【摘要】：頁巖氣是一種主要以吸附態(tài)和游離態(tài)賦存于富含有機質泥頁巖及其夾層中的一種自生自儲的非常規(guī)天然氣。我國的頁巖氣資源量巨大,如何高效開發(fā)頁巖氣藏對于保障我國能源安全、改善能源結構以及保證經濟可持續(xù)發(fā)展具有極其重要的戰(zhàn)略意義。北美頁巖氣勘探開發(fā)經過幾十年的技術攻關,使得三大關鍵工程技術中的水平鉆井和體積壓裂技術得到了空前的發(fā)展,但是在頁巖氣高效開發(fā)氣藏工程領域,尤其是頁巖氣在儲層中的特殊滲流規(guī)律及復雜滲流機理的研究遠遠落后于開發(fā)實踐�，F有理論模型無法準確認識壓裂裂縫特征、優(yōu)化壓裂參數、評估壓后產量以及確定原地物性參數等,這將會影響頁巖氣的高效開發(fā)并制約其經濟開采。作為一類特殊的氣藏,頁巖氣藏無論是在成藏、賦存方式還是滲流機理方面都明顯異于常規(guī)氣藏。由于頁巖氣藏具有復雜的多尺度儲滲空間和多樣的賦存方式,必然導致氣體在流動過程中具有相應的多重滲流機制；此外,氣井在大型水力壓裂過程中往往會形成復雜裂縫網絡,如何在滲流模型中對其進行合理描述也非常復雜�？傊�,頁巖氣藏的滲流理論研究遠遠高于常規(guī)氣藏,不能直接套用常規(guī)氣藏的理論和方法,需要根據頁巖氣儲層自身的儲滲特征,建立與之相適應的不穩(wěn)定滲流數學模型。本文對考慮復雜滲流機理的頁巖氣藏壓裂井不穩(wěn)定滲流理論進行了研究,研究主要內容如下：(1)基于對頁巖氣儲層孔隙類型和結構、氣體賦存方式以及運移機制的研究,確定了描述頁巖氣多尺度運移機理數學模型。(2)考慮氣體吸附解吸擴散滿足穩(wěn)態(tài)模型,建立了分別考慮天然微裂縫的“擬雙孔”和天然微裂縫/基質宏孔隙的“擬三孔”模型；假定氣體在基質納米孔隙中擴散滿足Fick擴散,建立了分別考慮擬穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)擴散的“擬雙孔”和“擬三孔”改進模型；考慮頁巖氣在納米孔隙介質中滲流同時存在解吸、Knudsen擴散、黏性流動以及滑脫效應等多重機制共同作用,建立了考慮天然微裂縫、基質宏孔隙和基質納米孔隙的綜合微.觀滲流數學模型。(3)基于格林函數和源函數的思想,針對建立的五種不同頁巖氣藏微觀滲流機理模型,創(chuàng)建并求解了圓形外邊界和矩形封閉外邊界頁巖氣藏中壓裂直井和多級壓裂水平井的不穩(wěn)定滲流數學模型,借助數值反演方法得到了不同井型對應的無因次壓力和產量動態(tài)曲線,研究并分析了頁巖氣吸附氣特性、儲層物性以及裂縫參數對氣井無因次擬壓力和產量動態(tài)的影響。(4)考慮大型水力壓裂產生的縫網,采用復合介質模型創(chuàng)新性的建立了圓形和矩形邊界復合氣藏中直井和多級壓裂水平井不穩(wěn)定滲流物理模型,利用復合氣藏的連續(xù)線源函數和邊界元法求解了不同井型的滲流數學模型,采用數值反演方法繪制了相應的無因次壓力和產量動態(tài)曲線,研究并分析了縫網、裂縫和儲層物性等參數對氣井生產動態(tài)的影響。(5)利用建立的模型,分析了壓裂縫網對頁巖氣藏壓裂直井和多級壓裂水平井生產動態(tài)的影響,研究表明：吸附解吸氣主要影響氣藏開發(fā)的中后期,氣井早期產量主要依靠自由氣；壓裂裂縫條數和縫網尺寸對頁巖氣藏氣井產量的影響有限,存在一個最優(yōu)的值；頁巖氣井產量的高低除了取決于三大工程技術外,還取決于儲層本身的物性好壞,因此應當優(yōu)先開發(fā)對頁巖氣儲層的甜點區(qū)域。(6)通過模型結果對比以及對一口實際頁巖氣井測試數據進行分析,驗證了本文建立的理論模型的正確性和實用性。本文研究和取得的成果可為頁巖氣藏的高效、經濟開發(fā)提供理論指導。
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【學位授予單位】：西南石油大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TE377;TE312
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本文編號：2421710