致密气多相多尺度流动规律及跨尺度耦合渗流

The gas flow from molecule-scale to single-pore scale is studied，and gas flow governing equation in micro-nano pipe is built. With the aids of case thin section, micro-CT images, nuclear magnetic resonance (NMR) and so on, pore/throat structure of tight gas sandstone (TGS) in tight gas reservoir is analyzed systematically, then pore network and percolation network model corresponding to TGS are built. Physical properties of TGS under various effective stress are numerically studied using network model. The simulation results combining with percolation theory are used for deducing the quantitative equations between TGS micro pore structure and physical properties. Effective measuring method of TGS physical properties and evaluation system of stress sensitivity based on nonlinear effective stress are respectively proposed. Physical simulation and mechanism of matrix-fracture cross-scale flow/transport are studied for building the mathematic model of permeability related to the effective stress, well-testing interpretation model, productivity analysis and numerical simulation approach of matrix-fracture incross-fracture network system. Meanwhile, the software is programmed. Development technology bounds of typical TGS reservoir will be studied, and the preliminary criterions of profitable development region will be established, and the boundary values of evaluation index rank will be determined then. In this project, fluid flow rule is studied through the coupling among multiscale or different scales, and micro as well as macro elements of TGS that restrict the development benefit of gas field are acquainted, through which the development of fluid flow theory and the inter-infiltration among subjects are promoted with significant science sense.

从分子尺度到孔隙尺度研究微纳米管中气体流动，建立适合气体在微纳米管中的流动控制方程。把铸体薄片鉴定等与微CT扫描、核磁共振等实验相结合，全面分析致密储层岩石的微观孔喉结构，建立适应致密岩石的孔隙网络和逾渗网络模型。开展不同应力下致密气岩石物理性质微观数值模拟，并结合逾渗理论研究岩石各物理性质与孔隙结构间的定量关系。研究致密气岩石物理性质的有效测量方法，构建基于非线性有效应力的应力敏感评价体系；进行基质-裂缝间传质物理模拟实验与理论研究，建立基质和裂缝系统渗透率随应力变化的数学模型，以及试井解释、产能分析和数值模拟理论与方法，并编制相应的软件。开展典型致密气藏开发技术界限研究，初步建立有利开发区优选准则，确定评价指标分级的界限值。项目从多尺度和尺度间耦合去研究渗流规律，并认识致密储层中制约气田效益开发的各种微观和宏观因素，可促进渗流理论的发展和不同学科间的交叉渗透，科学意义重大。

实验研究表明须二储层致密砂岩中微纳米孔隙发育，绝大部分孔隙均小于1μm；部分岩样分选性较好，而多数岩样分选性较差。运用Avizo软件分析岩样的CT图像，获取了岩样三维数字岩芯中的孔隙空间、连通孔隙空间和不连通孔隙空间，量化分析得到多孔介质中孔隙等效直径分布。须二储层岩样的可动流体饱和度较低，8000r/min离心转速下岩样的可动流体饱和度为29.55~50.50%，均值为39.39%；按照核磁共振可动流体评价标准，该储层属于较差-中等储层。基于以上参数构建致密气孔隙网络模型，模拟不同类型致密气岩石渗透率和扩散系数变化规律，得到了气体视渗透率定量模型并验证了其准确性。开展了致密气岩石毛管压力与电阻放大系数联测以及气水相对渗透率实验，表明电阻率指数I与含水饱和度Sw之间在双对数坐标下不一定表现线性关系（非阿尔奇现象）。推导了流固耦合渗流理论模型，研究了3种实际气体在四种不同应力敏感性的通道内的流动过程，发现结构的应力敏感性主要影响Klinkenberg图中的高压区域，而气体的性质主要影响低压区域。.理论研究分析提出了适用于致密气储层岩石气体渗流规律研究的逾渗网络模拟方法；提出了特征压力和无量纲数γ概念，将两种效应的耦合分为了四类，澄清了关于非理想气体效应对流动影响的争议。提出了新的计算有效应力系数方法，并分析得到论文实验岩心和以往研究岩心的割线系数，发现割线系数κs与围压和孔隙流体压力的差值呈现出四种特征。提出了划分分析岩芯应力敏感性的标准。针对含纳米孔隙岩石提出了综合考虑有效应力、努森效应的表观渗透率预测模型，且模型预测值与实验值吻合地较好。给出了高努森数非理想气体渗流的物理图景。建立了反映实际气藏生产过程的数学模型，并通过半解析方法求解考虑非线性介质耦合时的非线性数学模型的问题。.自然科学基金启动以来，发表SCI收录论文16篇，其中二区及以上论文6篇；做国际会议报告4次，国内会议报告3次；出版专著1部；培养副教授一名；项目的延伸工作成功申请青年基金及面上基金各1项。