本文選題：頁巖 + 多尺度　； 參考：《西南石油大學》2016年碩士論文

【摘要】：頁巖孔隙結構復雜,既有納米級的有機質粒內(nèi)孔隙、粒間孔隙,還發(fā)育微米級裂縫,孔喉直徑非常小,滲透率極低。同時,吸附氣和游離氣共存,游離氣儲集在孔隙空間中,吸附氣儲集在有機質和黏土礦物中。頁巖富含有機質且非均質性強,氣體傳質機制復雜,傳質過程具有多尺度性。因而,研究頁巖多尺度孔隙結構中的氣體傳質,對于明確產(chǎn)氣機理和優(yōu)化產(chǎn)能模型都具有重要意義。選擇四川盆地東部龍馬溪組黑色頁巖為研究對象,以實驗模擬氣體多尺度傳質過程為核心,結合頁巖礦物組成和有機質特征,在頁巖孔隙結構分析基礎上,設計并開展了低速滲流實驗、壓力衰減實驗和壓力脈沖實驗,模擬頁巖多尺度孔隙結構(基塊、天然裂縫、人工裂縫)下的氣體傳質過程,并研究其多尺度傳質特征。分析表明,龍馬溪組頁巖礦物組成主要為石英、黏土礦物和長石,而黏土礦物組成以伊利石、伊／蒙間層礦物和綠泥石為主。有機碳含量平均為3.06%,有機質成熟度平均為2.91%；高壓壓汞測試出頁巖平均孔徑為232.2nm,納米級孔隙占頁巖孔隙的80%,存在大量的介孔和宏孔。低溫氮氣吸附測試出平均孔徑3.528-5.619nm,納米級孔隙形態(tài)多以狹縫狀和墨水瓶狀為主；有機質納米級孔隙的孔徑為10-300nm。設計并開展了低速滲流實驗研究氣體傳質的滲流過程。實驗采用三類巖樣(人工裂縫、天然裂縫和基塊)代表頁巖不同尺度的孔隙流動空間,分析出孔隙尺度對滑脫效應影響的強弱次序為基塊天然裂縫人工裂縫；確定了頁巖滑脫滲流通道尺寸為126.00-229.66nm,通過Kn數(shù)確定了滲流過程氣體傳質方式主要滑脫流和過渡流。設計并開展了壓力衰減實驗模擬頁巖氣在多尺度孔隙結構(基塊、天然裂縫、人工裂縫)中的擴散行為。分析出納米級孔隙擴散過程約占整個擴散階段的90%；納米級孔隙擴散過程的甲烷擴散系數(shù)的數(shù)量級為10-12cm2/s,氣體傳質方式主要為努森擴散；吸附氣向干酪根擴散過程的甲烷擴散系數(shù)的數(shù)量級為10-17cm2/s,氣體傳質方式主要為表面擴散。設計并開展了壓力脈沖實驗模擬氣體在頁巖基塊中的多尺度傳質行為。闡述了壓力脈沖實驗的設計思路,劃分了滲流階段與擴散階段,解釋了在吸附過程中氣體吸附量躍變的原因；分析出巖樣在不同孔壓下滲透率與絕對滲透率的誤差范圍小于7%；大顆粒形成的孔隙中甲烷擴散系數(shù)的數(shù)量級為10-1cm2/s,小顆粒形成的孔隙中甲烷擴散系數(shù)的數(shù)量級為10-13cm2/s；大顆粒中的擴散在擴散過程中占據(jù)主導地位,隨著孔壓的增大,小顆粒中的擴散對整個擴散過程的貢獻也在逐步增大。分析了壓力脈沖實驗與壓力衰減實驗氣體擴散過程的擴散系數(shù)差異,總結了三種實驗分析方法的特點和適用范圍。
[Abstract]:The pore structure of shale is complex. There are organic plasmid pores intergranular pores and micrometer fractures. The pore throat diameter is very small and the permeability is very low. At the same time, adsorption gas and free gas coexist, free gas is stored in pore space, adsorption gas is stored in organic matter and clay mineral. Shale is rich in organic matter and strong heterogeneity, gas mass transfer mechanism is complex, mass transfer process is multi-scale. Therefore, the study of gas mass transfer in shale multi-scale pore structure is of great significance for the determination of gas production mechanism and optimization of productivity model. The black shale of Longmaxi formation in the eastern Sichuan Basin is selected as the research object. Taking the experimental simulation of gas mass transfer process as the core, combining the mineral composition of shale and the characteristics of organic matter, the pore structure of shale is analyzed. Low velocity seepage experiments, pressure attenuation experiments and pressure pulse experiments are designed and carried out to simulate the gas mass transfer process in shale multi-scale pore structure (base block, natural fracture, artificial fracture), and to study its multi-scale mass transfer characteristics. The analysis shows that the shale minerals of Longmaxi formation are mainly composed of quartz, clay and feldspar, while the clay minerals are mainly composed of Illite, Illite / Mengjian and chlorite. The average content of organic carbon is 3.06, the maturity of organic matter is 2.91, the average pore size of shale is 232.2 nm by high pressure mercury injection, and the pore size of nano-scale is 80% of the shale pore, there are a lot of mesoporous and macropores. The average pore size was 3.528-5.619 nm by nitrogen adsorption at low temperature, and the pore size of nano-pore was mainly slit and ink bottle, while the pore size of organic matter nano-pore was 10-300 nm. The flow process of gas mass transfer is studied by low speed seepage experiment. Three kinds of rock samples (artificial fracture, natural fracture and base block) are used to represent pore flow space of shale on different scales, and the order of influence of pore size on slippage effect is analyzed as artificial fracture of base natural fracture. The size of shale detachment flow channel is 126.00-229.66nm, and the gas mass transfer mode is determined by Kn number. The diffusion behavior of shale gas in multi-scale pore structure (base block, natural fracture, artificial fracture) was simulated by pressure attenuation experiment. The results show that the nano-pore diffusion process accounts for 90% of the whole diffusion stage, and the methane diffusion coefficient of the nano-scale pore diffusion process is in the order of 10-12 cm ~ 2 / s, and the gas mass transfer mode is mainly Knudsen diffusion. The diffusion coefficient of methane from adsorbed gas to kerogen is in the order of 10 ~ (-17) cm ~ (2) / s, and the gas mass transfer mode is mainly surface diffusion. The multi-scale mass transfer behavior of gas in shale block was simulated by pressure pulse experiment. The design idea of pressure pulse experiment is expounded, the seepage stage and diffusion stage are divided, and the reason of gas adsorption jump in adsorption process is explained. The results show that the error range between permeability and absolute permeability of rock samples under different pore pressures is less than 7. The order of magnitude of methane diffusion coefficient in the pore formed by large particles is 10 ~ (-1) cm ~ 2 / s, and the order of magnitude of methane diffusion coefficient in pores formed by small particles is 10 ~ (-13) cm ~ 2 / s. Diffusion in large particles dominates the diffusion process. With the increase of pore pressure, the contribution of diffusion in small particles to the whole diffusion process increases gradually. The difference of diffusion coefficient between pressure pulse experiment and pressure attenuation experiment is analyzed, and the characteristics and applicable range of three experimental analysis methods are summarized.
【學位授予單位】：西南石油大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TE37

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本文編號：1964035