页岩气藏多重介质渗流机理与理论研究

The nanoscale matrix-pore structure and large amount of gas adsorption make the fluid flow mechanism in shale gas reservoirs very complex. Therefore the study of flow mechanism and theory based on multi-media with nanoscale pore structure is important for effective development of shale gas reservoirs. This project aims to combine laboratory experiments and theoretical studies, develop gas flow equations with the presence of adsorption/desorption, diffusion and fluid flow in nanoscale pipeline, build up the mathematical model for gas flow in nanoscale pore network; do a large number of measurement on matrix permeability, study the effect of adsorption and desorption on permeability of nanoscale pore, establish the relational model relating shale matrix permeability with average pore diameter, pore connectivity, type of gas, adsorption quantity and pressure; relate shale gas diffusion coefficient with pore diameter, porosity, pore connectivity and permeability; build up pressure-sensitive model for fracture permeability in shale gas reservoirs; create the gas flow theory with water suction, study the influence of irreducible water on shale gas flow and mass transfer mechanisms. Such gas flow mechanism and theory can lay the theoretical foundation for shale gas reservoirs test analysis, production optimization and development optimization.

页岩气藏纳米级的基质孔隙结构和大量的气体吸附使页岩气藏的渗流机理非常复杂，研究形成页岩气藏基于纳米尺度孔隙多重介质的渗流机理与理论对于页岩气高效开发具有重要意义。本课题通过室内实验与理论研究，建立考虑吸附与脱附、扩散以及渗流三种机理共存的气体在纳米级管道中流动方程，建立气体在纳米级孔隙网络中流动数学模型；通过测试大量的页岩气藏基质渗透率，研究吸附与脱附过程对纳米级孔隙渗透率的影响，建立页岩气藏基质渗透率与平均孔隙半径、孔隙连通程度、气体种类、吸附量和压力的关系模型；建立页岩气藏气体扩散系数与孔喉直径、孔隙度、孔隙连通程度和渗透率的关系式；建立页岩气藏裂缝渗透率的应力敏感模型；建立在水吸后的气体在页岩气藏中的渗流理论，研究束缚水对于页岩气藏渗流与传质机理的影响规律。研究形成的页岩气藏的渗流机理与理论将为页岩气藏测试分析、产能评价和开发方案优化等奠定理论基础。

页岩气藏纳米级的基质孔隙结构和大量的气体吸附使页岩气藏的渗流机理非常复杂，研究形成页岩气藏基于纳米尺度孔隙多重介质的渗流机理与理论对于页岩气高效开发具有重要意义。本课题通过室内实验与理论研究，取得了如下成果：（1）优选了页岩气天然裂缝渗透率的确定方法，结合CT扫描技术实现了页岩渗透率的定量和定性描述。通过四川盆东部的大量页岩岩心渗透率测试和CT扫描分析，分析了岩心渗流特征。在此基础之上，通过岩心应力敏感实验，研究了页岩基质和裂缝的应力敏感特征，研究了应力敏感对页岩气井的产能影响，提出了应力敏感页岩气井的配产建议。（2）提出了一种通过页岩润湿性来描述页岩孔隙结构的方法。研究了页岩润湿的测试方法，即通过润湿后的示踪剂分布以及示踪剂的运移速度、运移轨迹来揭示了页岩的微观孔隙结构和渗吸过程，并能反映出不同尺寸孔隙的流体连通性和孔隙结构。（3）建立了页岩基质纳米通道中的流动模型，描述了气体在纳米级孔道内的流动规律。采用Knudsen 流动模型，建立了气体在纳米级管道内流动的数学模型，并采用该数学模型分析室内实验结果，研究了平均压力、气体流速、管径以及努森数与纳米级管道对页岩气储层渗透率的影响。（4）建立了页岩多重渗流机理的渗流模型，渗流模型考虑了粘性流动、滑脱效应、克努森扩散和气体解吸等多种流动机制，揭示了页岩气井生产的主要特征。（5）利用页岩多重渗流模型，得到了不稳定产量下的压力解，通过不同影响因素的压力解绘制双对数图版，可用于页岩气井的不稳定试井解释。研究形成的页岩气藏的渗流机理与理论将为页岩气藏测试分析、产能评价和开发方案优化等奠定理论基础。