考虑有机质解吸变形的页岩气藏渗流规律研究

作     者：张斌 

作者单位：西安石油大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张益

授予年度：2023年

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] 

主      题：页岩气 分子模拟 有机质 解吸变形 渗流规律 

摘      要：随着常规油气藏普遍进入开发中后期,页岩气作为典型的非常规天然气资源得到了人们的广泛关注。正确认识页岩气藏有机质的结构特征、解吸变形规律、渗流规律,以及有机质和无机质的差异性、渗流过程中二者相互作用对于页岩气藏的合理有效开发具有重要意义。首先,本文采用蒙特卡洛分子模拟方法,研究了甲烷气体在有机孔隙中的吸附情况;进一步根据甲烷气体的吸附特性推导了不同形状的有机孔隙表观渗透率,且构建了考虑无机孔水膜等多因素的不同形状无机孔隙中表观渗透率模型;结合孔径分布得到了有机质域、无机质域中的表观渗透率,根据其构建的数值模拟模型与蒙特卡洛法形成的有机质、无机质、天然裂缝二维数字岩心结合,研究了页岩气藏的渗流规律。关键性结论如下:(1)页岩气藏有机孔中的气体吸附层可以用双层吸附模式表征,在孔径大于等于2nm有机质孔隙中,第一吸附层厚度在压力较小时与压力呈现出线性关系,压力较大时趋于定值,吸附层密度满足Langmuir吸附模式;在孔径大于等于3nm有机质孔隙中,第二吸附层厚度较为稳定,保持在0.38nm,其吸附层密度仍然满足Langmuir吸附模式;孔径小于2nm时,吸附气体密度峰值随着孔径的降低而增大,两孔壁对甲烷气体均有较强吸附作用。(2)单孔径有机质、无机质气体传输结果表明:有机质基质中的孔隙度随着有效应力的增大而先减小、后增大,直至大于有机质初始孔隙度;随着孔隙压力的增大或有机孔径的增大,吸附气表面扩散对表观渗透率的贡献越来越小,自由气滑脱流的贡献越来越大,直至其主导了有机孔气体渗流;无机孔中水膜的存在对于小孔径无机孔的表观渗透率有着重要影响,抑制了气体渗流能力。(3)基于典型海相页岩气藏离散二维数字岩心的数值模拟研究结果显示,页岩气藏的气体渗流主要通过天然裂缝进行;高渗流能力的有机质域的存在起到了沟通天然裂缝从而增大表观渗透率的作用;二维数字岩心整体表观渗透率随压力变化模式与有机质域和无机质域更为相近,随着孔隙压力减小而增大;天然裂缝域和有机质域含量的增大都会促使整体表观渗透率增大,二者含量越高相互促进作用越明显。