發(fā)布時間：2017-04-16 10:21

  本文關鍵詞：頁巖儲層滲流—應力耦合模型及應用，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：頁巖氣是一種重要的非常規(guī)天然氣資源,正在改變世界能源、經濟和政治格局。目前,頁巖氣的開采已受到我國政府的高度重視。而頁巖氣在頁巖儲層中的運移規(guī)律、頁巖氣產量的影響因素分析和注氣開采頁巖氣機理等方面的研究尚不成熟,這極大地限制了我國頁巖氣開采技術的發(fā)展。本文針對頁巖儲層的結構特性,綜合運用實驗室試驗、理論分析和數值模擬等方法,研究了煤系頁巖的滲流特性和頁巖氣開采過程中的滲流-應力耦合作用,取得了以下主要進展和結論:(1)通過煤系頁巖的滲透率試驗,得到了煤系頁巖完整巖樣和裂隙巖樣的滲透特性。當孔隙壓力不變時,煤系頁巖完整巖樣和裂隙巖樣的滲透率均隨著圍壓的增大而降低,符合指數函數關系,其變化規(guī)律大致分為兩個階段:急劇下降階段和緩慢下降階段;大部分裂隙巖樣的滲透率比完整巖樣的滲透率大3個數量級;滲透率對圍壓的敏感性高于對孔隙壓力的敏感性。(2)分別建立了頁巖儲層中裂隙和基質的有效應力-滲透率模型和有效應力-孔隙度模型,并利用煤系頁巖的裂隙滲透率數據驗證了裂隙的有效應力-滲透率模型的有效性�；诙嗫捉橘|彈性理論,分別建立了頁巖儲層在單軸應變條件下及常體積條件下的孔隙度模型和滲透率模型,并利用現場滲透率數據驗證了單軸應變條件下滲透率模型的有效性。在此基礎上,基于有效應力原理和氣體流動的質量守恒定律,分別推導了頁巖儲層變形的應力場控制方程以及裂隙和基質中氣體流動控制方程。(3)基于頁巖儲層變形的應力場控制方程以及裂隙和基質中氣體流動控制方程,利用COMSOL Multiphysics軟件,分析了儲層埋深、基質滲透率、裂隙滲透率、裂隙張開度、裂隙法向剛度和裂隙間距等因素對頁巖氣采收率的影響。在整個開采周期內,裂隙張開度對頁巖儲層的累計產氣量影響最大,裂隙法向剛度、裂隙滲透率、裂隙間距、儲層埋深和基質滲透率對累計產氣量的影響依次減小。頁巖儲層的累計產氣量并非僅由裂隙發(fā)育程度決定。(4)推導了注氣增透(CO2/N2-ESGR)過程雙重孔隙介質基質和裂隙的孔隙度和滲透率模型,建立了CH4和CO2在基質和裂隙系統(tǒng)中的滲流和擴散方程,以及CO2/N2-ESGR過程中頁巖儲層的變形控制方程。將建立的雙重介質模型應用于注氣開采的數值模擬。模擬結果表明,注CO2和N2能有效提高頁巖氣的采收率,注CO2會出現產氣速率反彈現象,而注N2不會。(5)利用COMSOL Multiphysics軟件,分析了努森修正系數和非達西效應對頁巖氣采收率計算值的影響。模擬結果表明,考慮和不考慮努森修正系數,對應裂隙滲透率為10-15 m2和10-16 m2的頁巖儲層整個開采周期內的累計產氣量計算值分別偏差23%和40%;考慮和不考慮非達西效應,累計產氣量則偏差2.4%和0.2%。裂隙滲透率越小,努森修正系數影響計算的程度越大,非達西效應則相反。為了使計算更接近于實際,對雙重介質模型的努森修正比非達西效應修正更有必要。
【關鍵詞】：頁巖儲層 雙重孔隙介質 裂隙滲透率 滲流-應力耦合 CO2/N2-ESGR
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TE31
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-9
• Extended Abstract9-25
• 變量注釋表25-26
• 1 緒論26-47
• 1.1 研究背景及意義26-29
• 1.2 國內外研究現狀29-45
• 1.3 研究內容及技術路線45-47
• 2 煤系頁巖儲層滲透率試驗研究47-62
• 2.1 引言47
• 2.2 試驗設備和試驗原理47-50
• 2.3 試驗材料和試驗方案50-52
• 2.4 完整巖樣滲透率52-57
• 2.5 裂隙巖樣滲透率57-61
• 2.6 本章小結61-62
• 3 頁巖儲層滲流-應力耦合雙重介質模型62-85
• 3.1 引言62
• 3.2 雙重介質模型及基本假設62-64
• 3.3 雙重介質滲流控制方程64-66
• 3.4 孔隙度和滲透率參量模型66-74
• 3.5 裂隙滲透率模型的驗證74-80
• 3.6 雙重介質參量控制耦合方程80-83
• 3.7 本章小結83-85
• 4 頁巖儲層雙重介質模型多因素影響規(guī)律85-121
• 4.1 引言85
• 4.2 COMSOL Multiphysics軟件介紹85-86
• 4.3 數值模型的建立及模擬方案86-89
• 4.4 儲層埋深的影響89-94
• 4.5 基質滲透率和裂隙滲透率的影響94-104
• 4.6 裂隙張開度和法向剛度的影響104-113
• 4.7 裂隙間距的影響113-119
• 4.8 本章小結119-121
• 5 注氣開采頁巖氣雙重介質模型及應用121-144
• 5.1 引言121
• 5.2 驅替吸附下的孔隙度和滲透率模型121-124
• 5.3 注氣開采的雙重介質模型124-130
• 5.4 數值模擬和模擬方案130-132
• 5.5 注氣開采對頁巖氣產量的影響132-134
• 5.6 頁巖儲層中氣體壓力和組分的變化規(guī)律134-141
• 5.7 注氣開采對頁巖儲層滲透率的影響141-143
• 5.8 本章小結143-144
• 6 考慮滑脫效應和非達西效應的模型修正144-163
• 6.1 引言144
• 6.2 考慮滑脫效應的視滲透率模型144-147
• 6.3 非達西流動和非達西因子147-148
• 6.4 數值模擬方案驗證148-152
• 6.5 努森修正系數的影響152-158
• 6.6 非達西效應的影響158-161
• 6.7 本章小結161-163
• 7 主要結論163-166
• 參考文獻166-182
• 作者簡歷182-184
• 學位論文數據集184

  本文關鍵詞：頁巖儲層滲流—應力耦合模型及應用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：310615