页岩气有效储渗孔隙跨尺度耦合渗流及产出规律研究

Shale gas is an important successor of conventional oil and gas resources, whose development has attracted numerous attentions of individuals and companies. However, shale gas reserve is source reservoir integration which is complex in pore space distribution and fluid storage characteristics. The theories nowadays cannot effectively describe this complex seepage mechanism and explain the relationship between the flow-back rate and the gas-water production law. In our study, the pore distribution, pore space connectivity and fluid occurrence characteristics are studied firstly. And then the multi-scale flow of “organic pore-inorganic pore-micro fracture-hydraulic fracture” is coupled. Afterward, the two-phase flow model is established considering the complex gas-water storage and seepage mechanism. At the same time, the saturation field and pressure field is studied combing the fluid distribution characteristics after fracturing. This study not only aims to reasonable explain the relationship between flow-back rate and productivity, but also to evaluate the productivity after fracturing and to guide the actual reservoir fracturing designation. This study can be seen as a theoretical foundation of the efficient development of shale gas wells.

页岩气是常规油气资源极其重要的接替资源，其开发备受各界的关注。但是作为源储一体的页岩气藏，其孔隙空间分布及流体赋存特征复杂，而目前理论无法有效的表征这种复杂条件下的渗流机理，合理的解释实际生产过程中压裂液返排率的高低与气水产出规律的对应关系。为此本研究拟基于页岩有机质孔隙与无机质孔隙空间分布、连通性及流体赋存特征，耦合页岩气藏“有机孔-无机孔-微裂缝-人工裂缝”跨尺度流动，建立储层尺度下考虑页岩复杂气水赋存方式及渗流机理的气水两相流动模型，同时结合体积改造过程中压裂液对储层流体的再分布作用，研究压裂液入侵后饱和度场和压力场随时空的变化关系，合理的解释压裂液返排率的高低与产量大小的对应关系，指导实际储层的压裂施工设计及压后气井产能评价，为页岩气井高效开发奠定理论基础。

作为源储一体的页岩气藏，其原始储层孔隙空间分布及流体赋存特征复杂，加之长水平井、巨型规模体积压裂，而实际生产过程面对的储层孔隙空间流体赋存特征显然会更加复杂，目前理论无法有效的表征这种复杂条件下的渗流机理。.本项目开展了页岩多级孔隙空间分布与原始流体赋存特征、页岩多级孔隙流体多尺度流动机理及表征方法、压裂液入侵机理及储层“饱和度场与压力场”再分布、页岩气储层跨尺度耦合流动对气井产出规律影响及评价模型等方面的研究。.通过研究：阐述了页岩气藏气-液-固三相吸附机理，引入了Langmuir固-气吸附/解吸模型与Langmuir固-气吸附/解吸模型。建立了考虑储层水影响的页岩吸附气含量随埋深变化的预测模型，量化了含水率、成熟度等对页岩气吸附能力的影响，认为基于干燥岩样评价储层含气性时，会夸大实际页岩储层的吸附气含量。页岩气藏储层TOC小于10区块无机质体积超过80%，因此黏土矿物与脆性矿物孔隙发育不容忽视，这些孔隙即是大量游离气赋存空间，也是气体产出的主要通道；揭示了纳米孔隙气水两相流动机理，建立了考虑含水饱和度分布的页岩基质气体传输蒙特卡洛随机模型。结果表明，尽管有机质的平均孔径小于无机质，但由于有机质游离气产出过程协同的表面扩散和无机质的含水特征，可能使得富有机质页岩比贫有机质页岩的气体表观渗透率更高，同时，考虑储层孔隙水普遍存在，目前较多文献夸大了气体微纳尺度效应在页岩气开发中的作用。提出了页岩气生产过程Fick扩散二元体系的缺失性，强调了Knudsen扩散的压差驱动作用；建立了“压裂-关井-返排”全过程压裂液分布特征评价方法，认为关井期间近壁面压裂液向基质深处的扩散以及高含水饱和度下排驱毛管力和渗吸毛管力的差异会导致压裂液大量滞留在储层中，提出了巨量压裂液大范围赋存于近生产井周边空间，导致原气藏孔渗量化分布彻底改变，产能与采收率评价应该以此为基础。.本项目在页岩气藏气体赋存方式与产出机理认识上具有创新，能够促进该领域研究更加符合实际。