【摘要】：頁(yè)巖氣是一種主要以吸附態(tài)和游離態(tài)賦存于富含有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖及其夾層中的一種自生自儲(chǔ)的非常規(guī)天然氣。我國(guó)的頁(yè)巖氣資源量巨大,如何高效開(kāi)發(fā)頁(yè)巖氣藏對(duì)于保障我國(guó)能源安全、改善能源結(jié)構(gòu)以及保證經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有極其重要的戰(zhàn)略意義。北美頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)經(jīng)過(guò)幾十年的技術(shù)攻關(guān),使得三大關(guān)鍵工程技術(shù)中的水平鉆井和體積壓裂技術(shù)得到了空前的發(fā)展,但是在頁(yè)巖氣高效開(kāi)發(fā)氣藏工程領(lǐng)域,尤其是頁(yè)巖氣在儲(chǔ)層中的特殊滲流規(guī)律及復(fù)雜滲流機(jī)理的研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于開(kāi)發(fā)實(shí)踐。現(xiàn)有理論模型無(wú)法準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)壓裂裂縫特征、優(yōu)化壓裂參數(shù)、評(píng)估壓后產(chǎn)量以及確定原地物性參數(shù)等,這將會(huì)影響頁(yè)巖氣的高效開(kāi)發(fā)并制約其經(jīng)濟(jì)開(kāi)采。作為一類特殊的氣藏,頁(yè)巖氣藏?zé)o論是在成藏、賦存方式還是滲流機(jī)理方面都明顯異于常規(guī)氣藏。由于頁(yè)巖氣藏具有復(fù)雜的多尺度儲(chǔ)滲空間和多樣的賦存方式,必然導(dǎo)致氣體在流動(dòng)過(guò)程中具有相應(yīng)的多重滲流機(jī)制；此外,氣井在大型水力壓裂過(guò)程中往往會(huì)形成復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò),如何在滲流模型中對(duì)其進(jìn)行合理描述也非常復(fù)雜�？傊�,頁(yè)巖氣藏的滲流理論研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(jù)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層自身的儲(chǔ)滲特征,建立與之相適應(yīng)的不穩(wěn)定滲流數(shù)學(xué)模型。本文對(duì)考慮復(fù)雜滲流機(jī)理的頁(yè)巖氣藏壓裂井不穩(wěn)定滲流理論進(jìn)行了研究,研究主要內(nèi)容如下：(1)基于對(duì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層孔隙類型和結(jié)構(gòu)、氣體賦存方式以及運(yùn)移機(jī)制的研究,確定了描述頁(yè)巖氣多尺度運(yùn)移機(jī)理數(shù)學(xué)模型。(2)考慮氣體吸附解吸擴(kuò)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(zhì)宏孔隙的“擬三孔”模型；假定氣體在基質(zhì)納米孔隙中擴(kuò)散滿足Fick擴(kuò)散,建立了分別考慮擬穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散的“擬雙孔”和“擬三孔”改進(jìn)模型；考慮頁(yè)巖氣在納米孔隙介質(zhì)中滲流同時(shí)存在解吸、Knudsen擴(kuò)散、黏性流動(dòng)以及滑脫效應(yīng)等多重機(jī)制共同作用,建立了考慮天然微裂縫、基質(zhì)宏孔隙和基質(zhì)納米孔隙的綜合微.觀滲流數(shù)學(xué)模型。(3)基于格林函數(shù)和源函數(shù)的思想,針對(duì)建立的五種不同頁(yè)巖氣藏微觀滲流機(jī)理模型,創(chuàng)建并求解了圓形外邊界和矩形封閉外邊界頁(yè)巖氣藏中壓裂直井和多級(jí)壓裂水平井的不穩(wěn)定滲流數(shù)學(xué)模型,借助數(shù)值反演方法得到了不同井型對(duì)應(yīng)的無(wú)因次壓力和產(chǎn)量動(dòng)態(tài)曲線,研究并分析了頁(yè)巖氣吸附氣特性、儲(chǔ)層物性以及裂縫參數(shù)對(duì)氣井無(wú)因次擬壓力和產(chǎn)量動(dòng)態(tài)的影響。(4)考慮大型水力壓裂產(chǎn)生的縫網(wǎng),采用復(fù)合介質(zhì)模型創(chuàng)新性的建立了圓形和矩形邊界復(fù)合氣藏中直井和多級(jí)壓裂水平井不穩(wěn)定滲流物理模型,利用復(fù)合氣藏的連續(xù)線源函數(shù)和邊界元法求解了不同井型的滲流數(shù)學(xué)模型,采用數(shù)值反演方法繪制了相應(yīng)的無(wú)因次壓力和產(chǎn)量動(dòng)態(tài)曲線,研究并分析了縫網(wǎng)、裂縫和儲(chǔ)層物性等參數(shù)對(duì)氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的影響。(5)利用建立的模型,分析了壓裂縫網(wǎng)對(duì)頁(yè)巖氣藏壓裂直井和多級(jí)壓裂水平井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的影響,研究表明：吸附解吸氣主要影響氣藏開(kāi)發(fā)的中后期,氣井早期產(chǎn)量主要依靠自由氣；壓裂裂縫條數(shù)和縫網(wǎng)尺寸對(duì)頁(yè)巖氣藏氣井產(chǎn)量的影響有限,存在一個(gè)最優(yōu)的值；頁(yè)巖氣井產(chǎn)量的高低除了取決于三大工程技術(shù)外,還取決于儲(chǔ)層本身的物性好壞,因此應(yīng)當(dāng)優(yōu)先開(kāi)發(fā)對(duì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的甜點(diǎn)區(qū)域。(6)通過(guò)模型結(jié)果對(duì)比以及對(duì)一口實(shí)際頁(yè)巖氣井測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,驗(yàn)證了本文建立的理論模型的正確性和實(shí)用性。本文研究和取得的成果可為頁(yè)巖氣藏的高效、經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)提供理論指導(dǎo)。
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【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TE377;TE312
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本文編號(hào)：2421710