基于变边界分段模型的页岩损失气量和解吸气量评价方法

作     者：曾克成 解海鹏 姜培学 周尚文 胥蕊娜 Zeng Kecheng;Xie Haipeng;Jiang Peixue;Zhou Shangwen;Xu Ruina

作者机构：清华大学能源与动力工程系热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084 中国石油勘探开发研究院北京100083 

出 版 物：《力学学报》 (Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics)

年 卷 期：2021年第53卷第8期

页      面：2168-2178页

核心收录：

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 082002[工学-油气田开发工程] 

基　　金：国家重点研发计划(2016YFB06008005) 国家自然科学基金(51722602)资助项目 

主　　题：非常规天然气 含气量 损失气模型 扩散 复原实验 

摘      要：储层含气量的准确评估是目前制约非常规天然气高效开发的重要因素,直接法采用损失气估算模型结合解吸曲线估算储层含气量,但现有损失气估算模型均基于煤层气的常压边界条件和球形颗粒假设,如美国矿业局提出的USBM方法,为埋藏深、柱状岩心的页岩气藏含气量的估算带来较大误差.本文基于扩散理论,采用时变压力边界条件和柱坐标系求解一维扩散方程获得解析解,从而提出了新的损失气估算模型,即变边界分段模型,该模型能够反演出提钻和解吸两个阶段气体逸散的不同特征.结果表明:在提钻阶段,环境压力不断降低,岩心内外压差增大,气体逸散速率加快,从而是下凸函数;在解吸阶段,环境压力恒定,岩心内压力随气体逸散而下降,内外压差减小,气体逸散速率减慢,因而是上凸函数.进一步为证明模型的准确性,基于相似原理在实验室搭建了损失气-解吸气复原实验系统,采用圆柱状页岩岩心复现提钻过程和解吸过程的气体逸散情况,得到的实验结果与变边界分段模型吻合,而已有的USBM方法不能进行准确预测,验证了本文提出的变边界分段模型正确性.根据川南地区Y151井现场测试数据,采用变边界分段模型进行拟合预测,所得结果良好,验证了变边界分段模型的适用性.