渗流模型_页岩气渗流数学模型

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页岩气渗流数学模型

2015年8月 第60卷 第24期

扩散和滑移对产量的影响, 而是直接将其忽略, 至于为什么可以忽略, 则没有研究; (3) 未考虑非平衡Langmuir吸附解吸附过程以及其对产能的影响, 以前的模型通常采用等温Langmuir吸附方程建立孔隙压力与解吸附量之间的关系, 这样的模型存在一个假设: 若自由气浓度发生变化, 则吸附气瞬间解吸附成为自由气, 而研究表明吸附、解吸附并不是瞬间达到平衡, 吸附与解吸附之间存在一个动态平衡过程[13~15]. 本文在前人研究的基础上, 综合考虑页岩气在孔隙中的黏性流动、Knudsen扩散以及吸附气的表面扩散以及滑移分别建立自由气和吸附气扩散方程, 并采用非线性非平衡Langmuir吸附理论分析页岩气渗流过程中的解吸附机理. 通过数值模拟手段, 为页岩气藏的开发提供了理论指导.

储层区, 如图2所示.

在人工裂缝之间, 各级裂缝相互沟通, 人工裂缝与天然裂缝交错, 往往会形成复杂的裂缝网络, 因此被水力压裂改造的储层往往贡献了主要的产量. 本文基于水平井多级压裂, 建立基质与人工裂缝耦合的页岩气渗流数学模型, 用以分析页岩气的渗流机理.

2 页岩气渗流方程

本文模型基于以下几点假设: (1) 地层中流体为单相; (2) 忽略重力以及温度对渗流的影响; (3) 将基岩看作连续介质.

由于本文模拟区域为单条裂缝, 因此可假设单条裂缝在井底处的压力为定值. 如模拟单井控制区域内的页岩气渗流, 则需要考虑气体在水平井中的流动

.

在页岩基质中, 由于同时存在自由气与吸附气, 因此应分别建立数学模型描述自由气的扩散、吸附气的解吸附过程. 页岩基质孔隙极小, 气体流动应

同时考虑黏性流动、

Knudsen

扩散, 而裂缝中可考虑自由气的达西渗流与吸附气的瞬时解吸附.

1 页岩气开采方式

页岩气藏由于其极低的原始渗透率, 必须采用水力压裂技术进行储层改造才能进行商业化开采. 多级压裂(multi-stage fracturing)目前已广泛应用于非常规油气开采(图1), 截至2011年, 在美国页岩气生产井中已有85%的井采用了多级压裂技术开采, 且效果显著. 2010年以来, 美国完钻的页岩气水平井已达8000余口, 形成了比较成熟的“水平井+多级压裂”的页岩高效开发模式. 此外, 同步压裂与重复压裂等工艺技术的成熟也进一步推动了压裂技术在非常规油气资源开发中的应用[1,2].

通过水力压裂改造后的储层渗透率较原始地层大幅提高, 因此在模拟多级压裂水平井页岩渗流时, 对单井控制区域需分成2个区域进行模拟: 经过水力压裂改造的裂缝改造区与未经水力压裂改造的原始

图1 页岩气藏多级压裂示意图

Figure 1 Diagram of multistage fracturing in shale reservoir

图2 (网络版彩色)模拟区域简化示意图

Figure 2 (Color online) Simplified diagram of simulated region

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