各向异性裂缝页岩气藏渗流机理与理论研究

The development process of shale gas reservoir is extremely complicated due to the stress sensitivity deformation and anisotropy of fracture system. In this project， it is intended to observe the percolation phenomenon of shale gas reservoir development directly in stress sensitivity deformation and anisotropy fracture medium based on establishment and application of new physical experiment method with similar materials to reveal the mechanism and principle. The main contents are listed as follows: (1) Experiments on microscopic percolation in the anisotropic fractured shale gas reservoirs; (2)Research on features of anisotropic fractured shale gas reservoirs; (3)Research on percolation theory of anisotropic fractured shale gas reservoirs; (4)Numerical solution for percolation mathematical model of anisotropic fractured shale gas reservoirs; (5)Research on percolation characteristics of the development process in anisotropic fractured shale gas reservoirs with stress sensitivity. The method of physical model and experiment can be provided as technique surport for developing oil and gas reservoirs.

页岩气藏裂缝系统具有应力敏感变形及各向异性特点，使得页岩气藏开发过程极为复杂，其开发问题具有典型意义。该项目拟在现有研究成果的基础上，建立和使用新型的相似材料物理实验方法，直接观测在压力敏感非线性变形且各向异性裂缝介质条件下页岩气藏开发过程中的渗流现象，研究揭示其机理和规律。主要研究内容包括：（1）各向异性裂缝页岩气藏渗流机理实验；（2）页岩气藏裂缝各向异性渗透率表征研究；（3）各向异性裂缝页岩气藏渗流理论研究；（4）各向异性裂缝页岩气藏渗流数学模型的数值解法；（5）应力敏感各向异性裂缝页岩气藏开发特征研究。该研究的物理模型制作和实验方法不仅可以为油气藏开发研究提供技术支持，而且对与渗流现象有关的研究领域均有重要的参考价值。

页岩气是世界上崛起的新型能源，页岩气藏裂缝系统具有应力敏感变形及各向异性特点，使得页岩气藏开发过程极为复杂，其开发问题具有典型意义。本项目建立和使用了新型的相似材料物理实验方法，开展了岩石等效介质裂缝变形特征实验，结合各向异性渗流实验分析方法，得到了压力敏感各向异性非线性变形介质的渗流机理和规律。实验测试表明，保持注采压差恒定时，随着模型介质平均压力的增加，介质变形明显，裂缝呈均匀开启程度增加；保持平均压力恒定时，随着模型介质承受的压力梯度即驱替压差的增加，介质变形明显，裂缝呈楔形变化特征，出口端裂缝出现不同程度的闭合，裂缝整体渗透率下降；在压力敏感作用下，裂缝各向异性介质全张量渗透率不仅主值大小会发生变化，而且主值方向也会发生旋转。在实验基础上推导得到了新型压力敏感渗流数学模型，该模型所需参数易获得，实用性强，便于推广使用。结合页岩气藏裂缝各向异性渗透率表征方法和压力敏感模型，建立了压力敏感裂缝各向异性非线性渗流数学模型。综合考虑页岩气藏裂缝介质的压力敏感变形、各向异性以及扩散、解吸等因素，建立了完整的页岩气藏裂缝各向异性渗流数学模型。并采用十九点全隐式有限差分法推导出了有限差分数值模型，运用模块化显示耦合迭代求解思想，建立了其数值模拟求解方法。最后基于数值模拟对影响页岩气藏开发的因素进行了研究，得到了页岩气藏合理的开采方式。研究表明，压力敏感、各向异性、天然裂缝发育程度与人工裂缝储层改造效果对页岩气藏水平井产能的影响较大，页岩气藏合理开采方式为：保证水平井的方位与主渗透率方向垂直；保持适当的水平井底压力下降速度；保证合理的体积压裂方式，保持人工裂缝与天然裂缝耦合的复杂缝网具有良好的导流能力。本项目研究成果不仅对页岩气藏开发研究提供技术支持，而且对与渗流相关的研究领域均有重要的参考价值。