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页岩气井产能评价及数值模拟研究

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导师姓名
郭肖
学科专业
油气田开发工程
文献出处
西南石油大学   2015年
关键词
页岩气论文  滑脱效应论文  渗流模型论文  产能论文  数值模拟论文
论文摘要

页岩气在双重介质中的流动是一个复杂的多尺度流动过程,运移产出机理特殊,对渗流过程的数学表征也更为复杂。目前国内外所建立的渗流模型对页岩气的渗流过程表征不够完善和准确,大多数两相流模型都没同时考虑气体滑脱效应和页岩气吸附对流体渗流规律的影响,这在很大程度上都降低了模型在描述流体渗流过程上的准确性。大量实验和理论研究也证实了,气体滑脱效应和页岩气吸附对储层中流体的运移过程有着重要影响。因此,建立考虑解吸、扩散、渗流和滑脱效应全过程的页岩气藏单井渗流数值模型,对指导单井产能影响因素分析和气藏数值模拟研究具有重要意义。本文通过大量文献调研,认识分析了页岩气的储层特征、赋存方式和运移产出机理,建立了页岩储层三维气—水两相渗流数学模型,并利用数值模拟方法求解建立了水平井开采页岩气的数值模型;利用商业数值模拟软件Eclipse2011对页岩气井的生产动态进行了模拟和分析,在此基础上研究了滑脱效应和吸附气对页岩气藏水平井产量的影响,并对影响页岩气井产量的参数进行了敏感性分析。通过以上研究工作,本文主要取得了如下几点研究成果:(1)通过对页岩气的储层特征、赋存方式和运移产出机理等方面的认识,基于数值模拟和多相流体渗流理论,建立了考虑解吸、扩散、渗流和气体滑脱效应的双重介质页岩储层三维气—水两相渗流数学模型,利用数值模拟方法得到了水平井开采页岩气的数值模型,并对数值模型进行了迭代编程求解;(2)在对数值模型进行编程求解的基础上,研究了滑脱效应对渗透率的影响,渗流过程中滑脱效应的强弱很大程度上取决于储层孔隙压力的大小,储层孔隙压力越小,滑脱效应越明显,页岩储层裂缝孔隙中存在明显的滑脱效应;并对天然裂缝渗透率、Langmui3压力常数Langmuir体积常数和水平井水平段长度等参数进行了敏感性分析;(3)利用商业数值模拟软件Eclipse2011建立了考虑滑脱效应和气体吸附—解吸的页岩气分段压裂水平井模型,并对气井的生产动态进行了模拟和分析;滑脱效应有利于页岩气水平井中后期产量的提高,页岩气井的产量是游离气运移和吸附气解吸共同作用的结果,在页岩气的开发生产过程中不能忽略滑脱效应和吸附气的影响;(4)在商业数值模拟软件Eclipse2011所建模型的基础上,对影响页岩气井产量的多种参数进行了敏感性分析;页岩储层的岩石压缩系数的变化对气井产气量的敏感性很弱;基质系统内气体的扩散、等温吸附规律和吸附气含量对气井中后期的产量影响较大;天然裂缝渗透率、压裂裂缝导流能力、裂缝间距和裂缝半长的变化对页岩气藏水平井的产气量影响很大,敏感性很强。

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摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 本文研究目的及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 页岩气开发利用现状

1.2.2 页岩气渗流特征研究现状

1.2.3 页岩气产能评价研究现状

1.2.4 页岩气数值模拟研究现状

1.3 主要研究内容及技术路线

1.3.1 主要研究内容

1.3.2 技术路线图

第2章 页岩气的储层特征、赋存方式及运移机理

2.1 页岩气的储层特征

2.1.1 页岩的岩石矿物特征

2.1.2 页岩的有机质特征

2.1.3 页岩的物性特征

2.1.4 页岩储层的储集空间特征

2.2 页岩气的赋存方式

2.2.1 页岩气的赋存形式

2.2.2 页岩气赋存方式的影响因素

2.3 页岩气的运移产出机理

2.3.1 页岩气的解吸附机理

2.3.2 页岩气的扩散机理

2.3.3 页岩气的达西渗流

2.3.4 页岩的气体滑脱效应及实验

第3章 页岩气藏气—水两相渗流数学模型

3.1 模型假设条件

3.2 裂缝系统气—水两相渗流数学模型

3.2.1 气相渗流方程

3.2.2 水相渗流方程

3.2.3 辅助方程

3.3 基质系统中气体的运移方程

3.4 模型的定解条件

3.4.1 初始条件

3.4.2 边界条件

第4章 页岩气藏水平井开采数值模拟研究

4.1 有限差分法介绍

4.1.1 离散化概念

4.1.2 网格系统

4.2 三维数值模型的建立

4.2.1 裂缝系统两相连续性方程的差分处理

4.2.2 基质系统气体扩散方程的差分处理

4.2.3 定解条件的差分处理

4.3 数值模型的求解

4.3.1 裂缝系统中气相压力求解

4.3.2 裂缝系统中气、水相饱和度求解

4.3.3 基质系统中气体压力与浓度求解

4.4 参数处理

4.5 水平井开采数值模拟结果及分析

4.5.1 数值模拟基本参数

4.5.2 数值模拟结果及分析

4.6 本章小结

第5章 页岩气藏水平井开采动态数值模拟应用研究

5.1 数值模拟器的选择

5.2 分段压裂水平井开采动态数值模拟研究

5.2.1 模型的建立

5.2.2 页岩气井开采动态模拟

5.2.3 滑脱效应对页岩气井产量的影响

5.2.4 吸附气对页岩气井产量的影响

5.3 影响页岩气井产能因素的敏感性分析

5.3.1 天然裂缝渗透率对气井产量的影响

5.3.2 岩石压缩系数对气井产量的影响

5.3.3 气体扩散系数对气井产量的影响

5.3.4 基质—裂缝耦合因子对气井产量的影响

5.3.5 Langmuir压力常数对气井产量的影响

5.3.6 Langmuir体积常数对气井产量的影响

5.3.7 分段压裂裂缝间距对气井产量的影响

5.3.8 分段压裂裂缝半长对气井产量的影响

5.3.9 分段压裂裂缝导流能力对气井产量的影响

5.4 本章小结

第6章 结论及建议

6.1 结论

6.2 建议

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果

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