分处理49-50
• 5.1.3 定解条件的差分处理50-53
• 5.2 数值模型的求解53-55
• 5.2.1 裂缝系统中气相压力求解53-54
• 5.2.2 裂缝系统中饱和度求解54
• 5.2.3 基质系统中气体压力求解54-55
• 5.3 数值模拟结果及敏感因素分析55-67
• 5.3.1 数值模拟基本参数56
• 5.3.2 模型可靠性验证56-57
• 5.3.3 数值模拟结果及分析57-67
• 5.4 本章小结67-68
• 第6章 结论及建议68-70
• 6.1 结论68-69
• 6.2 建议69-70
• 致谢70-71
• 参考文献71-75
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果75

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