氣體滲流機(jī)理

1、頁巖氣滲流機(jī)理頁巖氣滲流機(jī)理頁巖氣是指那些聚集在暗色泥頁巖或高碳泥頁巖中以吸附或游離狀態(tài)為主要存在方式的天然氣。它與常規(guī)天然氣的理化性質(zhì)完全一樣，只不過賦存于滲透率、孔隙度極低的泥頁巖之中，氣流的阻力比常規(guī)天然氣大，很大程度上增加了頁巖氣的開采難度，因此被業(yè)界歸為非常規(guī)油氣資源。頁巖自身的有效孔隙度很低頁巖氣藏主要是由于大范圍發(fā)育的區(qū)域性裂縫或熱裂解生氣階段產(chǎn)生異常高壓在沿應(yīng)力集中面、巖性接觸過渡面或脆性薄弱面產(chǎn)生的裂縫提供成藏所需的最

2、低限度的儲(chǔ)集孔隙度和滲透率。通常孔隙度最高僅為4%~5%滲透率小于1103μm。頁巖氣藏有特殊的產(chǎn)氣機(jī)制。與常規(guī)低滲氣藏不同，天然氣在頁巖中的流動(dòng)主要有4種機(jī)理，這4種機(jī)理覆蓋了從分子尺度到宏觀尺度的流動(dòng)。主要表現(xiàn)為游離氣滲流、解吸附、擴(kuò)散和自吸。第一，由于氣體滑脫效應(yīng)的存在，游離氣在有機(jī)質(zhì)和無機(jī)質(zhì)基巖中的流動(dòng)屬非達(dá)西滲流，但在天然或水力裂縫中的流動(dòng)為達(dá)西滲流。第二，有機(jī)質(zhì)上的吸附氣對滲透率有不利的影響，這是由于有機(jī)質(zhì)的天然氣吸附層對天

3、然氣分子的引力增大所致，但是，如果有機(jī)質(zhì)不屬于多孔介質(zhì)，僅作為連接基質(zhì)孔隙或?yàn)榱芽p之用，那么，在生產(chǎn)時(shí)，遠(yuǎn)離孔隙和裂縫的吸附氣只能沿有機(jī)質(zhì)表面易擴(kuò)散的方式進(jìn)行運(yùn)移。如果有機(jī)質(zhì)屬于多孔介質(zhì)，部分吸附氣能夠直接釋放進(jìn)入有機(jī)質(zhì)孔隙，并且，這樣會(huì)使擴(kuò)散的重要性被減弱。第三，自吸作用是當(dāng)壓裂水在致密氣藏流動(dòng)時(shí)發(fā)生的一種現(xiàn)象，在頁巖儲(chǔ)層壓裂時(shí)，由于自吸作用和重力分異作用，導(dǎo)致壓裂水的返排率不足50%。因此，氣水兩相在裂縫中共同流動(dòng)時(shí)，往往氣在裂縫的

4、上部流動(dòng)，此時(shí)，在裂縫的下部留有大量的水。在鉆井液和增產(chǎn)措施作業(yè)水的冷卻作用下，儲(chǔ)層接觸面附近會(huì)聚集更多的束縛水，因而也會(huì)惡化自吸現(xiàn)象的影響。1Langmuir單分子層吸附狀態(tài)方程單分子層吸附狀態(tài)方程假定固體表面是均勻的對氣體分子只做單分子層吸附.設(shè)氣體的壓力為p未被氣體分子吸附的表面積百分?jǐn)?shù)為.氣體分子吸附的速度與氣體的壓力成正比0?也與未被氣體分子吸附的表面積成正比則吸附速度0aRcp??式中c為比例系數(shù).氣體脫附的速度與吸附氣體分

5、子所覆蓋的表面積的百分?jǐn)?shù)成正比也與被吸附的氣體分子中那些具備脫離表面逸向空間所需能量的分子所占的比例成正比.設(shè)吸附氣體分子所覆蓋的表面積的百分?jǐn)?shù)為θ設(shè)εa為脫離表面逸向空間所需的最低能量即吸附熱εa被吸附在表面的總分子數(shù)為Na其中能量超過εa的分子數(shù)為Na則有akTaaNNfe??式中f為比例系數(shù)k為玻爾茲曼常數(shù).()()()[]ygfgfgmgmgscxzvQvvdxdydzdtdxdydzdtdxdydzdtdxdydzdtxyzt

6、tt??????????????????????????()()()[]ygfgfgmgmgscxzvQvvxyzttt??????????????????????????()()()()0gfgfgmgmgscQdivvttt?????????????????3氣體不穩(wěn)定滲流的微分方程氣體不穩(wěn)定滲流的微分方程對于頁巖氣不穩(wěn)定滲流，若假定（1）滲流為等溫過程（2）氣體粘度為常數(shù)（3）地層均質(zhì)即k，為常數(shù)，且不隨壓力變化?（4）壓力梯度很

7、小，服從線性滲流定律氣體滿足以下方程式：1.運(yùn)動(dòng)方程：kvgradPu?2.狀態(tài)方程：PRTz??3.氣體等溫壓縮系數(shù)：111()||TTdVdzCPVdPPzdP????那么111()|[()]11[]()TPPdPpttRTzRTztdPztPdzPPCPRTzPzdPtt????????????????????將上式帶入到連續(xù)性方程中可得：()()()()0gfgfgmgmgscQdivvttt?????????????????由