考虑岩石变形的页岩气藏渗流模型研究

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作者廖鑫怡
来源西南石油大学
出版年2019
摘要
页岩气作为我国的重要非常规能源,其开发过程中地应力的巨大变化往往会导致页岩岩石发生变形现象。然而,在国内外考虑页岩岩石变形的渗流模型中往往假设流体流动为单相流动。同时,当考虑流体为两相流动的时候,众多页岩渗流模型对岩石变形的考虑也大多采用室内应力敏感实验进行指数回归从而建立岩石变形与孔渗关系,这种方式难以准确描述岩石变形的真实情况。所以,为了建立更加符合页岩气藏的气水两相渗流模型,有必要考虑岩石变形所带来的影响。本文建立了新型的页岩基质裂缝的岩石力学参数与基质裂缝孔渗的关系模型,基于该模型建立了考虑岩石变形影响的页岩气藏水平井气水两相渗流模型,最后采用IMPES方法利用Matlab数学编程软件对模型进行数值求解并结合涪陵页岩气田A井地层参数和生产制度进行单井模拟生产。主要工作和认识如下:(1)通过假设基质与裂缝同时发生变形现象,同时考虑页岩杨氏模量垂向变化,结合考虑吸附解吸影响的页岩岩石本构方程和孔隙度定义方程,分别推导出页岩裂缝和基质各自形变量与孔隙度的关系;(2)根据页岩基质渗透率与孔隙度的三次方关系,考虑基质变形对气体扩散、滑脱等流态的影响,推导出考虑页岩杨氏模量垂向变化的基质形变量与基质渗透率关系式;同时,类比煤层裂缝渗透率与裂缝形变量关系,采用本文推导出的页岩裂缝形变量与应力变化关系式,推导出考虑页岩杨氏模量垂向变化的裂缝形变量与裂缝渗透率关系式;(3)建立了考虑岩石变形影响的页岩气藏气水两相均质和双重介质渗流模型,模型中从岩石力学角度考虑岩石动态变形现象对页岩气藏渗流规律的影响。针对两种模型,采用有限差分进行数值求解并结合计算机编程得到了模型结果;(4)相同地应力变化情况下,页岩裂缝比页岩骨架更易更快产生岩石变形。基于该模型模拟涪陵页岩气田A井地层参数,定井底流压7MPa生产360天时,裂缝孔隙度下降迅速且下降幅度为6.38%,而骨架孔隙度下降缓慢下降幅度仅1.45%;(5)岩石变形作用降低了页岩气井的产气能力:基于该模型模拟涪陵页岩气田A井地层参数,定井底流压7MPa生产3600天,结果表明当忽略岩石变形影响时,气井最终采出程度为80.46%;而当考虑岩石变形影响时,气井最终采出程度为74.69%,相比前者减少了 5.77%;(6)裂缝体积模量对气井生产能力的影响程度最为明显,而页岩骨架模量、兰氏应变常数和页岩岩石密度的影响微乎其微。当裂缝体积模量大于1GPa时,岩石变形对气井产能几乎无影响;当裂缝体积模量小于1GPa时,气井产能随裂缝体积模量的增大而增大。

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