耦合压裂缝网扩展机制的页岩气藏动态模拟研究

The specific gas accumulation mechanism and multi-scaled pore space of shale gas reservoirs make the conventional fluid flow theory cannot characterize the gas flow process reasonably. For the limitations of simulation method, the fracturing propagation simulation is often isolated with the post-reservoir simulation during the hydraulic design and optimization, which cannot efficient guide the development of shale gas reservoir recently. Using the comprehensive methods of laboratory experiment, numerical simulation and theoretical analyses, the various transport mechanisms of shale gas in multi-scale micro to nano-fractured system will be clarified, the non-linear flow law of gas in multi-scaled porous media coupling multi-fields will be elucidated, the models describing the propagation laws of hydraulic fractures during massive hydraulic treatment will be established and solved, the distribution of hydraulic fluid, proppant, the characteristics of induced fractures will be studied. Then the multiphysics numerical simulation theory for shale gas development coupling the whole process of hydraulic fracturing and post-production performance evaluation will be developed. The related theories and achievements will promote the theoretical development of fundamental of shale gas reservoir, and guild the efficient exploited of such gas reservoir.

页岩气藏特殊的气体赋存方式和多尺度储集空间，导致常规的气体流动规律不能合理表征气体微纳观传输机制。现有生产动态模拟没有耦合压裂缝网扩展机制，无法有效指导页岩气藏高效开发。本项目通过室内实验、数值模拟与理论研究等相结合的方法，厘清页岩气在多尺度微纳米-裂隙系统中的各种传输机制，揭示气体在多尺度储渗空间中存在多场耦合作用的非线性流动规律；创建页岩储层体积压裂缝网扩展模型，研究体积压裂过程中压裂液、支撑剂和缝网的形成与分布规律；在体积压裂缝网扩展规律的基础上，建立耦合复杂流动机制的页岩气藏数值模拟模型，形成页岩气藏缝网扩展模拟与生产动态预测耦合模拟理论。相关理论对于完善页岩气开发气藏工程理论，指导我国页岩气资源的高效开发具有重要意义。

我国页岩气资源丰富，大规模开发页岩气是我国油气增储上产的必然选择，在我国的油气生产中发挥着越来越重要的作用。页岩气藏具有特殊的气体赋存方式和多尺度储集空间，导致常规的气体流动理论不能合理表征页岩气的复杂传输机制。同时，页岩储层渗透率极低，要实现有效的开发，必须借助压裂改造，通过造缝改善储层渗流能力，实现页岩气的快速动用。现有生产动态模拟没有耦合压裂缝网扩展机制，尚未厘清复杂流动机理对气体传输的贡献，无法有效指导页岩气藏高效开发。因此，建立合理的数值模型来准确刻画水力裂缝形态特征、有效表征页岩储层中的多尺度气体流动规律对页岩气的生产十分重要。.本课题旨在通过室内实验、数值模拟与理论研究相结合，厘清页岩气在多尺度微纳米-裂隙系统中的复杂传输机制，揭示气体在多尺度储渗空间、多场耦合作用下的非线性流动规律；创建页岩储层体积压裂缝网扩展模型，研究体积压裂过程中缝网的形成和压裂液、支撑剂的分布规律；在明确体积压裂缝网扩展规律的基础上，建立耦合复杂流动机制的页岩气藏数值模拟模型，形成页岩气藏缝网扩展模拟与生产动态预测耦合模拟理论。.在项目资助下，借助室内实验和分子模拟方法，明确了页岩微观孔隙结构特征，在此基础上进一步研究了不同含水条件下页岩气的赋存状态和赋存机理，形成了耦合页岩气多尺度复杂传输机制的流动新模型；同时，构建了考虑页岩气多重介质、多场耦合的渗流数学模型，并编制了数值模拟器；进一步，开展了基于边界元方法的水力压裂数学模型研究，形成了耦合基质流动的水力裂缝扩展两相流数值模型，结合天然裂缝的相交及后续的生产，最终开发出耦合基质两相流动的压裂生产一体化模拟平台；基于该平台，明确了水力压裂、压后焖井以及生产开发各个阶段的压力及流体分布特征；结合长宁示范区的典型压裂井实际数据开展了模型拟合和生产动态模拟，并预测最终开发效果。本课题相关研究成果对于完善页岩气开发气藏工程理论，指导我国页岩气资源的经济高效利用具有重要意义。