發(fā)布時(shí)間：2020-05-21 18:02

【摘要】：我國具有非常豐富的頁巖氣資源,已成為世界上三大頁巖氣生產(chǎn)國之一。頁巖氣藏具有復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu),孔隙尺度跨越了12個(gè)數(shù)量級(jí)。多尺度的孔隙空間結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了多尺度的滲流過程,給頁巖氣藏經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)帶來了巨大挑戰(zhàn)。本文論文針對(duì)頁巖氣在儲(chǔ)層中多尺度、多場耦合的輸運(yùn)過程,開展了頁巖氣多尺度滲流模型研究。論文首先以掃描電鏡及CT實(shí)驗(yàn)圖像為基礎(chǔ),用四參數(shù)隨機(jī)生長法構(gòu)建了符合頁巖儲(chǔ)層多尺度孔隙結(jié)構(gòu)特征的數(shù)字巖心。然后在數(shù)字巖心的基礎(chǔ)上,應(yīng)用格子Boltzmann方法分別在納米尺度、孔隙尺度和REV尺度上模擬了頁巖氣微觀滲流過程,分析了影響頁巖巖心滲透率的主要因素,并對(duì)頁巖微觀視滲透率進(jìn)行了修正。最后在宏觀滲流模型中耦合了頁巖氣在不同尺度上的輸運(yùn)形式,建立了考慮微尺度效應(yīng)的頁巖氣藏多級(jí)壓裂水平井宏觀滲流模型,分析了儲(chǔ)層參數(shù)對(duì)壓力動(dòng)態(tài)的影響。本論文獲得的主要結(jié)論如下:模擬了納米尺度下頁巖氣在有機(jī)質(zhì)基質(zhì)中滲流過程,分析了Knudsen擴(kuò)散和表面擴(kuò)散的影響因素。頁巖有機(jī)質(zhì)基質(zhì)的Knudsen擴(kuò)散系數(shù)分布于10~(-9)~10~(-6)m~2/s;可以用Bruggeman方程估算有機(jī)質(zhì)基質(zhì)Knudsen擴(kuò)散系數(shù),其中參數(shù)α宜取1.25~1.72;有機(jī)質(zhì)基質(zhì)表觀滲透率與孔徑和Langmuir體積呈正相關(guān)關(guān)系,與壓力呈負(fù)相關(guān)關(guān)系;在強(qiáng)吸附情況下,表觀滲透率與Langmuir常數(shù)正相關(guān);在弱吸附情況下,表觀滲透率與Langmuir常數(shù)負(fù)相關(guān)。耦合頁巖氣多種流動(dòng)形態(tài),探究了孔隙尺度下頁巖氣微觀滲流機(jī)理。建立了非理想氣體格子Boltzmann方法表征真實(shí)氣體效應(yīng)對(duì)滲流的影響;結(jié)合分形方法和曲面邊界條件研究了粗糙孔隙中氣體滲流特征;耦合真實(shí)氣體效應(yīng)、粗糙效應(yīng)、滑移效應(yīng)和表面擴(kuò)散,推導(dǎo)了表觀滲透率與Knudsen數(shù)的關(guān)系式。研究結(jié)果表明在納米孔隙中需考慮氣體分子體積和氣體分子間作用力對(duì)滲流的影響;粗糙壁面一方面擾亂了流線,增大了滲流阻力,另一方面又減小了孔徑,促進(jìn)了滑移效應(yīng);有機(jī)質(zhì)粗糙孔隙中的表觀滲透率可表示成Knudsen數(shù)的二次多項(xiàng)式。模擬了REV尺度下頁巖多孔介質(zhì)中氣體滲流過程�；赒SGS法構(gòu)建了有機(jī)質(zhì)、無機(jī)質(zhì)和脆性礦物三相的數(shù)字巖心,分析了有機(jī)質(zhì)孔隙度和體積分?jǐn)?shù),粒間孔孔隙度和體積分?jǐn)?shù)對(duì)多孔介質(zhì)表觀滲透率的影響。建立了含有微裂縫的頁巖基質(zhì)數(shù)字巖心,研究了基質(zhì)孔隙度和壓力對(duì)滲流的影響。模擬結(jié)果表明多孔介質(zhì)表觀滲透率與有機(jī)質(zhì)體積分?jǐn)?shù)和孔隙度正相關(guān);粒間孔大大提升了多孔介質(zhì)的滲流能力。建立了考慮多尺度多場耦合輸運(yùn)過程的頁巖氣藏多級(jí)壓裂水平井宏觀滲流模型。模型考慮了考慮干酪根和有機(jī)孔中的擴(kuò)散流、無機(jī)孔中的滑脫流、基質(zhì)向次生裂縫的竄流和次生裂縫向壓裂裂縫的達(dá)西流,耦合了Knudsen擴(kuò)散、表面擴(kuò)散、滑移流、粗糙效應(yīng)和真實(shí)氣體效應(yīng)。進(jìn)行了壓力動(dòng)態(tài)分析,為頁巖氣壓裂水平井的開發(fā)提供了理論基礎(chǔ)。本論文模擬了頁巖氣在納米尺度、孔隙尺度和REV尺度下的微觀滲流,揭示了巖心結(jié)構(gòu)參數(shù)和流體參數(shù)對(duì)巖心滲透率的影響,建立了考慮多尺度微觀滲流機(jī)理的頁巖氣藏多級(jí)壓裂水平井宏觀滲流模型。對(duì)理解頁巖氣微觀滲流機(jī)理提供理論參考。
【圖文】：

1.4.1 研究思路利用四參數(shù)隨機(jī)生長法建立頁巖有機(jī)質(zhì)基質(zhì)多孔介質(zhì)。在數(shù)字巖心的基礎(chǔ)上模擬頁巖氣在納米尺度下的滲流過程，分析影響 Knudsen 擴(kuò)散和表面擴(kuò)散的主控因素，計(jì)算頁巖基質(zhì) Knudsen 擴(kuò)散系數(shù)和表觀滲透率。運(yùn)用非理想氣體的正則化格子 Boltzmann 模型表征真實(shí)氣體效應(yīng)。利用分形理論建立頁巖粗糙孔隙壁面。分別模擬頁巖氣在無機(jī)質(zhì)粗糙孔隙和有機(jī)質(zhì)粗糙孔隙中的滲流過程。耦合真實(shí)氣體效應(yīng)、粗糙效應(yīng)、表面擴(kuò)散效應(yīng)和滑脫效應(yīng)，討論粗糙壁面特征參數(shù)、壓力、溫度、孔徑和 Langmuir 參數(shù)對(duì)表觀滲透率的影響。以構(gòu)建的多組分?jǐn)?shù)字巖心為介質(zhì)模擬頁巖氣在 REV 尺度上的流動(dòng)過程，分析影響頁巖基質(zhì)表觀滲透率的相關(guān)因素討論基質(zhì)中各組分孔隙度和滲透率對(duì)基質(zhì)滲透率的影響。建立考慮頁巖儲(chǔ)層多尺度滲流規(guī)律的多級(jí)壓裂水平井宏觀滲流模型，分析微觀參數(shù)和儲(chǔ)層參數(shù)對(duì)頁巖氣井井底壓力的影響。1.4.2 技術(shù)路線

D2Q9：0 1 0 1 0 1 1 1 10 0 1 0 1 1 1 1 1c c 22 22 24 9, 01 9,31 36, 2ii i siccc c cc c ， D3Q19：0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 00 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 10 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1c c 22 22 22 9, 01 9,31 72, 3ii i siccc c cc c ，，
【學(xué)位授予單位】：中國石油大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TE312

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2674684