基于分形几何理论的页岩储层体积压裂缝网模型研究

Shale reservoirs have properties of low porosity and permeability, and the common technologies generally fail for shale exploitation unless volume fracturing innovation is conducted. During the course of innovation, there exist two theoretical problems, a morphological model and a seepage mathematical model for volume fracturing network. In the present work, the theory of fractal geometry will be used to perform the mathematical characterization for morphology of volume fracturing network system. Physical model tests will be employed to explore flow of gas and water in shale reservoir with formation water, and to explore flow features and residual of formation water in fracture and bulk, and to nonlinear seepage principles for media of gas and water phases; on the basis of morphological model of volume fracturing network in shale reservoir, seepage model of fracturing networks and non-stable seepage mathematical model will be established, and to construct production predicted model of volume fracturing networks, which will be confirmed in the typical zones. This work would be.favorable for the development of seepage dynamic, and to provide novel theoretical points and technology supports, which should be meaningful to prompt efficient production of shale resource.

页岩储层具有孔隙度小、渗透率极低的特点，常规技术无法有效开发页岩气，需要进行体积压裂改造，针对体积压裂开发过程中需要解决的两个理论问题：体积压裂缝网系统形态表征模型和体积压裂缝网系统渗流数学模型，开展了系统的研究。本项目利用分形几何理论，对页岩储层体积压裂缝网系统的形态进行数学表征；通过室内物理模拟实验，研究含水页岩气储层中气体和水的流动规律，探讨水在基质和裂隙中的赋存及流动状态，搞清页岩气裂隙介质气水两相非线性渗流规律；基于页岩储层体积压裂缝网系统形态模型，建立体积压裂缝网渗流数学模型和气水两相不稳定渗流数学模，并构建体积压裂缝网产能预测模型，进行典型区块模拟验证。该项研究成果的完成将促进渗流力学的发展，为页岩气藏体积压裂提供新的理论认识和技术支撑，从而推动页岩气资源的高效开发，具有十分广阔的应用前景。

我国页岩气藏具有分布范围广、储层厚度大、成熟度高、有机质丰度高的特点，页岩气储量处于世界首位。开采页岩气可以降低高碳资源的用量，调整能源结构，减少污染，降低环境治理成本，其具有重要的社会效益和重大的经济效益。在页岩气藏的开发过程中，致密的基岩是天然气的供源，裂缝系统起着流动通道的作用，裂缝的发育情况在某种程度上决定了页岩气开发的成败，储层中裂缝多以微裂缝形式存在，微裂缝对页岩气的产能增加有很大的影响。裂缝系统发育不完善的页岩气藏，需要体积压裂，以实现人工裂缝网络的形成，从而达到经济开发的目的。. 项目针对体积压裂开发过程的两个理论问题：体积压裂缝网系统形态表征模型和体积压裂缝网系统渗流数学模型，开展了系统的研究。引入分形几何方法描述体积压裂裂缝网络，通过裂缝缝宽分形维数Dp、迂曲度分形维数DT、最大和最小缝宽λmax，λmin，推导出树枝状裂缝网络渗透率的表达式，给出了体积压裂裂缝网络渗透率平均渗透率和体积压裂储层的等效渗透率。利用三轴应力岩心夹持器来模拟地层中的应力条件，制作含微裂缝页岩岩心模拟含天然裂缝岩心，通过人工压裂方法制作压裂缝岩心，进行渗流实验分析页岩气在天然微裂缝和人工裂缝中的流动。最后基于页岩储层体积压裂缝网系统形态模型，建立体积压裂缝网渗流数学模型。