• / 7
  • 下载费用:3 下载币  

页岩气的生产机理及影响因素分析_姜瑞忠1_汪洋1_刘海成2_何伟1_张建国1

关 键 词:
页岩 生产 机理 影响 因素 分析 姜瑞忠 汪洋 刘海 建国
资源描述:
______________________________________ 收稿日期: 20130718;改回日期: 20131027 基金项目: 国家重大专项“ 大型油气田及煤层气开发科技重大专项 ”之 “特低渗油藏有效开发技术”( 2011,国家重大专项“薄互层低渗透油藏先导试验区块开发技术政策研究”( 2011 作者简介: 姜瑞忠( 1964-),男, 教授, 博士生导师 , 1987 年毕业于西南石油学院油藏工程专业, 2002 年毕业于西南石油大学油气田开发工程专业 ,获博士学 位 ,现 主要从事油气田开发方面的教学和科研工作。 页岩气的生产机理及影响因素分析 姜瑞忠 1,汪 洋 1,刘海成 2, 何 伟 1,张建国 1 ( 东 青岛, 266580; 利油田 分公司, 山东 东营 257015) 摘要: 以页岩储层为研究对象,针对页岩气的吸附解吸和生产问题,根据 附理论,进行参数敏感性分析,并进行运移机理研究。 研究 表明 , 力对气体的解析量影响并不大, 积才是影响吸附解吸的重要因素。 气体在页岩气中的运移主要有:气体在裂缝中的渗流 、 气体在基质壁面的解吸 、 基质中分子的扩散 3个步骤 ,并相应给出了每个过程的数学表征。详细 分析 了有机碳含量、有机质成熟度、矿物组成、天然微裂缝等因素对 页岩气开发效果的影响 ,为后期页岩气的开发提供借鉴意义。 关键 词 :页岩气;吸附解吸;运移过程;数学表征;开发效果 中图 分类号 : 文献标 识 码 : A 引 言 全球页岩气 [1源量约 0 12当于煤层气和致密气资源量的总和。页岩气“ 自生自储 ” 的聚集模式 和 储层特征决定了 其 研究的特殊性。目前,国内 对 页岩气的研究主要集中在地质方面,包括存储方式、成藏机理和储层地质评价等 。由于 技术条件的限制,大多数 页岩储层 尚未广泛勘探开发 , 开发 技术 研究相对较少。作为非常规油气资源,页岩气聚集机理特殊,富集条件多样,使不具油气成藏条件的泥页岩储层具有直接的勘探开发意义。 1 吸附解吸理论 页岩气中的吸附可以借用煤层气的 5表征: 𝑉 = 𝑉m 𝑏𝑝1+𝑏𝑝 = 𝑉m 𝑝𝑃+𝑃L( 1) 𝑝L = 1/𝑏 ( 2) 式中: 𝑉为吸附量, g; 𝑉积 , g; 𝑏为 力常数; 𝑝为 裂缝系统 气体压力, 𝑝 由图 1 可知, 当压力足够小或吸附较弱时, 𝑏𝑝 ≪ 1, 𝑉 = 𝑉m 𝑏𝑝,吸附量和压力 呈 线性关系 , 上式演化成亨利公式;当压力足够大或吸附较强时, 𝑏𝑝 ≫ 1, 𝑉 = 𝑉m,此时达到最大吸附量;当压力适中时, 吸附量与压力呈 曲线关系。 网络出版时间:20144:28网络出版地址:,当油藏压 力很高时,吸附气对气体的采收率影响不大。然而,在油田生产的后期 ,考虑吸附气的影响就很有必要。因为在油田开发的早期,主要采出的是处在裂缝中的气体,随着裂缝中气体的采出,裂缝中压力随着下降,就有气体从基质表面解吸进入裂缝中,再从裂缝流入井底。 文献 [6]认为,在相同的气藏压力下, 放出吸附气量越大。 但 仅是理论上的解释,在实际气藏的开发过程中, 力对解吸出的气体量影响并不大。由图 2可知, 𝑉m=3g, 𝑃L=2𝑃L=5其他因素相同的情况下, 𝑝附量越大。 但是吸附量对压力的导数变化并不明显,只有在压力降 很小时才有区别。因此外,研究发现 较大影响, 由图 3可知, 取 𝑃L=3𝑉m=2g, 𝑉m=5g, 𝑉𝑉𝑉吸出气体的量越大。 图 2 不同 力 下 吸附量 及吸附量对压力导数 的 0 20 30 40 50 60吸附量,g/M an g m u 力, 2 最大吸附量对应的压力g m u 积, 0 20 30 40 50 60吸附量及吸附量对压力的导数压力 / M = 2P L = 5P L = 2P L = 5P L = 2 M P a 时吸附量P L =5 M P a 时吸附量P L =2 M P a 时吸附量 对压力的导数P L =5 M P a 时吸附量对压力的导数 图 3 不同 积下吸附量及吸附量对压力导数 随压力的变化 2 页岩气运移过程及数学表征 在页岩气藏基质裂缝系统中,基质系统 气体以 吸附态 存在,流动以 扩散 为主; 裂缝系统气体以 游离态 存在,流动表现为 渗流 作用 。一般情况下,扩散和渗流是一个同步并有质量交换的过程。 由于页岩气的基质中的细微孔隙已达到纳米级 [7],页岩渗透率 , 一般 0 0 致密砂岩储层的渗透率低 2~ 3 个数量级 [8], 因此在气藏开发时,可以忽略基质向井底气体的流动,裂缝系统作为唯一通向井底的途径。 在页岩气藏还未投入开发时,吸附状态的气和游离状态的气处于一种动态平衡状态,宏观上没有物质交换。一旦投入开发,处于裂缝中的游离气在压差作用下率先流入井底,随后基质壁面的气体发生解吸,基质内部气体分子在浓度差的作用下发生扩散。因此,气体在页岩气中的运移 分 3个 步骤:气体在裂缝系统中的渗流 、 气体在基质壁面的解吸过程 、 基质中分子的扩散。 由于裂缝系统的渗透率较大,假定气体在裂缝中渗流满足达西定律 [9],此时是压力梯度起作用 : 𝑉 = −𝛼 𝐾𝜇 𝜕𝑝𝜕𝑥 𝑖 + 𝜕𝑝𝜕𝑦 𝑗 + 𝜕𝑝𝜕𝑧 𝐾 (3) 𝑉 = −𝛼 𝑘𝜇 ∇𝑝 (4) 由质量守恒原理,可得: 𝜕 𝜌𝑛 𝜕𝑡 = −𝑉) + 𝑞 (5) 式中: 𝑉 为 游离态页岩气的渗流速度矢量; 𝛼 为单位转换系数; 𝐾为气体的渗透率, μ𝑚2; 𝜇为气体 黏 度, s; 𝑛为页岩的裂隙率, m3 𝑖 、 𝑗 、 𝑘 分别为 x、 y、 �为 由基质向裂缝中运移的质量元 , s) ; 𝑡为时间, s。 0 20 30 40 50 60吸附量及吸附量对压力的导数压力 /M P 2 5 2 5V m =2 /g 时吸附量V m =5 /g 时吸附量V m =2 /g 时吸附量 对压力的导数V m =5 /g 随着裂缝中气体的采出,气藏的压力降低,气体开始在基质壁面上解吸。解吸的过程用学表征见公式( 1)。 随着基质壁面气体解吸后,基质中存在着浓度差,在浓度差的作用下,气体分子发生扩散。假定分子扩散满足菲克定律 [7],此时是浓度梯度起作用 : 𝑚 = −𝐷 𝜕𝐶𝜕𝑥 𝑖 + 𝜕𝐶𝜕𝑦 𝑗 + 𝜕𝐶𝜕𝑧 𝑘 ( 6) 或 𝑚 = −𝐷∇𝐶 ( 7) 由质量守恒原理,可得: 𝜕𝐶𝜕𝑡 = −� ) − 𝑞 ( 8) 式中: 𝑚 为 吸附状态页岩气的质量扩散通量矢量 , s) ; 𝐷为扩散系数, m2 s ; 𝐶为页岩中吸附状态页岩气扩散质量浓度, kg 页岩气的产出受渗流 解吸 3个过程的共同作用 [10]。渗流是前提,有了渗流,储 层的压力才会降低,在压力梯度下的渗流造成通道甲烷分子浓度差, 在浓度差的作用下扩散 ,在压降的作用下解吸。 3个环节紧密相连,相互影响,相互制约,任何一个过程受制,都将影响页岩气的产出。页岩气产 出的单井日产量取决于 3 个过程中最慢的一步,通常是解吸、扩散最慢 , 成为其主控因素。因此, 如何 让储层吸附状态的甲烷气快速的解吸和扩散出来将是后期研究的一个重要方面。 3 影响页岩气开发效果的主要因素 与常规气藏相比,页岩气藏主要表现为孔隙度小,渗透率超低 [11],同时页岩气的赋存方式和成藏机理比常规气藏 复杂 , 导致影响页岩气开发效果的因素更为复杂。 针对 影响 页岩气开发效果 的主要 参数进行分析 ,即有机碳含量、 有机质成熟度 、矿物组成、天然微裂缝 等 。气藏有效厚度、储层物性参数、储层非均质性等 , 与常规气藏的影响 类似 ,不在讨论范围之内。 有机碳含量是页岩气聚集成藏最重要的控制因素之一,不仅控制着页岩的物理化学性质,也在一定程度控制着页岩气的含气量 [12]。有机碳是页岩气生成的物质基础,其含量越高,页岩的生烃潜力越大,储层中吸附气的含量越高。 美国福特沃斯盆地 00×10 3~ 1000×10 3m3/d(表 1),这和它较高的有机碳含量有着很大的关系。 一方面,页岩气藏属于自生自储型气藏,生成后的气体几乎不发生运移或仅有很短距离的运移, 这样有机碳含量越高生烃的潜力就越大,因此页岩气的含气率更高。另一方面,有机碳中含有大量的微孔隙 [13],增加了天然气的吸附量。 4]等通过对多个盆地的研究发现,页岩气中有机碳的含量与页岩产气率有良好的线性关系。 因此,有机碳含量对最后气井的产量具有较大的影响。 页岩 生气特征与有机质成熟度密切相关。 ,主要是微生物作用下生成生物成因气; ,可热解生成热成因气;当 ,开始发生裂解形成大量的天然气。美国主要产页岩气盆地的成熟度大小不等,从未成熟到过成熟均有发现(表 1), 岩的有效厚度( 21~ 37m) 和总有机碳含量 ( 24%) 均不低, 但是气产量( 0 3~0 3m3/d)却很低,这和其较低有机质成熟度 ( 有较大的关系。 页岩储层的矿物组成除常见的 黏 土矿物外,还有石英、云母、长石、方解石等。其含量是影响页岩基质孔隙 、 微裂缝发育、含气量和压裂改造等的重要因素。石英是页岩中主要的脆性矿物,当储层中石英含量较高时,页岩的脆性越强 , 越容易在外力的作用下形成天然裂缝和诱导裂缝 [15],有利于气体的渗流 。 页岩矿物组成对页岩气后期开发至关重要,具备商业开发条件的页岩,一般脆性矿物含量要高于 40%,这样更有利于后期的压裂改造作用 。 黏 土矿物含量一般要小于 30%,防止储层的敏感性及钻井过程中导致井壁坍塌情况的发生。 裂缝的存在对页岩气的运移、聚集、成藏等有着两个方面的影响:一方面,页岩中裂缝的发育可以大大的提高储层的渗透率,增大游离气的聚集量,作为疏导系统能够促进页岩气的运移;另一方面,若早期形成较发育的裂缝,会使储层封闭性破坏,不利于页岩气的保存。 天然裂缝对开发效果的影响, 比较 典型 案例 的就是 16]。初期时,很多人都认为天然裂缝对 实上,若存在大量开启的天然裂缝,这套储层被保存的天然气规模要小很多,而且页岩内部也不会有超压存在。最后通过 2~ 3现天然裂缝对 根本原因是它们基本上被碳酸盐岩胶结物充填。 充填的天然裂缝可以增强压裂的效果,因此 岩不是天然裂缝型探区,但却是压裂效果好的页岩层带。只要页岩气能够保存下来 ,天然裂缝的存在,不管是被充填还是未被充填,都有利于气藏的开发。 表 1 美国典型页岩气地质、地球化学等参数 参数 岩 岩 岩 岩 岩 深度 /m 厚度 /m 效厚度 /m 底温度 /℃ 有机碳含 /% 质体反射 /% 孔隙度 /% 气孔隙度 /% 水孔隙度 /% 气量 /( m3/t) 附气含量 /% 层压力 /力梯 度 /( m) 产量 /( 103m3/d) : 10 3 4 结 论 ( 1) 吸附是页岩气主要的赋存方式之一,吸附解吸是一对可逆的过程, 积才是影响吸附解吸量最大的因素, 力对气体的解吸有一定影响,但影响不是很大。 ( 2) 气体在页岩气中的运移 包括 :气体在裂缝系统中的渗流 、 气体在基质壁面的解吸过程 和 基质中分子的扩散 3 个步骤 。页岩气产出的单井日产量取决于 3 个过程中最慢的一步,通常是解吸、扩散最慢 , 成为其主控因素。 ( 3) 影响页岩气开发效果的因素主要有有机碳含量、有机质成熟度、矿物组成、天然微裂 缝等。在具体开发某一页岩气藏时,应综合评价这些指标以便进行高效 开发。 参考文献: [1]张金川,薛会,张德明 , 等 J]2003, 17( 4): 466[2]关富佳 , 吴恩江 , 邱争科 ,等 J]2011, 30( 2): 803]马宁,侯读杰,包书景,等 . 页岩气资源潜力评价方法 [J]2012, 19( 6): 25[4] ]2002, 86( 11): 1921[5]梁冰,孙可明 移和产出机理 [M]科学出版社, 2006:47 [6], . of ]// 2013 2013. [7], , . in ]. 2007, 46(10): 55[8]王冕冕,郭肖,曹鹏 , 等 J],特种油气藏 ,2010, 17( 6): 12[9]吴世跃 具有吸附作用的气固耦合运动理论 [M]学出版社, 2009: 28[10]李前贵,康毅力,罗平亚 扩散 J]2003, 31( 4): 26[11]聂海宽, 唐玄,边瑞康 J]2009, 30( 4): 44[12] , , , et of ]//010. [13], M, J, et in C]//2004: 22[14]肖钢,唐颖 M]高等教育出版社, 2012: 25139. [15]陈振林,王华,何发岐 , 等 存状态机研究评价方法 [M]中国地质大学出版社, 2011: 310[16]张林晔,李政,朱日房 J]2009, 29( 1): 124编辑 张耀星
展开阅读全文
  石油文库所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
0条评论

还可以输入200字符

暂无评论,赶快抢占沙发吧。

关于本文
本文标题:页岩气的生产机理及影响因素分析_姜瑞忠1_汪洋1_刘海成2_何伟1_张建国1
链接地址:http://www.oilwenku.com/p-53531.html
关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服客服 - 联系我们
copyright@ 2016-2020 石油文库网站版权所有
经营许可证编号:川B2-20120048,ICP备案号:蜀ICP备11026253号-10号
收起
展开