页岩气开发渗透率孔隙度压力关系
岩石力学
岩石力学岩石的物理性质 一、 岩石的分类火成岩：侵入岩和喷出岩。
沉积岩：砂岩（95%的油气储量）、页岩（待开采，如页岩气、煤层气）、石灰岩。
变质岩：不含油气。
二、 岩石的强度主要取决于：组成其矿物的强度、连接结构形式、岩石的结构和整体构造、胶结物的成分和胶结方式 三、岩石的物理性质孔隙度、渗透率、可压缩性、导电性、传热性的总称。
1、 孔隙度：绝对孔隙度：φ = V 孔/V 岩总 孔隙度越高，岩石的力学性质越差。
有效孔隙度： φ有效 =V 连通/V 孔总。
2、 渗透性：在一定压力作用下，孔隙具有让流体（油、气、水）通过的性质。
其大小用渗透率来描述，反映了流体在岩石孔隙中流动的阻力的大小。
达西定律：A LhK Q ∆=φ...K Φ——反应岩石性质系数 含义：以粘度为1厘泊的流体完全饱和于岩石孔隙中，在1个大气压差的作用下，以层流的方式用过截面积为1cm 2,长度为1cm 的岩样时，其流量为1cm 3/s 。
则渗透率为1达西（D ）。
3、 岩石中的油、气、水饱和度。
…4、 岩石的粒度组成和比表面积：粒度组成的分析方法：筛分析法和沉降法。
通过粒度得孔隙度。
比表面积：单位体积岩石内颗粒的总表面积。
通过粒度组成估算比面。
孔隙度、粒度、比表三者之二求一岩石的力学性质岩石的类型、组成成分、结构构造、围压、温度、应变率、载荷等对其力学性质都有影响 一、 岩石变形性质的基本概念1、 弹性：… 基本弹性参数E 、υ。
2、 塑性3、 黏性：物体受力后，变形不能在瞬时完成，且应变率随应力的增加而增加的性质。
4、 脆性：受力后变形很小就发生破裂的性质。
（ε>5%就发生破裂的称为塑性材料,小于的称脆性材料）5、 延性：发生较大塑性变形，但不丧失其承载能力的性质。
岩石在常温，常压下，并不是理想的弹性或塑性材料，而是几种的复合体，如塑弹性、塑弹塑、弹塑蠕。
其本构关系略。
6、常温常压下岩石的典型应力-应变曲线：（重点）OA---塑性，应力增加快，但应变增加不多。
页岩气储层主要特征及其对储层改造的影响
页岩气储层主要特征及其对储层改造的影响页岩气是一种新兴的天然气资源，是通过对页岩中的天然气进行开采和利用而获得的一种天然气资源。
页岩气的开发相对比较复杂，需要对储层进行改造和优化，才能够有效地进行开采。
页岩气储层具有特殊的地质特征，对储层改造的影响也比较显著。
页岩气储层主要特征1. 低孔隙度和低渗透性：页岩气储层的孔隙度和渗透率相对较低，通常都处于0.1%~8%之间，渗透率也较低，通常在0.1md以下。
这意味着气体在储层中的运移难度较大，对储层改造带来了一定的困难。
2. 粘土矿物质含量高：页岩储层中含有大量的粘土矿物质，这些粘土矿物质往往会堵塞孔隙和裂缝，影响气体的运移和储层改造。
3. 复杂的裂缝结构：页岩气储层中常常具有复杂的裂缝结构，这些裂缝可以是天然形成的，也可以是在水力压裂过程中形成的。
这种裂缝结构对储层改造和增产具有重要的影响。
对储层改造的影响1. 水力压裂技术的应用：由于页岩气储层孔隙度低、渗透率小，传统的天然气开采技术难以满足开采需求，因此需要采用水力压裂技术对储层进行改造。
水力压裂技术可以有效地改善储层的渗透性和孔隙度，促进天然气的释放和运移，提高储层的产能。
2. 人工裂缝的形成：在页岩气储层开采中，人工裂缝的形成对储层改造至关重要。
通过水力压裂、酸洗和其他改造技术，可以在储层中形成一系列的人工裂缝，促进天然气的释放和运移，提高产能。
3. 改善气体运移途径：页岩气储层中由于粘土矿物质的存在，孔隙和裂缝常常会被堵塞，影响气体的运移。
需要采用合适的改造技术，改善气体的运移途径，减少堵塞，提高气体的采收率。
4. 降低开采成本：页岩气储层的开采成本相对较高，储层改造可以有效地降低开采成本。
通过改善储层的物性参数、提高储层的产能，可以降低钻井次数、减少材料和人工成本，降低开采成本。
页岩气储层改造是页岩气开采过程中非常重要的一环，对储层的改造和优化能够有效地提高储层的产能、降低开采成本、提高开采效率。
页岩气藏孔隙度与渗流机理
1.页岩气藏储层孔隙结构分析页岩气藏有独特的天然气存储特征，在形式上游离气和吸附气并存。
吸附气主要吸附在基质孔隙表面，而游离气存在于基质孔隙和次生裂缝中。
页岩气基质由有机质和无机质组成，裂缝也分为基质微裂缝和人工裂缝两种，显然，不同的孔隙或裂缝之间存在很大的尺度区别。
页岩气储层一共包括4种不同尺度的孔隙介质，分别是无机质、有机质、天然裂缝和水力诱导裂缝。
页岩有机质和无机质中的孔隙为纳米级尺度的微孔隙，有机质中的孔隙产生在页岩气生成阶段，孔隙尺寸为5～1000nm，是游离气主要的存储空间。
同时，不管是有机质还是无机质，都存在有孔隙的基质和无孔隙的基质。
页岩自身的有效孔隙度很低,页岩气藏主要是由于大范围发育的区域性裂缝,或热裂解生气阶段产生异常高压在沿应力集中面、岩性接触过渡面或脆性薄弱面产生的裂缝提供成藏所需的最低限度的储集孔隙度和渗透率。
通常孔隙度最高仅为4% ~5%,渗透率小于1×10-3μm。
2.页岩气渗流机理分析页岩气藏的特殊孔隙结构决定了具有特殊的渗流方式，孔隙结构的多尺度也决定了渗流方式的多尺度，从分子尺度到宏观尺度都有页岩气渗流发生，主要有解吸附、扩散、渗吸吸入、达西渗流和非达西渗流。
扩散作用：发生在远离孔隙和裂缝的基质中。
当吸附了天然气的有机质不属于多孔介质时，只有暴露于基质孔隙或裂缝处的吸附气才能直接被释放，但那些远离孔隙和裂缝的吸附气只能沿着有机质表面以扩散作用运移。
解吸附：发生在多孔介质的有机质中。
当吸附了天然气的有机质属于多孔介质时，绝大部分吸附气通过解吸作用直接释放到有机质孔隙中，此时，天然气流动以解吸附为主，扩散作用被极大地削弱。
达西渗流：主要发生在天然裂缝或水力诱导裂缝中。
不论是基质吸附气还是孔隙中的游离气，以各种方式进入到天然裂缝或水力诱导裂缝以后，在页岩气产出过程中，在裂缝中的渗流遵循达西定律。
非达西渗流：发生在基质孔隙中。
在无机质和有机质的孔隙中流动时，由于气体滑脱效应的影响，游离气的流动偏离了直线，呈现出非达西渗流特征。
页岩气储层岩石力学特性及井壁稳定性分析
页岩气储层岩石力学特性及井壁稳定性分析页岩气是一种非常有前景的能源资源，其储层岩石力学特性和井壁稳定性对于开发和生产页岩气十分重要。
本文将详细分析页岩气储层岩石力学特性和井壁稳定性，并探讨其影响因素和解决方法。
1. 页岩气储层岩石力学特性页岩气储层岩石具有以下几个主要的力学特性：1.1 低渗透性：由于页岩中孔隙度低、连通性差，储层渗透率低，导致气体难以流通和开采。
1.2 脆性：页岩岩石易于破裂和碎裂，在压力作用下容易萌生裂缝，但裂缝的扩展能力有限，对气体渗透性的改善作用有限。
1.3 维持力弱：页岩岩石强度较低，常常呈现脆性破裂，难以在高温高压环境下维持稳定。
1.4 孔隙结构复杂：页岩储层的孔隙结构相对于传统储层来说较复杂，主要包括纳米孔隙和裂缝孔隙，这对储层渗流特性和岩石力学性质产生影响。
2. 井壁稳定性分析井壁稳定性是指井壁在钻井和生产过程中不发生塌陷、裂缝和滑移等现象的能力。
页岩气储层的井壁稳定性主要受到以下几个因素的影响：2.1 初始地应力：页岩气储层通常位于深部地层，初始地应力较高。
高差异性地应力使得井壁容易发生塌陷和滑移。
2.2 井壁液压：钻井液和地层流体与井壁之间的相互作用会改变井壁的力学性质，进而影响井壁稳定性。
2.3 复杂的页岩岩石力学特性：页岩岩石具有复杂的力学特性，对井壁稳定性的影响也较大。
岩石破碎、断裂和固结都会导致井壁的变形和破坏。
2.4 井壁支撑能力：井壁支撑材料的选择和加固对于井壁稳定性至关重要。
针对这些影响因素，可以采取以下措施来提高页岩气储层的井壁稳定性：1. 优化钻井液：选择适当的液相比重、粘度和有效抑制剂，减小与地层的相容性差异，降低井壁液压引起的问题。
2. 加强井壁支撑：选择适当的井壁支撑材料，如钢夹心井壁、钢网井壁等，提高井壁的强度和稳定性。
3. 预防井壁塌陷：通过合理的斜井设计、优化固井技术和有效的井壁支撑材料，减少井壁塌陷的风险。
4. 精确控制钻井参数：合理控制钻井参数，如钻井液性质、钻进速度和饱和度等，减少对井壁的损害。
页岩的气体渗透率
图５ 为Ａ 气 田不同渗透率级别孔喉半径分布图。 从图中看 出：Ａ 气 田３ 个渗透率级别的孔喉半径 中值
分 别 为０ ． ０ ３ ８ 、１ ． １ ５ 、１ ０ ． １ ８ ｍ。孔 喉半 径 均 值分 别 为０ ． ０ ７ ５ 、３ ． １ １ 、１ ８ ． ０ ９ １ Ｔ Ｉ 。实 际 测试结 果 表 明 ，渗
压力 的下 降 ，渗透 率 会非 线性 地 增加 。这种 影 响有 助 于减 缓 页岩 气 井产量 的下 降 。文 献 中提到 在 压力 低 于
７ ＭＰ ａ 时 甲烷 渗透 率 的试 验数 据 同模型预 测压 力是 一致 的 。
原文见 （ （ Ｓ Ｅ Ｐ Ｒｅ ｓ ｅ ｒ ｖ ｏ ｉ ｒ Ｅ ｖ ａ ｌ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ＆Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ ） ） ２ ０ １ ２ ，Ｎｏ ８
（ 编 辑 汪孝芝 ）
图５ Ａ 气 田不 同 渗 透 率 级 别 孑 Ｌ 喉半径
页岩的气体渗透率
在对油气生产建模过程中 ，渗透率是任何储集岩最基本的特征之一。然而 ，由于模拟流体流经纳米级 喉道十分复杂，所 以对页岩渗透率的认识并不十分透彻 。本文分析了甲烷 （ Ｃ Ｈ ） 吸附层及孔壁上气体滑脱
（ Ｋ ｎ） 准则 （ １ ９ ０ ９ 年 ，克努森 ） 确定出每个喉道 的水力传导率。而吸咐作用 和滑脱的共同影响则主要取决
于压 力 和管 流 直径 。研 究结 果 表 明 ，实验 室测 量是 在 大气 温 度和 压 力 为５ ＭＰ ａ 时用Ｎ ， 测 得 ，这是 典 型 的瞬态
脉冲衰减法 （ Ｔ Ｐ Ｄ）。这种测量把生产早期的气体 渗透率估高了１ ／ ４ 。如果测量只在室温条件下进行 ， 那 么 该 比率还会增加 ，原 因是低压不仅使气体滑脱增大而且 吸附层厚度缩小。此外 ，在生产过程中 ，随着现场
页岩岩心孔隙度和渗透率的测定(编制说明)
《页岩岩心孔隙度和渗透率的测定》（委员会送审稿）编制说明国家能源页岩气研发（实验）中心2015年06月一、任务来源及工作简要过程《页岩岩心孔隙度和渗透率的测定》为能源行业页岩气标准化技术委员会标准制订项目。
根据能页标[2015]4号文件《关于印发2015年页岩气标准制修订和标准科研工作协调会会议纪要的通知》的精神，该标准由国家能源页岩气研发（实验）中心、中国石油化工股份有限公司华东分公司石油勘探开发研究院、中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院、中国石油天然气股份有限公司西南油气田分公司勘探开发研究院、中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院无锡地质实验研究所等单位共同承担。
按照标准制起草工作程序的要求，成立了标准制定工作组，从2015年1月开始到2015年12月30日，完成了标准讨论稿、征求意见稿、送审稿的起草工作。
制定的简要过程如下：（一）制定标准编写大纲（1月1日～3月20日）1月1日～2月20日，制定工作运行计划，设计调查表格，收集本标准引用的标准。
2月21日～3月20日，编制了本标准的制定大纲。
（二）编写标准工作组讨论稿（3月21日～4月30日）3月21日～4月30日，完成《页岩岩心孔隙度和渗透率的测定》的工作组讨论稿，由国家能源页岩气研发（实验）中心牵头，征集参加编制单位的修改意见，并进行梳理和汇总。
（三）编写征求内部意见和编制说明（5月1日～5月30日）国家能源页岩气研发（实验）中心组织编写人员召开讨论会，对工作组讨论稿进行了充分的讨论。
在讨论的基础上，将讨论稿发送至参编单位征求意见，进行了再次修改完善，并编写了编制说明。
（四）征求意见（6月1日～6月30日）秘书处6月初统一将征求意见稿发给中石油、中石化、中海油等单位收到意见。
（五）修改征求意见稿，形成送审稿（7月1日～7月30日）7月1日～7月30日：收到专家意见后，参与编写人员进行了认真研究，对征求意见稿进行了修改，最终形成了送审稿。
页岩气储层孔隙结构与渗透性特征研究
页岩气储层孔隙结构与渗透性特征研究页岩气作为一种非常重要的天然气资源，一直以来都备受关注。
然而，由于页岩气储层的特殊性质，包括孔隙结构和渗透性特征等，使得其有效开采面临着很大的挑战。
因此，研究页岩气储层的孔隙结构与渗透性特征具有重要的理论和实际意义。
首先，让我们来了解一下什么是页岩气储层。
页岩气是一种通过水平钻井和压裂技术开采的天然气，其主要存在于致密的页岩层中。
相比于传统的天然气储层，页岩气储层的孔隙结构非常复杂，主要包括微观孔隙、纳米孔隙和裂缝等组成。
同时，由于页岩的致密性，其渗透性也非常低，使得气体难以流动，从而限制了页岩气的有效开采。
对于页岩气储层的孔隙结构而言，主要存在两种类型的孔隙，即自然孔隙和人工孔隙。
自然孔隙主要指的是岩石本身的孔隙，主要是微观孔隙和纳米孔隙，这些孔隙是天然形成的，通常较小且连通性较差。
人工孔隙则是通过压裂技术形成的，主要是裂缝，这些孔隙具有较好的连通性，能够提高气体的渗透性。
研究表明，页岩气储层的孔隙结构对气体的吸附和扩散具有重要影响，对渗透性也具有决定性作用。
而对于页岩气储层的渗透性而言，其主要受孔隙结构、裂缝的连通性和构造应力等因素的影响。
首先，孔隙结构的复杂性使得气体在储层内的流动受到很大限制。
微观孔隙和纳米孔隙通常较小，气体分子难以通过，从而使渗透性降低。
而一旦裂缝形成，气体会通过裂缝进一步扩散，从而提高渗透性。
其次，构造应力的作用也对渗透性产生了影响。
应力会改变岩石的物理性质，如弹性模量、应力刚度等，从而影响气体的渗透性。
为了更好地研究页岩气储层的孔隙结构与渗透性特征，科学家们采用了多种研究方法和技术。
例如，扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）等显微镜技术，可以观察储层样品的微观结构，并分析孔隙的大小和连通性。
此外，蒙特卡罗模拟和分子动力学模拟等计算方法，可以模拟气体在孔隙内的扩散过程，研究渗透性的变化规律。
这些研究手段的应用，为我们深入理解页岩气储层的特性和开采问题提供了强有力的支撑。
页岩气储层主要特征及其对储层改造的影响
页岩气储层主要特征及其对储层改造的影响页岩气储层是指由页岩岩性的地层中富集并产生的天然气储层，具有极高的含气量和丰富的资源潜力。
页岩气的储层主要特征包括储集岩性、孔隙结构、渗透率和孔隙度等方面，这些特征对页岩气的储层改造具有重要影响。
一、页岩气储层主要特征1. 储集岩性页岩气储层的储集岩性主要以页岩岩性为主，其岩石矿物组成以粘土矿物和石英为主，伴生有少量的长石、碳酸盐矿物和有机质。
页岩具有较高的压实度和较低的渗透率，且存在着较弱的全岩渗透性。
由于页岩自身的致密性和低渗透性，导致储层的气质分布不均匀，形成了特殊的储气机理。
2. 孔隙结构页岩气储层的孔隙结构主要由微观孔隙和裂缝构成，微观孔隙是指孔径小于0.1微米的孔隙，由于页岩的高压实度和低孔隙度，微观孔隙的孔隙度很低，裂缝是指因构造作用和地应力作用而形成的大于0.1毫米的天然裂缝，对页岩气的储层改造具有重要作用。
3. 渗透率页岩气储层的渗透率较低，一般在0.1md以下，主要受储层孔隙结构的影响，同时页岩气储层中存在大量的微细孔隙和裂缝，这些微细孔隙和裂缝能够提高页岩气的渗透率。
二、对储层改造的影响2. 孔隙度改造由于页岩气储层的孔隙度较低，通常需要采用多种方法进行孔隙度的改造，例如通过增加地层压力、提高地层温度、注入适当的酸性液体等方式，从而提高储层的孔隙度，增加气体的储集空间。
3. 裂缝改造页岩气储层中存在的裂缝对气体的固定和产能有着重要的影响，因此对裂缝的改造也是提高页岩气产能的关键。
通过注入适当的液体、施加水力压裂等方法，能够有效地改造页岩气储层中的裂缝，提高气体的产能。
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页岩气开发渗透率孔隙度压力关系
页岩中纳米级孔隙的存在使得气体在这些孔隙中的流动方式及控制方程的研究非常重要。
有２０％～８５％的页岩气是以吸附气的状态存在，开采后随着储层压力降低气体逐渐从吸附层中释放出来并进入到纳米级孔隙中进行扩散渗流。
页岩气在开采过程中，随储层压力的下降渗透率发生动态变化。
由于孔隙直径达到纳米级别，因此除受到吸附气解吸效应影响外还受到纳米级孔隙气体扩散效应影响。
随着油气藏的开采,储层的应力状态发生变化,从而引起储层孔隙度及渗透率发生相应变化。
大量的实验表明,孔隙度随有效应力的变化而产生的变化范围较小,而渗透率的变化范围较大。
孔隙度在开发过程中变化幅度是很小的。
这是因为决定孔隙度的主要因素是孔隙体体积,而孔隙体为拱形结构[2],尽管在有效应力的作用下,岩石颗粒之间的胶结物会产生一定的塑性变形。
但颗粒之间结构会变得更为稳定,具有较强的抗挤压能力,变形量较小。
因此在有效应力的作用下,孔隙体体积变化不大,所以孔隙度也不会有太大的变化,我们可以把它看作是一个常数。
渗透率比孔隙度具有更高的应力敏感性,在流体压力变化相同时渗透率的变化率大于孔隙度的变化率。
低渗透砂岩之所以出现应力敏感性,一是岩石中孔隙、喉道受净压力作用收缩变形;二是因为岩石存在微裂缝,这些微裂缝在一定的净压力下易于闭合,闭合后的微裂缝在卸压过程不易恢复张开,宏观表现为岩样应力滞后效应。
而渗透率又不同于孔隙度,喉道的结构和大小才是决定渗透率大小的因素,喉道的结构与孔隙体的结构相反,为一反拱形结构[2]。
在有效应力的作用下,喉道壁表面层岩石极易变形,尤其是泥质含量较高的岩石。
这种变形,使岩石变得更加疏松,颗粒间的结构更不稳定。
在应力增加的情况下,胶结物产生较大的变形,使喉道直径急剧减小,甚至完全闭合。
纳米级孔隙气体扩散效应指孔隙流动通道直径很小，气体分子平均自由程与孔隙直径大小接近时，气体分子与孔隙壁面分子的碰撞概率大大增加，渗透率变差。
吸附气解吸效应指储层压力下降到低于气体临界解吸压力后，吸附态页岩气发生解吸导致页岩基质收缩变形，气体渗流通道增加，渗透率变好。
渗透率变化受两者的耦合作用：随着储层压力的降低，页岩储层大量的吸附气开始解吸，页岩基质收缩效应逐渐加强，使得气体渗流通道逐渐变宽，渗透率不断增加；当储层压力降至更低水平时，低压条件下气体扩散效应加剧，使得渗透率不断降低。
在开采过程中渗透率要受这两种因素耦合作用影响，孔隙直径越小耦合作用表现得越明显。
黏滞流和扩散流：气体在孔隙内流动时，气体在孔隙内渗流时发生的相互作用为：气体分子间的碰撞、气体分子与孔隙壁面分子的碰撞。
气体分子的自由程与孔隙直径相比小于１时，主要发生气体分子之间的相互碰撞；如果比值大于１，则主要产生气体分子与孔隙壁面分子之间的碰撞。
因此将气体分子自由程大于孔隙直径（Ｄ）的分子所占总的分子量的比例为α。
随着储层压力的降低，吸附气体开始解吸，在表面张力的作用下页岩开始收缩，同时裂隙内的有效应力增加，岩体也产生膨胀变形，则总变形量为：
孔隙度和储层形变间的关系:
在储层压力较高时，甲烷气体分子扩散流动分配系数很低，气体分子以达西流动为主，随储层压力下降扩散流动分配系数指数式增加，孔隙通道越粗扩散流分配系数压力拐点越低。
储层在压力较低（小于１０ＭＰａ）的情况下，气体渗流受分子扩散效应影响较强，而在储层压力较高的情况下扩散效应不明显，对于微观孔隙直径，孔隙直径越大，渗透率下降拐点压力越低，且下降速度越快。
利用火材棍模型中裂隙的渗透率与裂隙的孔隙度关系〔14〕,得到新的煤裂隙渗透率与煤体收缩变形的新数学模型:。