基于嵌入式离散裂缝模型页岩气藏缝网流动模拟方法研究

Shale gas reservoir have tight pore throat, micro fractures, and the artificial fracturing for exploitation, therefore, there are tens of meters of large-scale artificial fractures, and small-scale micro-fracutures and microns nanoscale pore throat, so it is a typical multi-scale flow problems. in order to efficiently exploit shale gas reservoirs, multiscale flow simulations of complex fractures network are need. This project intends to consider the stress sensitivity on the fracture trasport mechanisms, then use the embedded discrete fracture model and the dual porosity media multiple internal continuous domain (MINC) model to build the fracture network flow model. the large-scale fractures use the embedded discrete fracture model, where the various fractures portrayed explicitly, fracture simulation accurately and calculation with high precision.The small-scale micro-cracks use dual media MINC model, while reducing the amount of computation to reflect micro-fracture characteristics, based on the distance to the bedrock microfractures secondary coarse grid division, accurately simulate not steady crossflow between bedrock and microfractures process, forming a microscopic percolation mechanism considering shale gas multiscale flow simulations of complex fracture network, to provide the necessary technical support for the efficient exploitation of shale gas reservoirs.

页岩气藏孔喉致密、微裂缝发育，必须采用人工压裂进行开采，因此，页岩储层存在几十米的大尺度人工压裂缝，也有几微米的小尺度微裂缝和纳米级孔喉，属于典型的多尺度流动问题，为了高效开采页岩气藏需对多尺度缝网进行流动模拟，对此，本项目首先在裂缝运移机制上考虑应力敏感性，其次采用嵌入式离散裂缝模型和双重介质多重内部作用连续域（MINC）模型相结合建立缝网流动模型，对于大尺度裂缝系统采用嵌入式离散裂缝模型，显式刻画各条裂缝，裂缝模拟准确，计算精度高，拟真性好；小尺度微裂缝采用双重介质MINC模型，降低计算量的同时反映微裂缝特性，根据到微裂缝的距离将基岩粗网格二次划分，准确模拟基岩与微裂缝间的不稳态窜流过程，形成一套综合考虑微观渗流机制页岩气藏多尺度复杂缝网流动模拟方法，为页岩气藏的高效开采提供必要的技术支持。

由于页岩气藏存在吸附解吸、分子扩散、Knudsen 扩散等特殊机理，同时需要压裂改造形成复杂的缝网系统进行开采，因此，本项目主要开展了以下研究：（1）形成了基于数字岩心的页岩气体运移模式的判定方法，页岩中吸附气和游离气共存，考虑粘性流、Knudsen扩散、吸附层厚度和吸附层表面扩散的传输机制；（2）基于双重介质模型和离散裂缝模型构建页岩气藏分段压裂水平井模型，采用有限元方法及Laplace点源函数解析方法对压力动态及产能进行了分析；（3）考虑页岩气藏多尺度孔缝结构、非线性渗流和储层变形特征，分别采用单孔隙介质模型、双重介质模型和嵌入式离散裂缝模型模拟压裂未改造区域、压裂改造区域和水力裂缝，建立了基岩-微裂缝-水力裂缝耦合的页岩气藏流固耦合模型；并得出以下主要结论：采用 Knudsen 数、等效流动半径和多孔介质结构参数（固有渗透率、孔隙度和迂曲度）得到了气体在微纳尺度多孔介质中的三种耦合运移模式，形成了基于微观孔隙结构图像的多孔介质物性参数计算方法；其次，页岩气藏压裂水平井存在压裂裂缝线性流、压裂裂缝径向流、地层线性流、系统径向流及封闭边界影响5 种流动阶段；人工裂缝的性质包括条数、开度、半长以及间距，主要影响压裂水平井生产早期；最后，基于模拟有限差分方法建立了一种新的嵌入式离散裂缝数值计算模型，克服了该模型基于有限差分方法求解时不能有效处理全张量形式的渗透率以及不适用于复杂边界形状裂缝性油藏的局限性。依托于本项目共发表文章16 篇，其中SCI收录10篇，Ei收录6篇，申请发明专利1项，软件著作权2项，协助培养博士研究生1名，硕士研究生1名；项目资金23.68万，其中直接费用20万，间接费用3.68万，支出经费15.7334万元，各项支出基本与预算相符，剩余经费4.266万元，剩余经费计划用于项目相关的国际交流。