考虑纳米孔隙特征的页岩气多级压裂水平井流固耦合模型
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摘要
我国的页岩气可采储量居世界第一,与常规天然气相比,页岩气开发具有开采寿命长和生产周期长等优点,能够长期地以稳定的速率产气,且清洁、高效,研究意义重大,作为非常规气藏的一种,页岩气的快速发展已经改变世界的能源格局。尽管得益于水平井和水力压裂技术的进步,页岩气的采收率有了显著的提高,但仍处于较低水平。这主要是由页岩气藏本身低孔隙度、低渗透率的物性特征决定的。页岩中存在大量微纳米孔隙,因其带来的尺度效应,达西定律已不适合描述页岩气的多尺度流动。根据努森数,页岩气在储层中的流动机理可分为四大类:努森扩散(K_n>10),过渡流(0.1产量预测的应用具有局限性。页岩气藏开采是页岩气与页岩多孔介质变形耦合作用的过程。随着页岩气的不断采出,储气层的孔隙压力不断下降,导致页岩储层的有效应力发生改变。而有效应力的改变必然会对储气层孔隙度和渗透率等产生影响,进而又使渗流过程发生改变。与常规油气藏相比,页岩储层的渗透率更低,开采过程中的流固耦合效应相对而言更为显著。因此,为对页岩气藏进行准确的数值模拟势必要考虑压力对孔隙度、渗透率等参数的影响,即孔隙度和渗透率等参数与压力的关系。页岩气产量的提高很大一部分都得益于水平井和水力压裂技术的突破,裂缝的间距、半长、宽度等参数对页岩气的产量都有显著影响。因此,水力压裂形成的裂缝的准确的建模对页岩气藏的准确的数值模拟意义重大。目前,裂缝模型主要包括双孔隙度模型、离散裂缝模型和对数间距、局部细化、双孔隙度(LS-LR-DK)模型等。本文将页岩气藏视为孔隙-裂缝双重介质,采用了适用于多尺度介质的气体运动方程,统筹考虑扩散、滑脱、解吸及渗流等多种质量传输形式,同时考虑页岩储层变形对页岩气渗流的影响,建立了考虑多种传质过程的多级压裂水平井流固耦合模型。运用有限元法求解储层位移场和压力场,分析了扩散因子、渗透率、裂缝半长以及原始地层压力分布等对页岩气产量的影响,所建模型对于页岩气藏的数值模拟具有一定的理论指导意义。
引文