有效应力和滑脱作用对深部页岩气渗流的影响

作     者：王军 李文璞 刘超 张欢 陈现辉 张晓东 孙永康 崔少鹏 WANG Jun;LI Wenpu;LIU Chao;ZHANG Huan;CHEN Xianhui;ZHANG Xiaodong;SUN Yongkang;CUI Shaopeng

作者机构：太原理工大学安全与应急管理工程学院山西太原030024 矿山岩层控制及灾害防控山西省重点实验室山西太原030024 山西省煤基资源绿色高效开发工程研究中心山西太原030024 中国矿业大学力学与土木工程学院江苏徐州221116 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2023年第48卷第12期

页      面：4461-4472页

核心收录：

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 0817[工学-化学工程与技术] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0814[工学-土木工程] 0702[理学-物理学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51804211,52004170) 江苏省自然科学基金资助项目(BK20221121) 

主　　题：渗透率 滑脱效应 深部页岩气储层 有效应力系数 

摘      要：深部页岩气储层压力在衰竭过程中势必会产生滑脱效应和有效应力变化,两者对渗透率演化均起着重要影响,有必要探究它们对渗流的作用机理。进行了不同体应力和孔隙压力耦合作用下页岩的变形与渗流试验。研究表明:孔隙压力和地应力对浅部页岩气储层变形作用显著;在深部高应力作用下,页岩已处于致密状态,可压缩性显著降低,孔隙压力对其内部裂隙变形作用可忽略。随着页岩气储层由浅部进入深部,滑脱效应取代有效应力作用主导着页岩气渗流。在低应力和高应力作用下,页岩的渗透率有效应力系数均大于1,分别为2.90和2.95,表明未经实验验证而假定页岩渗透率有效应力系数κ=1是值得商榷的,这对页岩气产量预测会造成重大偏差。由于页岩微孔隙结构的形成与黏土颗粒密切相关,可利用黏土壳模型较好地解释κ1的实验现象。利用线性、二次和双滑移Klinkenberg方程对滑脱效应进行修正,发现表观渗透率和孔隙压力之间更符合二次函数关系式。在深部应力环境下,相较储层有效应力变化,随着孔隙压力衰竭,滑脱效应更加明显;滑脱效应在高气体压力下会减弱,滑脱系数呈指数降低。最后,通过确定有效应力影响区最佳κ,得到不同应力阶段的渗透率应力敏感性指数ξ,进而提出了一种量化滑脱效应对表观渗透率贡献的新方法。