頁巖氣藏有效開發(fā)非線性滲流理論及方法

目錄
前言
第1章 頁巖氣藏的基本特征 1
1.1 頁巖氣的概念 1
1.2 儲(chǔ)層特性 3
1.2.1 頁巖儲(chǔ)層巖性及有機(jī)質(zhì)特征 3
1.2.2 頁巖儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征 4
1.2.3 層理頁巖儲(chǔ)層滲透率各向異性 11
1.2.4 頁巖儲(chǔ)層孔隙度與滲透率 13
1.3 頁巖氣賦存特征 17
1.3.1 吸附氣 18
1.3.2 游離氣 18
1.3.3 溶解氣 19
1.4 頁巖氣的運(yùn)移、儲(chǔ)集和保存條件 19
1.4.1 成藏過程特征 19
1.4.2 成藏后的封蓋及保存條件 20
第2章 頁巖氣藏開發(fā)技術(shù)及開發(fā)方法 21
2.1 頁巖氣藏水平井鉆井技術(shù) 21
2.1.1 水平井鉆井技術(shù)簡介 21
2.1.2 水平井鉆井技術(shù)的應(yīng)用 22
2.1.3 現(xiàn)代水平井鉆井技術(shù)的發(fā)展趨勢 23
2.2 單一壓裂水平井降壓開采 24
2.2.1 多級(jí)壓裂水平井技術(shù) 24
2.2.2 單一壓裂水平井降壓開采技術(shù) 25
2.3 “工廠化”生產(chǎn)模式 27
2.3.1 頁巖氣開發(fā)的工廠化鉆井模式 27
2.3.2 頁巖氣開發(fā)的工廠化壓裂模式 29
第3章 頁巖氣藏多重介質(zhì)多尺度流動(dòng)規(guī)律 34
3.1 納微米孔隙中的流動(dòng) 34
3.1.1 吸附-解吸(實(shí)驗(yàn)、數(shù)學(xué))模型 34
3.1.2 頁巖氣儲(chǔ)層擴(kuò)散系數(shù)測試 38
3.1.3 頁巖氣儲(chǔ)層滑脫因子測試 41
3.1.4 頁巖儲(chǔ)層滲流規(guī)律實(shí)驗(yàn)研究 63
3.2 裂縫中的頁巖氣流動(dòng)規(guī)律 65
3.2.1 微裂縫頁巖滲流規(guī)律 65
3.2.2 裂縫頁巖滲流規(guī)律 68
3.3 頁巖氣儲(chǔ)層多尺度多流態(tài)流動(dòng)規(guī)律及統(tǒng)一模型 76
3.3.1 頁巖儲(chǔ)層頁巖氣多尺度流動(dòng)狀態(tài)分析 77
3.3.2 考慮擴(kuò)散和滑移作用的多尺度非線性流動(dòng)模型 80
3.3.3 頁巖氣儲(chǔ)層多尺度非線性滲流模型 84
第4章 含水條件下多尺度滲流規(guī)律 90
4.1 納微米管束氣-水流動(dòng)規(guī)律 90
4.1.1 實(shí)驗(yàn)材料、儀器及方法 90
4.1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 92
4.2 裂縫性巖心氣水滲流規(guī)律 95
4.2.1 人工裂縫特征對頁巖滲流規(guī)律的影響 95
4.2.2 巖心的氣-水兩相流動(dòng) 103
4.3 多尺度巖心水滲吸 107
4.3.1 水在頁巖中的賦存狀態(tài)分布特征 107
4.3.2 水在頁巖中的微觀滲吸實(shí)驗(yàn) 111
4.3.3 頁巖中水的宏觀滲吸實(shí)驗(yàn) 122
4.3.4 水對頁巖破裂強(qiáng)度的影響 125
4.4 壓裂液傷害對滲流的影響 144
4.4.1 實(shí)驗(yàn)材料 144
4.4.2 實(shí)驗(yàn)方法 145
4.4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 145
第5章 頁巖氣開采壓力傳播動(dòng)邊界滲流問題 153
5.1 直井壓力傳播動(dòng)邊界滲流數(shù)學(xué)模型 153
5.2 壓裂井壓力傳播動(dòng)邊界滲流數(shù)學(xué)模型 157
5.2.1 單一裂縫直井動(dòng)邊界傳播模型 157
5.2.2 復(fù)雜裂縫直井動(dòng)邊界傳播模型 158
5.2.3 多級(jí)壓裂水平井動(dòng)邊界傳播模型 163
5.3 頁巖氣滲流壓力傳播規(guī)律 163
5.3.1 頁巖氣儲(chǔ)層直井滲流壓力傳播規(guī)律 164
5.3.2 頁巖氣儲(chǔ)層壓裂水平井滲流壓力傳播規(guī)律 164
5.4 壓力傳播動(dòng)邊界影響因素分析 166
第6章 頁巖氣開采直井滲流數(shù)學(xué)模型 173
6.1 直井開采穩(wěn)態(tài)產(chǎn)能模型 173
6.1.1 考慮解吸的直井穩(wěn)態(tài)壓力分布 173
6.1.2 頁巖氣壓裂直井開采穩(wěn)態(tài)產(chǎn)能模型 175
6.1.3 頁巖氣直井開采壓力及產(chǎn)能影響因素分析 178
6.2 直井開采非穩(wěn)態(tài)產(chǎn)能模型 183
6.2.1 考慮解吸的直井開采非穩(wěn)態(tài)壓力分布 183
6.2.2 頁巖氣壓裂直井開采非穩(wěn)態(tài)產(chǎn)能模型 186
6.2.3 頁巖氣直井開采非穩(wěn)態(tài)壓力及產(chǎn)能影響因素分析 190
第7章 多級(jí)壓裂水平井多區(qū)耦合滲流數(shù)學(xué)模型 197
7.1 多級(jí)壓裂水平井多區(qū)耦合物理模型 197
7.1.1 Ⅰ未改造區(qū) 199
7.1.2 Ⅱ改造區(qū) 199
7.1.3 水平井筒區(qū) 200
7.2 多級(jí)壓裂水平井多區(qū)耦合滲流模型 200
7.2.1 不同縫網(wǎng)形態(tài)等效滲透率模型 202
7.2.2 不同縫網(wǎng)形態(tài)對產(chǎn)氣量影響因素分析 206
7.3 多級(jí)壓裂水平井穩(wěn)態(tài)開采產(chǎn)能模型 209
7.3.1 頁巖氣儲(chǔ)層壓裂水平井穩(wěn)態(tài)滲流縫網(wǎng)產(chǎn)能模型 209
7.3.2 頁巖氣儲(chǔ)層壓裂水平井穩(wěn)態(tài)滲流縫網(wǎng)產(chǎn)能模型影響因素分析 215
7.4 多級(jí)壓裂水平井非穩(wěn)態(tài)開采產(chǎn)能模型 219
7.4.1 頁巖氣儲(chǔ)層多級(jí)壓裂水平井非穩(wěn)態(tài)滲流縫網(wǎng)產(chǎn)能模型 219
7.4.2 頁巖氣儲(chǔ)層多級(jí)壓裂水平井非穩(wěn)態(tài)滲流縫網(wǎng)產(chǎn)能模型影響因素分析 221
7.5 生產(chǎn)數(shù)據(jù)擬合 224
7.5.1 區(qū)塊概況 224
7.5.2 地質(zhì)背景 225
7.5.3 實(shí)驗(yàn)室或現(xiàn)場測量資料 228
7.5.4 現(xiàn)場生產(chǎn)動(dòng)態(tài)資料 232
7.5.5 生產(chǎn)數(shù)據(jù)擬合 233
第8章 頁巖氣開采多場耦合作用機(jī)理 240
8.1 應(yīng)力場耦合作用對頁巖滲流規(guī)律的影響 240
8.1.1 巖樣選取及物性 240
8.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及實(shí)驗(yàn)方法 241
8.1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 241
8.2 滲流場-應(yīng)力-介質(zhì)變形耦合作用機(jī)理 249
8.2.1 實(shí)驗(yàn)樣品選取及物性 249
8.2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與實(shí)驗(yàn)方法 249
8.2.3 Biot系數(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 250
第9章 水平井分段壓裂多場耦合非線性滲流理論 254
9.1 頁巖氣輸運(yùn)的多場耦合作用機(jī)理 254
9.1.1 流-固耦合 254
9.1.2 流-熱耦合 255
9.1.3 固-熱耦合 255
9.2 流-固耦合理論基礎(chǔ) 255
9.2.1 滲流場的控制方程 255
9.2.2 應(yīng)力場控制方程 257
9.3 頁巖氣水平井流-固耦合簡化數(shù)學(xué)模型 258
9.4 頁巖氣水平井流-固耦合參數(shù)的非均勻分布模型 260
9.4.1 已有的水力壓裂頁巖儲(chǔ)層的介質(zhì)模型 260
9.4.2 孔隙度的非均勻全流場分布模型 261
9.4.3 固有滲透率的非均勻全流場分布模型 263
9.4.4 彈性模量的非均勻模型 264
9.4.5 Biot系數(shù)模型 265
第10章 頁巖氣藏多場耦合數(shù)值模擬方法 266
10.1 頁巖氣產(chǎn)能預(yù)測問題的壓力場數(shù)值模型 266
10.2 快速模擬方法及算例分析 267
10.3 流-固耦合效應(yīng)對頁巖氣產(chǎn)能預(yù)測的影響 270
10.3.1 彈性模量的影響 270
10.3.2 Biot系數(shù)的影響 270
10.3.3 泊松比的影響 271
10.3.4 在不同區(qū)域上流-固耦合效應(yīng)的強(qiáng)弱分析 272
10.4 壓裂縫網(wǎng)特征對產(chǎn)量的影響 273
10.4.1 縫網(wǎng)分布形式的影響 273
10.4.2 多級(jí)壓裂縫排列方式對產(chǎn)量的影響 274
10.5 不同區(qū)塊典型生產(chǎn)井的模擬驗(yàn)證和產(chǎn)量預(yù)測 277
參考文獻(xiàn) 281