柴达木盆地东部石炭系页岩气储层渗流特征研究

页岩气是一种潜在资源量巨大的非常规天然气资源,页岩气藏具有多尺度的孔渗结构及多种渗流形态,研究页岩气藏储渗特征能够为页岩气的勘探开发提供理论支撑。该研究选取了柴达木盆地东部石炭系克鲁克组与怀头他拉组的页岩钻井岩心共5个样品,应用氩离子抛光-扫描电镜实验与孔径分布测试(包括压汞法、氮气吸附法、二氧化碳吸附法)对页岩的孔隙结构特征进行定性定量测试。基于页岩气质量流量渗流模型,给出页岩表观渗透率与平均压力的关系。通过甲烷渗流模拟实验测定页岩的表观渗透率。从表观渗透率随平均压力的变化特征出发,分析页岩储层中的气体渗流规律。研究结果表明:页岩气的渗流形态包括滑脱流、扩散流及达西流。在低压情况下,渗透率低的页岩中以扩散流为主,其次为滑脱流。随渗透率的增大,渗流主要形式转变为滑脱流。当压力大于2MPa时渗流形态以达西流为主,滑脱与扩散行为不明显。研究区内页岩微孔与中孔发育较多,达西渗透率与大孔的孔隙体积相关性较大,扩散流对表观渗透率的贡献与50nm以下的孔隙孔体积比例有一定的相关性。低压下扩散流对表观渗透率的贡献较大,扩散流是一种非常重要的页岩气运移形式。

页岩气储层纳米级孔隙中气体的质量传输机理及流态实验

为了探究页岩气储层纳米级孔隙中气体的质量传输方式、机理、气体流态,以及页岩表观渗透率的合理表示方法,首先基于前人的研究成果,从微观和宏观的角度综合分析了页岩纳米孔隙中气体的质量传输机理;然后通过开展致密页岩中气体渗流实验,对纳米孔隙中气体的真实流态进行了分析,讨论了孔隙尺寸、压力等参数对页岩渗透率的影响;进而对不同页岩表观渗透率模型进行了比较,探讨了其合理的表示方法。研究结果表明:(1)页岩纳米孔隙中游离气质量传输方式主要为滑脱流、努森扩散及斐克扩散,吸附气质量传输方式主要为表面扩散,气体流态为滑脱流或过渡流,不存在连续流,并且孔隙越小、压力越低,滑脱流越弱,努森扩散越强;(2)在相同的实验条件下,Darcy渗透率最低,B-K表观渗透率和Civan表观渗透率非常接近,Klinkenberg表观渗透率居中,APF表观渗透率与Wu表观渗透率最高且出现了曲线交替;(3)在Wu表观渗透率中,滑脱流在滑脱区和过渡区都是气体质量主要的传输方式;(4)在APF表观渗透率中,滑脱流是滑脱区气体质量主要的传输方式,而努森扩散则是过渡区气体质量主要的传输方式。

页岩气在超低渗介质中的渗流行为

基于页岩气藏复杂孔隙结构和页岩气在纳米孔隙表面的滑脱和吸附-解吸附等现象,通过引入表观渗透率,修正Darcy渗流模型,得到了页岩气渗流本构方程.将计算结果与Darcy模型计算结果进行了比照,结果表明,在产量定常情形下,基于非Darcy渗流模型得到的井底压力高于Darcy流结果;Darcy流模型得到的压力衰减速度较快,改进后的渗流模型更能准确描述与表征页岩气渗流过程;研究结果可为页岩气藏的经营与管理提供基础参数.

低渗孔隙介质的渗透率应力敏感性及气体滑脱效应实验研究:以鄂尔多斯盆地延长组第7段泥/页岩为例

气体渗透率作为重要的孔隙介质属性,是页岩气开发的重要参数。在纳米孔隙介质中,气体渗透率很大程度上受分子滑脱效应的影响。当孔隙大小和分子自由程达到了可比较的程度,单个气体分子与孔壁之间的相互作用更加明显,气体传输不再遵循达西定律。本次研究采用压力脉冲衰减技术测量了鄂尔多斯盆地延长组第7段泥岩(YK-108)和页岩(YK-81)的气体渗透率,通过Klinkenberg校正求得了样品的固有渗透率,建立了样品的渗透率应力敏感性,定量表征了分子滑脱效应的相对贡献并探讨了其影响因素,最后讨论了地质条件下的分子滑脱效应及其地质意义。研究发现,矿物组成影响渗透率应力敏感性,分子滑脱效应对表观渗透率有显著贡献,测试样品中气体主要通过滑脱流和转换流传输,不属于达西流范畴。

柴达木盆地东部石炭系致密灰岩孔渗特征

碳酸盐岩储层孔隙系统复杂。对空隙结构特征、渗流机理的研究直接影响到油气资源的勘探和开采。本研究选取了柴达木盆地东部地区ZK5-2钻井中石炭系的5块致密灰岩样品,通过XRD、XRF技术对灰岩的矿物成分、化学成分进行定量测试;利用氦气双室法与孔径分布实验(包括压汞法、氮气吸附法、二氧化碳吸附法)确定灰岩的孔隙度与空隙的孔径分布;用CH_4、N_2、CO_2、He四种气体进行渗流实验确定灰岩的表观渗透率。研究结果表明:致密灰岩的表观渗透率与其孔隙度没有明显的关系。表观渗透率由达西流、滑脱流与扩散流三部分组成,表观渗透率大小按CH_4、N_2、CO_2、He的顺序依次增加,其中He所测得的表观渗透率明显高于其他三种气体。滑脱流对表观渗透率的贡献受到分子平均自由程与孔径的双重控制,当气体分子平均自由程与岩石内集中出现的孔径接近时,在这些相近孔径的孔隙中会出现明显滑脱现象,此时滑脱流将对表观渗透率产生较大的贡献。分子平均自由程较大的气体在致密灰岩中主要以扩散的形式运移。岩石孔径小于分子平均自由程的孔隙所占比例越大,扩散流对表观渗透率的贡献度越高。

纳米尺度下页岩气运移特征分析

研究表明,页岩气藏孔隙尺寸主要分布在2~20 nm之间,经典的达西定律已不能准确地描述气体在纳米孔隙中的运移行为.为此,基于表观渗透率的定义,考虑了页岩气藏在生产过程中吸附层及粘度变化的影响,建立了粘性流、滑脱流、过渡流及Knudsen扩散4种运移模式综合作用下的数学模型.模型研究结果表明,表观渗透率远大于达西渗透率,而且孔隙半径越小、压力越低,表观渗透率与达西定律的比值越大,滑脱流、过渡流及Knudsen扩散产生的流量所占的比例越大;温度的影响作用较小,可以忽略;孔隙越小,吸附层变化的影响作用越大,压力越小,粘度变化的影响作用越大.

Analytical solution of coal-bed methane migration with slippage effects in hypotonic reservoir

Using theoretical analysis, the single-phase gas seepage mathematical model influenced by slippage effects was established. The results show that the pressure of producing wells attenuates more violently than the wells without slippage effects. The decay rate of reservoir pressure is more violent as the Klinkenherg factor increases. The gas prediction output gradually increases as the Klinenberg factor increases when considering gas slippage effects. Through specific examples, analyzed the law of stope pore pressure and gas output forecast changing in a hypotonic reservoir with slippage effects. The results have great theoretical significance in the study of the law of coal-bed methane migration in hypotonic reservoirs and for the exploitation of coal-bed methane.