中间主应力系数对页岩气渗流特性及气体滑脱效应的影响

页岩气的渗流特性极大地影响着采收率,但对页岩气渗流特性的研究大多是在不同围压条件下开展的,其结果尚不能揭示中间主应力对渗透率的影响。因此,选用涪陵页岩气区块志留系龙马溪组页岩露头立方体岩石试件,采用自主研发的“多功能真三轴流固耦合试验系统”开展了页岩真三轴流固耦合试验,利用Klinkenberg方程拟合试验数据分析不同中间主应力系数对页岩气渗流特性和气体滑脱效应的影响。试验结果表明:①当偏应力较小时,中间主应力对页岩渗透率演化的影响较小,而当偏应力增加时,其影响越大且越不可忽略;②滑脱系数—固有渗透率的关系式与试验数据的拟合结果显示二者具有良好的相关性,可用于对同区块页岩滑脱系数的预测;③当偏应力小于或等于35 MPa时,滑脱效应贡献率保持在65%以上,表明此时滑脱效应主导着页岩中气体的渗流。

热流固耦合作用下滑脱效应对煤岩低温渗透性的影响

【目的】增加煤储层渗透性是提高煤层气采收率的关键技术,原位注热开采是强化煤层气开采的有效方法。【方法】为了探索热流固耦合作用下煤储层渗透率的变化规律,进行了不同埋深不同温度无烟煤渗流试验,并对结果进行理论分析研究。【结果】1)三维有效应力作用下,无烟煤渗透率随温度和孔隙压力的变化呈“V”形,具有明显的回弹现象,随埋深的增加而减小。当孔隙压力小于临界孔隙压力,温度小于70℃时,煤体渗透性主要取决于滑脱效应。当孔隙压力大于临界孔隙压力,温度大于70℃时渗透性主要取决于热膨胀和孔隙压力对裂隙的张开程度,热刺激对渗透率的影响远大于孔隙压力。2)临界孔隙压力介于1~1.5 MPa之间,滑脱效应随温度的升高对渗透率的影响在逐渐减小,而且影响减小的梯度随埋深的增加而增大。3)裂隙张开度系数随温度升高和埋深增加而增加,但温度越高,不同埋深下渗透性对孔隙压力作用的敏感程度变化越小。【结论】这些研究结果进一步丰富了原位注热开采煤层气理论,并对煤层气的强化增渗开采提供有价值的参考数据。

页岩纳米孔隙中滑脱效应及克努森扩散实验研究

页岩纳米孔隙中除达西流外,滑脱效应及克努森扩散也是页岩气的主要流动方式.查明其特征、变化趋势及影响因子对页岩气开采开发十分必要.本研究选取柴达木盆地东部石炭系5块页岩样品,测得TOC、R_(o)、孔径及矿物成分等物理化学性质.根据达西原理设计实验,结合质量通量模型和表观渗透率公式,得到达西流、滑脱效应及克努森扩散的渗透率贡献值、分配系数及质量通量随压力变化的趋势,分析物理化学性质影响.结果表明:滑脱效应的渗透率贡献值在压力较小时比例最大,后逐渐变小,质量通量变化不大;克努森扩散所占比例小,随着压力升高而下降;达西流产生的渗透率贡献值不变,所占比例及质量通量上升. TOC、R_(o)对真实地层中页岩气流动影响较大,矿物含量及孔径对渗流有直接影响.

低渗气藏气体渗流滑脱效应影响研究

低渗透气藏储层致密、渗透率极低、以微孔道为主,当气体在低渗孔隙介质中低速渗流时,气体渗流的主要物理特征是具有“滑脱效应”。为此,研究了具有滑脱效应的储层渗透率界限以及孔隙压力条件。通过对苏里格气田32块低渗岩心样品所进行的实验,探讨了低渗气藏天然气渗流规律。研究表明,当努森数介于0.1~1时,气体渗流不遵从克氏方程。实验结果还表明：克氏系数随储层渗透率的增大而减小,当储层渗透率大于0.1×10^-3μm^2时,气体滑脱效应可以忽略不计;克氏系数随平均孔隙压力的增大而减小,当孔隙压力大于1.5MPa时,气体滑脱效应也可以忽略不计。

页岩纳米孔隙气体流动的滑脱效应

页岩具有超低基质渗透率及纳米尺度的孔喉结构,天然气在页岩纳米孔隙中的流动不再遵循达西定律,受到较常规储层更加显著的滑脱效应影响,研究页岩纳米孔隙气体流动的滑脱效应,对于指导页岩气的压裂设计、产能预测、气藏数值模拟等都具有重要的意义。为此,在文献调研的基础上,分析对比了目前页岩中气体流动的多尺度流动规律,并着重分析了评价滑脱效应对气体在页岩中流动的影响规律,以及气体解吸对于页岩纳米孔隙滑脱效应的影响。结果表明:Klinkenberg方程无法准确地描述页岩的滑脱效应,孔隙尺寸越小,滑脱效应对于气体流动影响越大,且页岩受到滑脱效应影响的压力范围更大,这不仅仅局限于低压范围内,如果在页岩气产能预测与气藏数值模拟过程中,不考虑滑脱效应将会带来更大的计算偏差;有机质孔隙表面的气体吸附、解吸会改变气体的流动通道,对纳米孔隙中气体滑脱效应存在重要的影响;最后指出,多尺度流动效应和基于孔喉分布的应力—温度—流动耦合模型是页岩气储层渗流机理的下一步研究方向。

滑脱效应对页岩气井产能影响的分析

页岩气具有极低的渗透率且气井产能小,搞清滑脱效应存在条件及滑脱效应对气井产能的影响大小尤为重要。在物理模拟研究滑脱效应的基础上,根据页岩气开发特征,建立了考虑人工压裂和气体滑脱效应的气井产能公式,研究了不同储层压力条件下滑脱系数对于气井产能和生产压差的影响程度。结果表明:页岩储层在孔隙压力较低(小于10 MPa)的情况下,气体渗流存在较强的滑脱效应,而在孔隙压力较高的情况下气体滑脱效应不明显;浅层页岩气储层滑脱效应对气井产能和生产压差影响很大;中深层页岩气储层滑脱效应对于气井产能和生产压差存在一定程度的影响;深层页岩气储层滑脱效应对于气井产能和生产压差的影响可以忽略不计;压裂井无阻流量约是直井无阻流量的5.5倍。该研究成果对于页岩气储层的合理、有效开发具有一定的指导意义。

考虑滑脱效应的页岩气压裂水平井产能评价理论模型

水平井多级压裂和储层低孔低渗特性使页岩气呈现长期的瞬态线性流,吸附气的解吸和纳米级基质孔隙中气体的滑脱效应使页岩气藏的产气规律不同于常规气藏。基于瞬态线性流和吸附气解吸的特点,考虑基质孔隙中气体的滑脱效应,建立并求解页岩气多级压裂水平井产能评价模型。在此基础上,通过数值反演和计算机编程绘制页岩气多级压裂水平井产量典型曲线,总结出页岩气多级压裂水平井包含裂缝线性流、双线性流、基质线性流和边界效应4个流动阶段。参数敏感性分析发现储容比、窜流系数、气藏尺寸对典型曲线的影响较大。通过分析滑脱效应对产能的影响,得到滑脱效应考虑与否的判定图版,对页岩气产能模型的选择具有指导意义。

考虑滑脱效应的低渗低压气藏的气井产能方程

考虑了气体在低渗低压气藏中的滑脱效应,定义了考虑滑脱效应的滑脱表皮系数(S滑脱),建立了形式简洁的气井产能方程。S滑脱介于-1～0之间,即滑脱效应可以增加气井产能。在已知其他参数的条件下,只需计算出S滑脱就可以确定出存在滑脱效应的气井产能。由于实际气藏往往会表现出其他非线性渗流特征(如启动压力梯度效应和高速非达西效应),因此实际应用时还需要考虑这些因素。现场实例分析表明:对于存在滑脱效应的低渗气藏气井而言,用该新的产能公式计算出的产能大于用常规产能公式计算出的产能,且与实际产能比较吻合,表明了公式的正确性和适用性。

滑脱效应影响的低渗储层煤层气运移解析分析

采用理论分析方法建立了滑脱效应影响的低渗透储层煤层气运移的数学模型,得到了有限长煤层气体稳态流动的采场压力分布解析式;无限长煤层和球向坐标煤层气体瞬态流动的采场压力分布解析式和相应的产量预测公式。通过具体矿区实例分析了抽采过程中低渗透储层滑脱效应影响的采场压力变化规律和气体产量预测规律。

考虑滑脱效应的低渗透气藏压裂井产能分析

大量渗流实验证实,在一定的条件下,气体在低渗透气藏中渗流时会受到滑脱效应的影响。针对均质等厚低渗透气藏的一口压裂气井,应用保角变换原理,将求解垂直裂缝气井产量问题转化为简单的单向渗流问题。考虑二项式渗流效应、滑脱效应的影响,推导出低渗透气藏压裂井产能方程。对不同程度滑脱效应影响下的各流入动态曲线进行对比分析。结果表明:在低流压阶段,随着滑脱系数的增大,压裂气井的产量越来越大。该研究对低渗透气藏低压生产阶段压裂气井的产能计算及动态分析具有现实意义。

滑脱效应和启动压力梯度对低渗透气藏水平井产能的影响

针对低渗透气藏,在考虑滑脱效应和启动压力梯度的条件下,利用保角变换和镜像反映方法推导水平井产量计算模型,比较滑脱效应和启动压力梯度对水平井产能的影响并分析压力平方差对采气量和采气指数的影响.结果表明:启动压力梯度对水平井产量的影响呈近似下降趋势,滑脱效应对水平井产量的影响呈近似上升趋势;开发初期,启动压力梯度影响大于滑脱效应影响,开发后期,滑脱效应影响大于启动压力梯度影响.

致密岩石气体渗流滑脱效应试验研究

由于致密结构和低的渗透率,气体在孔隙喉道小的致密岩石中流动会受到滑脱效应的影响。以湖南某试验场地致密砂岩为研究对象,对岩样进行了微观结构的SEM分析,通过一系列围压和孔隙压力作用下的砂岩气体流量和渗透率测试,研究气体在致密岩石中渗流特征,证明了致密砂岩气体流动存在滑脱效应现象,其渗流不符合Darcy定律。分析了孔压对滑脱效应的影响、滑脱效应对气测渗透率的影响以及滑脱因子与绝对渗透率的函数关系。研究结果表明,滑脱效应对气测渗透率的影响随着围压和气体孔隙压力的变化有所不同。同等围压下,孔隙压力越小,滑脱效应越明显,导致气测渗透率大于砂岩绝对渗透率。同等孔压下,当围压达到某一值后,其对滑脱效应的影响有限,同时也说明围压对岩石的压密是有限的。砂岩的平均气体孔隙压力与气测渗透率关系更加符合二次项曲线方程。计算获得的克努森数Kn说明了在相对高的围压和低的孔隙压力条件下,气体渗流过程位于滑脱流和过渡流之间,传统的N-S方程可能不再适用,应用Knudsen扩散方程更加合理,特别是当克努森数Kn比较高时。

考虑滑脱效应的页岩气井底压力特征

为了掌握页岩气的井底压力特征,进行页岩气的高效开发,对页岩气的渗流机理进行了研究。借鉴适用于非常规煤层气的双孔模型,在考虑页岩气滑脱效应的条件下,建立了页岩气在双孔介质中渗流的数学模型,给出了相应的有限差分的数值模型。通过编程求解,模拟了不同朗格缪尔(Langmuir)体积、裂缝与基质渗透率比值、滑脱因子下的井底压力响应。研究表明:①页岩气的解吸附不能忽略,且朗格缪尔体积越大,井底压力下降越慢,越晚探测到地层边界;②在页岩气开采过程中,必须尽可能降低裂缝与基质渗透率的比值,以实现气井稳定生产;③滑脱因子越大,井底压力下降越慢。

考虑压敏和滑脱效应的低渗透气藏渗流规律研究

在油气藏开采过程中,由于地层压力的下降,储层在有效应力的作用下就会发生变形,引起渗透率的变化。文中通过实验研究了天然岩心孔隙体积、孔隙度、克氏渗透率、空气渗透率、岩石压缩系数与净围压的关系。实验结果表明,随着净围压的增加,孔隙体积和孔隙度逐渐减小。但净围压较大时,孔隙度和孔隙体积的下降幅度减小。通过实验测得的克氏渗透率与空气渗透率两组数据可以看出,克氏渗透率小于空气渗透率,说明低渗气藏的确存在滑脱效应,而且滑脱效应受净围压的影响。压缩系数随着净围压的增大而减小,且下降幅度越来越小,这与孔隙压缩规律相似。在此基础上,经理论推导给出了考虑气体滑脱效应和压敏效应的渗流方程。

基于格子Boltzmann方法的页岩气藏气体滑脱效应分析

页岩气藏纳米尺度孔隙发育,气体渗流规律受滑脱效应影响显著。当气体在纳米孔隙中渗流时,基于连续介质建立的常规渗流模型已不能准确模拟页岩气微观渗流特征。为了达到提高页岩气藏产能预测精度、指导压裂施工设计的目的,必须准确分析页岩气藏气体滑脱效应。利用格子Boltzmann方法,建立页岩气渗流模型,确定反弹—镜面组合边界条件,对页岩气藏气体滑脱效应进行模拟分析。结果表明:孔隙直径和努森数是表征页岩气藏气体滑脱效应强度的决定性参数;孔隙壁面附近气体滑移速度沿孔隙通道呈近似线性缓慢增长,在出口端增幅加剧,该现象验证了气体压缩效应及稀薄效应理论;气体滑移速度会随努森数的增加而增大,气体渗流进入滑移区后滑移速度增幅加剧,基于连续介质方程建立的模型局限性更加凸显;页岩储层表观渗透率会随努森数的增加而显著增大,当努森数大于0.1后,Klinkenberg模型不能精确表征气体滑脱效应。

裂缝参数对考虑滑脱效应页岩气水平井产能的影响

低渗透页岩气藏中,气体渗流时会受滑脱效应的影响。建立了考虑滑脱效应的气、水两相页岩气藏渗流数学模型,并建立了理想地质模型,采用数值模拟方法,研究了水力压裂的不同裂缝参数对水平井产能的影响。模拟结果表明:裂缝条数、长度和间距是影响页岩气井产能的重要参数,而裂缝宽度和渗透率对产能的影响相对较弱;页岩气井的产能随着裂缝条数和裂缝长度的增加而增大;水平井的水平段长度及裂缝条数一定时,可通过增大裂缝间距来减少裂缝间的相互干扰。

滑脱效应对气井产能评价的影响

低渗低压气藏存在滑脱效应,但在气井产能试井及解释过程中一般考虑得较少,可是在某些特低渗低压情况下,滑脱效应的影响却不可忽略。因此,通过引入常规气井产能方程,建立了考虑滑脱效应的稳态和拟稳态气井产能方程,并在此基础上分析了滑脱效应对气井产能曲线的影响,同时给出了考虑滑脱效应时产能试井资料处理的新方法,并以实际产能试井资料为例,研究了滑脱效应对气井产能的影响程度。结果表明:滑脱效应是造成气井产能曲线上升缓慢甚至出现负斜率的一个因素,当滑脱效应影响因子大于0.05时,滑脱效应对气井产能评价引起的误差超过5%。考虑滑脱效应的产能评价新方法的建立,提高了低渗低压气井产能评价的精度,有利于气井合理有效配产,对气藏开发具有积极作用。

考虑滑脱效应的煤层气渗流数学模型及数值模拟

在千米深度下赋存煤层气的煤层处于高地层压力作用,因此可认为是致密的多孔介质。煤层的渗透率低,对于致密的多孔介质渗流,滑脱效应将十分显著。据此,建立了低渗透率情况下考虑高地层压力作用和滑脱效应的煤层气渗流数学模型,并采用有限元方法对建立的数学模型进行了数值求解;比较低渗透率情况下考虑高地层压力作用的滑脱流和原有的达西流对压力分布的影响。建立的煤层气滑脱数学模型为研究煤层气非线性渗流问题奠定基础,对高地层压力作用下低渗透率储层的煤层气产量估算具有重要的理论价值。

滑脱效应影响的低渗煤层气运移实验研究

我国煤层普遍属于低渗透煤层,特别是晚古生代煤层的渗透率小于1毫达西大约占70%,其中煤层埋深在1000m以下的储量就有2.95万亿吨,占我国煤炭资源总量的53%。大量的煤层气资源贮存于千米以下,千米深度下的煤层要受到高地应力作用,是致密的多孔介质,对于致密的多孔介质中的渗流,气体滑脱效应十分显著。而滑脱效应的研究对搞清低渗透煤层气渗流的机理有重要作用,因此,采用实验手段研究了不同矿区低渗煤样的渗流规律;分析了围压、孔隙压对低渗煤样气体滑脱效应的影响情况;得到了低渗煤样气体滑脱效应的新的理论公式。为搞清煤体内部结构特性和煤层气在煤层中的滑脱流动机理奠定了基础,对实现低渗储层煤层气工业化开采具有重要的理论价值。

低渗气藏滑脱效应研究现状及认识

滑脱效应作为影响低速渗流规律的一个重要因素,已引起人们的重视。国内外学者在滑脱效应影响因素及受滑脱效应影响的渗透率参数测量方面进行了大量的研究,但是研究结论仍然存在分歧。概述了目前国内外在滑脱效应方面的研究工作,提出了现存的问题,对研究低渗透气藏的低速渗流规律及准确测定低渗气田开发中相对渗透率等参数有一定的指导意义。