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页岩裂缝和孔隙中气体运移方式评价及确定_图文

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2014年8月第33卷第4期大庆石油地质与开发20143 0.3969/J.000.3754.2014.04.034页岩裂缝和孔隙中气体运移方式评价及确定张 磊1 石军太2 杨先伦1 李 娜1 高 潮1 李相方2(1.延长石油(集团)有限责任公司研究院,陕西西安710075;2.中国石油大学石油工程学院,北京102249)摘要:页岩气储层为双重介质结构,包含裂缝系统和基质孑页岩中,裂缝从微米级到毫米级变化,基质孔隙则为纳米级。不同级别储集空间的发育导致页岩气的运移方式异于常规气藏,其过程是一个包含从宏观尺度到分子尺度的复杂运移过程。为深入了解页岩气运移方式,采用多孔介质中气体运移方式划分原理,利用页岩气的分子平均自由程出发,计算页岩气在不同温度和压力下的分子平均自由程,结合裂缝和基质孑别计算裂缝和基质孔隙的定了裂缝中页岩气存在达西流(非达西流)和滑脱流2种运移方式,基质孔隙中页岩气则可能存在达西流(非达西流)、滑脱流和过渡流3种运移方式。通过绘制临界立双对数的页岩气运移方式判定图版,运用该图版可以判断不同压力和孔隙直径下的页岩气运移方式,为准确认识页岩气的运移方式提供了理论依据。关键词:页岩气;裂缝;基质;孔隙;运移方式;评价;确定图版中图分类号:献标识码:A 文章编号:1000—3754(2014)04.0166—05I I . 10075,. 02249,is by n to in is of of in is a to n to of of in of by of of of of of 013—08—20 改回日期:2013—10—20基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)课题(2013陕西省科技统筹创新工程项目(20123—01);陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院青年基金项目(作者简介:张磊,男,1987年生,硕士,主要从事非常规气藏渗流机理及产能评价研究工作。E—26.磊等:页岩裂缝和孔隙中气体运移方式评价及确定 ·167·in of be of in of of be of be of ey 全球范围内造成了一场“页岩气革命”¨j,中国的页岩气资源丰富且分布广泛心o,据估计中国页岩气可采资源量为36×1012着巨大的勘探开发潜力[3页岩气的运移机理是进行产能预测、生产动态分析和合理配产的基础,同时也是编制和调整页岩气开发方案的主要依据,对页岩气开发来说,准确认识页岩气运移机理至关重要。页岩气的运移是一个包含从宏观尺度到分子尺度的多尺度复杂运移过程一J,其尺度可分为宏观尺度、中尺度的微裂隙网格、微观尺度下纳米孔隙网格、纳米孔表面尺度和干酪根/黏土内部分子尺度5种类型。国内外大量学者对页岩中气体的运移机理进行了大量的研究。8。1”。本文从页岩储集空间尺度和压力特征出发,结合页岩气分子平均自由程,采用多孑页岩气在基质孔隙和裂缝系统中的运移机理进行研究。1页岩储集空间尺度及压力和温度特征1.1裂缝尺度特征聂海宽和张金川I¨9。在2011年通过对四川盆地的页岩进行研究,将页岩的裂缝分成了从微型裂缝到巨型裂缝5类,裂缝尺度大小从10¨峰。20。在2013年通过实验研究四川盆地的页岩得到页岩中的微裂缝长度一般为5.5~12“m,裂缝问距一般可达到50 很少有裂缝能延伸至整个切片表面;韩双彪。21。在2013年通过实验研究渝东南地区的页岩得出页岩中的微裂缝一般发育在基质中,延伸长度较大,宽度能达到微米级。综合国内学者的研究成果可以看到,页岩中裂缝的尺度范围跨度较大,从微米级到毫米级。1.2基质孔隙尺度特征.2。在1991年提出5 1992年提出埋深在4 400—5 600 ~11.5 M¨4 000 P[25]在2009年验证了 虻在2009年通过实验检测到页岩的最&5 约是水分子和甲烷分子的10倍,而检测到的页岩最大孔喉直径为100 首次用原子力显微镜检测到了的页岩中的纳米孔隙和纳米槽。综合国外学者的研究成果可以得到,页岩的基质孑.3页岩储集层压力和温度特征根据北美5大页岩气盆地的资料‘28。统计显示,页岩气藏的原始地层压力为2.07~27.58 中始地层压力为20.68~27.58 始地层压力为2.07~4.14 岩气藏的储层温度为305~436 K。2页岩气分子平均自由程气体分子平均自由程心9。的定义为A 2瓦k.磊T (·)式中A——气体分子平均自由程,m;Bo—于1.380 5×10;卜温度,K;p——压力,m——气体分子碰撞直径(有效直径),m。假设页岩气中各组分的摩尔分数。7 以看到,页岩气各组分的碰撞直径不同,按照摩尔分数进行加权平均后得到页岩气的平均气体分子碰撞直径为0。41 尔质量为19.5 g/方数据·168· 大庆石油地质与开发表1 页岩气的分子碰撞直径 of )可以看出算在不同温度和压力下的页岩气分子平均自由程,计算结果如图1所示。—00K∥ of 1)温度对页岩气分子平均自由程影响不大;(2)压力对页岩气分子平均自由程影响很大;(3)当压力小于10 随着压力的减小急剧增加;(4)当压力大于10 值小于1,且随着压力的增加,多子34年定义了 (2)式中—一踟[3叫等人在2003年提出利用于不同的阶段,气体运移遵循不同的控制方程(图2)。当这一流动区域中,气体分子间的碰撞已不再重要,气体分子与孔隙壁面间的相互碰撞成为影响气体流动的主要因素,气体流动只满足这个阶段页岩气的运移方式为纯粹的页岩气运移方式确定4.1裂缝系统中页岩气运移方式页岩裂缝的尺度从微米级到毫米级,假设页岩裂缝的尺度大小为1~100¨m;页岩气藏的储层温度一般都大于350 K,由气体分子平均自由程分析结果可知温度对气体分子平均自由程影响不大,因此假设页岩裂缝中温度恒定为350 K;页岩气藏的原始地层压力2.07—27.58 设页岩裂缝中压力为1~100 算页岩裂缝中的页岩气分子平均自由程为0.006 47~6.469 51 而计算页岩裂缝中的69 25×10—8~6.469 51×10—3。根据多孔介质中气体运移方式划分原理可知,裂缝中存在2种运移方式:达西流(非达西流)和滑脱流。与此同时,计算结果显示当裂缝中的压力小于1 缝中的对实际的页岩气藏而言,裂缝中的压力不可能小于1 说明,页岩气在裂缝中的运移方式为连续介质流动,页岩裂缝中不存在过渡流和.2基质孔隙中页岩气运移方式假设页岩基质孑,孑 000 力为1~100 算得到基质孔隙中页岩气分子平均自由程为0.006 47~6.469 51 69 52×10~~6.469 517。根据多孑岩基质孔隙中气体的运移方式主要为达西流(非达西流)、滑脱流和过渡流。与此同时,计算结果显示在纳米级页岩基质孔隙范围内,当压力小于1 岩气的运移方式才能变为自由分子流动,而实际的页岩气藏压力不可能小于1说明对实际的页岩气藏而言,页岩气以纯粹的.3页岩气运移方式判定图版对于不同的尺度和压力情况,页岩气的运移方式并不确定,因此需要进行判断。在1—100 米级基质孔隙中存在2个临界10~,微米级裂缝中存在1个临界1)取临界值0~,得到公式A=0.1 d,由此得到当0叫时一0卫一1’ 压"d(2)取临界值0一,得到公式A=0.001d,由此得到当0‘3时 ,卫:103上上f4)可警)和式(4),计算得到不同p/到双对数形式的页岩气运移方式判定图版(图3)。,警晒叟≤01 102 103 104 105d/ of 05 中1~103 03~105 双对数图版可知,在1~100 米级基质孔隙和微米级裂缝中存在2条条曲线将图版分成了3个区域,同一个区域内的气体具有相同的运移机理。其中达西流)区域,位于曲线0。右边;Ⅱ区为滑脱流区域,位于曲线0。3与曲线0叫中间;于曲线Kn=结 论(1)页岩气的运移是一个包含从宏观尺度到万方数据·170· 大庆石油地质与开发 2014正分子尺度的多尺度复杂运移过程,采用多孑米级到毫米级裂缝中的页岩气存在2种运移方式,即达西流(非达西)和滑脱流,裂缝中不存在过渡流和2)利用多孑米级基质孔隙中的页岩气存在3种运移方式:达西流(非达西)、滑脱流和过渡流。对于实际的页岩气藏,页岩气以纯粹的3)通过计算临界立了双对数形式的页岩气运移方式判定图版,运用该图版,可以判断不同压力、温度和孔隙直径情况下页岩气的运移方式。参考文献:[1]张磊,李相方,徐兵祥,等.考虑滑脱效应的页岩气压裂水平井产能评价理论模型[J].大庆石油地质与开发,2013,32(3):157.163.[2]孙赞东,贾承造,李相方,等.非常规油气勘探与开发[M].北京:石油版社,201l:8653]江怀友,宋新民,安晓璇,等.世界页岩气资源勘探开发现状与展望[J].大庆石油地质与开发,2008,27(6):104]李武广,鲍方,曲成,等.翁氏模型在页岩气井产能预测中的应用[J].大庆石油地质与开发,2012,3l(2):98—101.[5]关富佳,吴恩江,邱争科,等.页岩气渗流机理对气藏开采的影响[J].大庆石油地质与开发,2011,30(2):806]杨升宁,张金川.页岩油及其特征[J].大庆石油地质与开发,2012,31(5):477],,.in ].007,46(10):558],,,et of ]. 23057,2009.[9],,,et of a ].002.[10],.in ].24253,2009.[11],.].011.[1 2].&M 013.[13] A, J P, J.of in ].9313,1989.[14],,,et P/se ].09625,2007.[1 5]A.010.[1 6]A..D ].41058,2011.[1 7].8]J].009,48(8):16.21.,,,et of in ].21290,2009.[19]聂海宽,张金川.页岩气储层类型和特征研究——以四川盆地及其周缘下卉生界为例[J].石油实验地质,201】,33(3):219—225.[20]杨峰,宁正福,胡昌蓬,等.页岩储层微观7].石油学报,2013,34(2):30121]韩双彪,张金川,.页岩气储层7渝东南下古生界为例[J].地学前缘,2013,20:1—7.[22].to ].991,39(4):355.361.[23] J.of ].992:92—1.[24] M.in ].007,39(6):358.[25]F.P..M..et ].24253,2009.[26] H.in ].009,93(3):32927].J].009,48(8):16.21.[28].].002,86(11):1921—1938.[29].A.,.A..,to ].B,1 984.[30],, F,et mi—].of 003,93(8):4870—4879.编辑:邵宪志万方数据页岩裂缝和孔隙中气体运移方式评价及确定作者: 张磊, 石军太, 杨先伦, 李娜, 高潮, 李相方, 张磊,杨先伦,李娜,高潮,I 长石油(集团)有限责任公司研究院,陕西西安,710075), 石军太,李相方,I 国石油大学石油工程学院,北京,102249)刊名: 大庆石油地质与开发英文刊名: (期): 2014,33(4)被引用次数: 4次参考文献(30条)相方,徐兵祥,石军太,龚崛,张保瑞 考虑滑脱效应的页岩气压裂水平井产能评价理论模型[期刊论文]013(03)承造,李相方,]油工业出版社,2011:865新民,安晓璇,齐仁理,孔强,彭仕宓 世界页岩气资源勘探开发现状与展望[期刊论文]008(06)方,曲成,杨胜来,孙晓旭 翁氏模型在页岩气井产能预测中的应用[期刊论文]012(02)恩江,邱争科,常铁龙 页岩气渗流机理对气藏开采的影响[期刊论文]011(02)金川 页岩油及其特征[期刊论文]012(05),,in ]007,46 (10):55,,,et in of ]23057,,,,et of a ]002. ,in ]24253,2009. ,]44031,2011. &M 013. A, J P, of in ]989. ,,,et P/of ]09625,2007. 010. ]41058,2011. J]009,48(8):16,,,et of in ]21290,2009. 金川 页岩气储层类型和特征研究刊论文]011(03)正福,胡昌蓬,王波,彭凯,刘慧卿 页岩储层微观孔隙结构特征[期刊论文]013(02)金川,恕,李婉君,陈前,王鹏 页岩气储层孔隙类型及特征研究:以渝东南下古生界为例[期刊论文]013(03)]991,39 (4):355 of of ]992:92 in ]9 (6):358. ]24253,2009. in ]009,93 (3):J]009,48(8):16]002,86 (11):1921..,to ]B,1984. ,, F,et ]of 003,93 (8):48702003引用本文格式:岩裂缝和孔隙中气体运移方式评价及确定[期刊论文]014(4)
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