基于扩散的页岩气藏压裂水平井渗流模型研究

针对页岩储层纳米孔隙中天然气扩散作用对压裂水平井产能有多大影响这一问题,开展了渗流数学模型建立、求解及定量计算分析研究,研究中采用了三线性渗流机理、克努森扩散机理及扩散引起渗透率增加值公式,绘制了不同孔隙直径下克努森数与储层压力关系图版,得到了可用于实际生产预测的单井产能方程,从孔隙大小、储层压力、气藏深度等3个方面进行了扩散作用的分析,给出了页岩气藏生产过程中需要考虑扩散作用的各指标阈值。结果表明,在储层压力条件下,孔隙越小的储层,扩散作用对产能的影响越大,而对于较大孔隙的储层,当井底压力低于模型中计算出的阈值时,扩散作用就不应该被忽略。

半球谐振陀螺真空度要求分析

空气阻尼是影响半球谐振陀螺精度的重要因素,直接影响了其核心零件谐振子的品质因数Q。首先,根据半球谐振陀螺的工作原理和结构特点,研究了在不同真空度环境下、克努森系数Kn不同取值范围内空气阻尼对半球谐振陀螺的作用;进而,推导出相应的空气阻尼计算公式,计算出谐振子的Q值,得出了高精度谐振陀螺必须工作在Kn>10的分子流阶段,在此阶段Q值关于真空度的对数曲线等比例提高。最后通过某型半球谐振陀螺进行实验验证,实验结果与理论分析计算相吻合,验证了理论分析的正确性。为半球谐振陀螺的真空设计提供理论依据。

无机微孔膜传递特性的研究

分析了气体在无机微孔膜中的传递机理，利用渗透法原理建立了一套测量微孔膜传递性能的装置，用于测定渗透系数及努森系数。文中讨论了ＨａｇｅｎＰｏｉｓｅｕｉｌｅ方程、Ａｄｚｕｍｉ方程及Ｚａｖｉｓｋａ方程对无机微孔膜的适用性以及传递性能的测定原理和实验手段，测定的微米级范围的基质膜的努森系数在０．１～１．０之间。

页岩气表观渗透率与多流动机理及有效应力演化关系

由于多尺度孔隙存在纳米尺度到宏观尺度的过渡,气体在页岩中流动的主导机制会在达西流和努森扩散等运移机理之间发生转换,该现象结合页岩基质内的气体吸附作用使得页岩气渗透率的测算变得更为复杂。因此,在实验室尺度确定有效应力及气体运移方式对渗透率的综合影响力对实际页岩气开采中的渗透率及产量评估准确性有着不可忽视的影响。采用脉冲衰减渗透率测算法,在不同围压条件下,对氦气和二氧化碳在富含有机质的页岩薄片中的气体渗透率进行测量。结果表明:努森扩散作用在低孔压时对页岩气渗透率有显著的正面影响,其强度与孔压成反比。在较大围压作用下的高孔压下的超临界二氧化碳可导致页岩基质最大吸附量降低,进而增加表观渗透率。表观渗透率随着有效应力的变化在不同孔压区间有着截然相反的趋势,有效应力系数此时出现非单一值,其主要是由于孔压变化带来的气体流动机理变化而引起的。

基于煤孔隙构成的瓦斯扩散模型研究

为揭示煤孔隙结构对瓦斯扩散的微观作用机制,针对煤中瓦斯赋存形态和扩散形式多样性,构建多尺度孔隙介质瓦斯传质模型;基于煤孔径分布测试结果,采用赌轮盘算法随机生成符合其空间分布概率的随机数,通过插值近似反演,获得了煤孔隙空间分布模型。在此几何模型基础上,利用Comsol数值软件对扩散模型进行解算,并与粒煤解吸实验结果进行对比分析。结果表明,煤的扩散能力较差,曲折因子远大于其他多孔材料,曲折因子与孔隙率关系负指数为5.5左右时模拟结果与实测结果基本一致;随孔径变化,煤内部努森系数、扩散系数不同,并在解吸过程中发生变化,煤粒内部扩散以过渡型扩散为主;由单孔隙模型解析解所得煤粒整体的扩散系数与模型所得内部扩散系数量级相同,为10-9cm^(2)/s,但随解吸进行其变化趋势有差异。