含气页岩渗透率的围压敏感性和各向异性研究_陈天宇

模拟煤层气储层条件下煤岩渗透性实验研究

１实验设计
选取山西沁水盆地３煤作为实验岩心，煤岩＃沿面割理方向钻取直径为２ｍ、８ｍｌ的煤心，５ｍ３ｉｌ采用
无吸附现象的氦气（度９．９％）甲烷（度纯９９６及纯
从图１以看出，可当采用甲烷作为实验介质时，在孔隙压力相同的条件下，围压越大，层煤岩的储渗透率越低。分析其原因主要是随着围压的增大，储层煤岩被压实，缝张开度变小，透率减小。裂渗在任意围压条件下，随着孔隙压力的降低，层煤储岩渗透率呈现先减小后变大的趋势，析其原因分是，在孔隙压力下降的初期，隙压力减小，效应孔有力增大，裂缝张开度变小，现为渗透率减小，表当压力下降至临界解吸压力时，层煤岩基质中吸附的储
摘
要
储层煤岩特有的割理结构使其渗透性与常规砂岩储层不尽相同。以山西沁水盆地３煤作为实验煤心，＃实验研究了
围压、孔隙压力对煤岩渗透率的综合影响规律，并得到３｝岩的裂缝体积压缩系数范围。研究表明，｝煤流体介质不同，储层煤岩
渗透率在压降过程中变化趋势不同；储层煤岩裂缝体积压缩系数在整个煤层气开采过程中并非一恒定值。
图３裂缝体积压缩系数与孔隙压力关系曲线（甲烷）
时，在孔隙压力相同的条件下，围压越大，储层煤岩的渗透率越低，透率随着围压的增大而减小。因渗为氦气不具有被吸附性，涉及降压过程中储层煤不

考虑多重流动机制各向异性的页岩气运移数值模拟

第３８卷　第１期２０２３年３月西　南　科　技　大　学　学　报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｕｔｈｗｅｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶｏｌ．３８Ｎｏ．１Ｍａｒ．２０２３ＤＯＩ：１０．２００３６／ｊ．ｃｎｋｉ．１６７１８７５５．２０２３．０１．００６收稿日期：２０２２－０３－０４；修回日期：２０２２－０３－２４基金项目：国家自然科学基金面上项目（１１８７２３２４）作者简介：第一作者，赵静（１９９３—），女，硕士研究生，Ｅｍａｉｌ：６１０１３１５３１＠ｑｑ．ｃｏｍ；通信作者，古斌（１９７５—），男，博士，教授，研究方向为固体力学、多场耦合材料的动力学分析、非常规天然气开发中的力学问题，Ｅｍａｉｌ：ｇｕｂｉｎ＠ｓｗｕｓｔ．ｅｄｕ．ｃｎ考虑多重流动机制各向异性的页岩气运移数值模拟赵　静１，２　古　斌１，２（１．西南科技大学制造科学与工程学院　四川绵阳　６２１０１０；２．西南科技大学制造过程测试技术教育部重点实验室　四川绵阳　６２１０１０）摘要：为研究多重流动机制各向异性对页岩气运移的影响，基于Ｂｉｏｔ线弹性孔隙介质模型，考虑黏性流动、气体流动动态效应和表面吸附扩散等流动机制的各向异性，采用各向同性应力依赖模型，建立流－固耦合的视渗透率模型，对应力约束边界条件下的页岩气运移过程进行数值模拟，定量分析流动各向异性对页岩气运移的影响。

结果表明各种流动机制的各向异性均对页岩气运移有显著影响：固有渗透率各向异性可明显改变页岩气运移开始时间和流通量大小，其影响随页岩储层渗透率增加而放大；当固有渗透率较小时，动态效应各向异性会削弱气体流动的动态效应，对页岩气运移开始时间和流通量的影响十分显著，但在固有渗透率较大时其影响可以忽略；表面吸附扩散各向异性的影响与固有渗透率各向异性相似。

准确评估页岩气的运移能力和产能应考虑运移过程中的流动各向异性。

关键词：页岩气运移　多重流动机制　流动各向异性　视渗透率模型　数值模拟中图分类号：ＴＥ３文献标志码：Ａ文章编号：１６７１－８７５５（２０２３）０１－００４０－０７ＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＳｈａｌｅＧａｓＴｒａｎｓｐｏｒｔＣｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇＡｎｉｓｏｔｒｏｐｙｏｆＭｕｌｔｉｐｌｅＦｌｏｗＭｅｃｈａｎｉｓｍｓＺＨＡＯＪｉｎｇ１，２，ＧＵＢｉｎ１，２（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｍｉａｎｙａｎｇ６２１０１０，Ｓｉｃｈｕａｎ，Ｃｈｉｎａ；２．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＴｅｓｔｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＰｒｏｃｅｓｓ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｍｉａｎｙａｎｇ６２１０１０，Ｓｉｃｈｕａｎ，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＢａｓｅｄｏｎＢｉｏｔ’ｓｍｏｄｅｌｏｆｌｉｎｅａｒｅｌａｓｔｉｃｐｏｒｏｕｓｍｅｄｉｕｍ，ｔａｋｉｎｇｉｎｔｏａｃｃｏｕｎｔｆｏｒｔｈｅａｎｉｓｏｔｒｏｐｙｏｆｆｌｏｗｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｓｕｃｈａｓｖｉｓｃｏｕｓｆｌｏｗ，ｄｙｎａｍｉｃｅｆｆｅｃｔｓｏｆｇａｓｆｌｏｗａｎｄｓｕｒｆａｃｅａｄｓｏｒｐｔｉｖｅｄｉｆｆｕｓｉｏｎ，ａｎｄａｄｏｐｔｉｎｇｔｈｅｉｓｏｔｒｏｐｉｃｓｔｒｅｓｓｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅｍｏｄｅｌ，ａｆｌｕｉｄ－ｓｏｌｉｄｃｏｕｐｌｉｎｇａｐｐａｒｅｎｔｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｍｏｄｅｌｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆａｎｉｓｏｔｒｏｐｙｏｆｍｕｌｔｉｐｌｅｆｌｏｗｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｏｎｓｈａｌｅｇａｓｔｒａｎｓｐｏｒｔ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｓｈａｌｅｇａｓｍｉｇｒａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｕｎｄｅｒｔｈｅｓｔｒｅｓｓｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｂｏｕｎｄａｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｗａｓｔｈｅｎｃｏｎｄｕｃｔｅｄｔｏｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｌｙａｎａｌｙｚｅｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｆｌｏｗａｎｉｓｏｔｒｏｐｙｏｎｓｈａｌｅｇａｓｔｒａｎｓｆｅｒ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅａｎｉｓｏｔｒｏｐｙｏｆｅａｃｈｆｌｏｗｍｅｃｈａｎｉｓｍｈａｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｉｍｐａｃｔｏｎｓｈａｌｅｇａｓｔｒａｎｓｐｏｒｔ．Ｔｈｅａｎｉｓｏｔｒｏｐｙｏｆｉｎｔｒｉｎｓｉｃｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｃａｎｇｉｖｅｒｉｓｅｔｏｒｅｍａｒｋａｂｌｅｃｈａｎｇｅｓｏｎｔｈｅｂｅｇｉｎｎｉｎｇｏｆｓｈａｌｅｇａｓｔｒａｎｓｆｅｒａｎｄｔｈｅｇａｓｆｌｕｘ，ａｎｄｓｕｃｈｉｎｆｌｕｅｎｃｅｉｓｅｎｈａｎｃｅｄｂｙｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｔｈｅｓｈａｌｅｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ．Ｔｈｅａｎｉｓｏｔｒｏｐｙｏｆｄｙｎａｍｉｃｅｆｆｅｃｔｓｃａｎｄｉｍｉｎｉｓｈｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｅｆｆｅｃｔｓｏｆｇａｓｆｌｏｗａｎｄｈａｓａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｈｅｂｅｇｉｎｎｉｎｇｏｆｓｈａｌｅｇａｓｔｒａｎｓｆｅｒａｎｄｔｈｅｇａｓｆｌｕｘｗｈｅｎｔｈｅｉｎｔｒｉｎｓｉｃｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｉｓｌｏｗ．Ｗｈｉｌｅｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｃａｎｂｅｎｅｇｌｅｃｔｅｄｉｎｔｈｅｃａｓｅｏｆｌａｒｇｅｉｎｔｒｉｎｓｉｃｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆａｎｉｓｏｔｒｏｐｙｏｆｓｕｒｆａｃｅａｄｓｏｒｐｔｉｖｅｄｉｆｆｕｓｉｏｎｉｓｓｉｍｉｌａｒｔｏｔｈａｔｏｆｉｎｔｒｉｎｓｉｃｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｉｔｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｔｏｃｏｎｓｉｄｅｒｔｈｅｆｌｏｗａｎｉｓｏｔｒｏｐｙｉｎｔｈｅｍｉｇｒａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｗｈｅｎａｃｃｕｒａｔｅｌｙｅｖａｌｕａｔｉｎｇｔｈｅｍｉｇｒａｔｉｏｎａｂｉｌｉｔｙａｎｄｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙｏｆｓｈａｌｅｇａｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｓｈａｌｅｇａｓｍｉｇｒａｔｉｏｎ；Ｍｕｌｔｉｐｌｅｆｌｏｗｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ；Ｆｌｏｗａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ；Ａｐｐａｒｅｎｔｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｍｏｄｅｌ；Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ页岩储层构造复杂、孔隙类型和大小多样、承受的地应力高、呈现超低孔隙率和渗透率、各向异性和非均质等特性。

页岩储层多尺度渗流实验及数学模型研究

页岩储层多尺度渗流实验及数学模型研究刘华;王卫红;陈明君;刘启国;胡小虎【摘要】页岩储层中存在纳米孔隙、微米孔隙、微裂隙和裂缝等多尺度孔隙结构.为了认识页岩储层的多尺度渗流规律,采集涪陵龙马溪组页岩岩样,利用改进的实验装置,开展了吸附/解吸、应力敏感和扩散等实验.实验结果表明:吸附/解吸基本符合兰格缪尔方程;渗透率与有效应力符合指数函数关系;扩散系数随温度的升高而增大,符合Fick扩散定律.基于渗流力学理论分析了页岩储层的多尺度渗流机理,认为页岩气在基质中的流动包括由压力差所引起的渗流、浓度差引起的扩散以及由于压力降低而引起的页岩气解吸,裂缝中的流动为压力差引起的渗流.基于实验及理论分析,建立了页岩储层多尺度综合渗流数学模型,为页岩气井渗流规律研究、产能评价及生产动态分析奠定基础.【期刊名称】《西安石油大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(033)004【总页数】6页(P66-71)【关键词】页岩储层;渗流规律;多尺度孔隙结构;岩页气渗流数学模型;解吸;扩散【作者】刘华;王卫红;陈明君;刘启国;胡小虎【作者单位】页岩油气富集机理与有效开发国家重点实验室,北京100083;中国石化石油勘探开发研究院,北京100083;页岩油气富集机理与有效开发国家重点实验室,北京100083;中国石化石油勘探开发研究院,北京100083;西南石油大学,四川成都610500;西南石油大学,四川成都610500;页岩油气富集机理与有效开发国家重点实验室,北京100083;中国石化石油勘探开发研究院,北京100083【正文语种】中文【中图分类】TE312引言我国页岩气资源十分丰富[1-3]。

据国土资源部《2012中国矿产资源报告》显示，我国页岩气地质资源潜力为134×1012 m3，可采资源潜力为25×1012 m3。

页岩气藏不同于常规气藏[2-5]：基质赋存方式独特，自由气和吸附气共存；页岩孔隙结构复杂，存在纳米孔、微米孔、微裂隙、裂缝等，页岩储层致密，孔喉细小，基质渗透率通常小于0.001×10-3μm2，渗流不符合达西定律。

第六章煤储层的渗透性特征

第六章煤储层的渗透性特征第六章煤储层的渗透性特征煤储层渗透率是进行煤层气渗流分析的主要参数，在煤层气资源已查明的前提条件下，煤储层渗透率又是制约煤层气资源开发成败的关键因素之一。

国外理论和实践表明，煤储层在排水降压过程中，随着水和甲烷的解吸、扩散和排出，有效应力效应、煤基质收缩效应，气体滑脱效应使煤储层渗透率呈现动态变化。

第一节渗透性的基本概念渗透性即多孔介质允许流体通过的能力。

表征渗透性的量为渗透率。

与渗透率有关的概念有绝对渗透率、有效（相）渗透率和相对渗透率等。

一、绝对渗透率若孔隙中只存在一相流体，且流体与介质不发生任何物理化学作用，则多孔介质允许流体通过的能力称为绝对渗透率。

多孔介质的绝对渗透率与所通过的流体无关，只与介质的孔隙结构有关。

煤对甲烷、水等流体存在较强的吸附性。

因此，甲烷、水等流体通过煤储层时，测得的渗透率不能称之为绝对渗透率，只有不与煤发生任何物理化学作用的流体才能测得绝对渗透率，如氦气等惰性气体。

但气体通过煤储层时，会引起Klinkenberg 效应（气体滑脱效应）即在多孔介质中，由于气体分子平均自由程与流体通道在一个数量级上，气体分子就与与流动路径上的壁面相互作用（碰撞），从而造成气体分子沿通道壁表面滑移。

这种由气体分子和固体间相互作用产生的滑移现象，增加了气体的流速。

因此，气体分子测得的渗透率需要经过滑脱效应校正才可得到绝对渗透率（克氏渗透率），即：+=m g p b K K 10 （6-1）式中，K 0—克氏渗透率；p m —平均压力（实验煤样进口压力与出口压力的平均值）；K g —每一个测点的气测渗透率；b —与气体性质、孔隙结构有关的常数。

对于气体在一根毛管内的流动来说，b 可由下式得出：rpc b λ4=（6-2）md ρπλ221=（6-3）式中，λ—对应于平均压力p m 时的气体分子平均自由程；r —毛管半径（相当于煤孔隙半径）；c —近似于1的比例常数；d —分子直径；m ρ—分子密度，与平均压力p m 有关。

页岩敏感性损害评价方法及损害机理

页岩敏感性损害评价方法及损害机理唐洪明;龚小平;唐浩轩;张烈辉;赵峰;何云【摘要】以鄂尔多斯盆地下寺湾地区延长组长7页岩为研究对象,在分析研究区脆性矿物、黏土矿物、孔隙结构等参数基础上,结合目前的行业标准SY/T 5358-2010“储层敏感性流动实验评价方法”,建立改善的页岩敏感性损害评价方法,采用压力脉冲衰减法测试页岩敏感性损害前后的渗透率,利用核磁共振仪测试不同流体对页岩孔喉分布和岩相变化影响,揭示页岩敏感性损害微观机理.研究结果表明:长7页岩黏土矿物以伊/蒙间层为主,其次为伊利石,孔喉分布以双峰态为主,孔径一般小于50 nm;具有弱～中等偏弱的水敏和碱敏等损害程度,页岩敏感性损害后纳米级孔喉变化是其敏感性损害的本质原因.水敏损害后页岩孔隙度降低,主要为宏孔、介孔减少,微孔几乎不变;酸敏损害后页岩不同级别的孔隙均减少;碱敏损害后页岩宏孔减少,微孔和介孔增加.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(047)004【总页数】10页(P1227-1236)【关键词】页岩;敏感性;孔喉分布;评价方法;损害机理【作者】唐洪明;龚小平;唐浩轩;张烈辉;赵峰;何云【作者单位】油气藏地质及开发工程国家重点实验室西南石油大学,四川成都,610500;西南石油大学地球科学与技术学院,四川成都,610500;油气藏地质及开发工程国家重点实验室西南石油大学,四川成都,610500;西南石油大学地球科学与技术学院,四川成都,610500;西南石油大学石油与天然气工程学院,四川成都,610500;油气藏地质及开发工程国家重点实验室西南石油大学,四川成都,610500;油气藏地质及开发工程国家重点实验室西南石油大学,四川成都,610500;西南石油大学地球科学与技术学院,四川成都,610500;油气藏地质及开发工程国家重点实验室西南石油大学,四川成都,610500【正文语种】中文【中图分类】P618.13页岩气是一种典型的非常规油气资源，是当今油气勘探的前沿领域。

页岩气可采性参数研究

页岩气可采性参数研究甘辉;张虎;宋益滔【摘要】基于我国页岩气地质条件和近年来页岩气勘探实践，对比国外页岩气开发盆地的地质条件，研究了埋深及厚度、TOC 含量、矿物组成、物性、储渗空间、孔隙结构、含气量、岩石力学、资源丰度及资源量、地面条件、断层、压力系数、地应力等影响页岩气可采性的主要参数。

根据国外页岩气勘探开发成功经验，结合四川盆地页岩气勘探开发实际情况，提出了关键参数门限值，建议对不满足这些门限值的页岩地层进行开采时应慎重，指出单一因素对某一地区的页岩气勘探开发所起的作用也许是至关重要的，但对大多数地区来说，页岩气的可采性取决于各种地质因素的有效配置，参数之间存在一定的互补性。

%Based on the geological conditions and exploration practices of shale -gas in recent years in China,compared with foreign shale -gas geological conditions of developed basins,it was studied on the main parameters affecting shale -gas recoverability,including buried depth,thickness,TOC content,mineral composition,pore structure,physical property,reservoir space,gas content,rock mechanics,resources abundance and resources,ground conditions,fault,pressure factor,geostress,and so on.According to the successful experiences of shale -gas exploration anddevelopment,combining with the practical situa-tion of shale -gas in Sichuan Basin,we put forward the threshold values of key parameters and suggested that it should be careful to exploit shale which can not meet these threshold values.It is pointed out that for one certain region,single factor may play a vital role in exploration and development of shale -gas,but for most areas,the shale -gas recoverability depends on the efficient allocation of various geological factors and there is certain mutual supplement between parameters.【期刊名称】《复杂油气藏》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】6页(P22-26,38)【关键词】页岩气;可采性;参数;有效配置【作者】甘辉;张虎;宋益滔【作者单位】四川省煤田地质局一三七队，四川达州 635000;四川省煤田地质局一三七队，四川达州 635000;西南石油大学地球科学与技术学院，四川成都610500【正文语种】中文【中图分类】TE122.1页岩气藏的特殊孔隙结构决定了其具有特殊的渗流方式，孔隙结构的多尺度决定了渗流方式的多尺度，从分子尺度到宏观尺度都由页岩气渗流发生。

(1+++)含水饱和度和有效应力对致密砂岩有效渗透率的影响

水饱和度岩心有效应力和渗透率关系
1 Thomas R D ,Ward D C. Effect of over2burden pressure and
water on gas permeability of t he tight sandstone cores. J Pet Tech ,1972 ; (2) :120 —124 2 Jones F O ,Owens W W. A laboratory study of low perme2 ability gas sands. J Pet Tech ,1980 ; (9) :1631 —1640 3 Davies J P , Kavies D. Stress2dependent permeability2charac2
干岩样在mpa测量的渗透率是4050mpa下含水饱和度为45时渗透率的10实验结果表明在钻井完井过程中尽量控制压差使其保持恒定防止应力敏感损害致密砂岩气层并尽可能地避免滤液侵入气层导致近井地带含水饱和度升高而加剧致密砂岩气层的应力敏感程度进一步降低气层有效渗透率
第 24 卷第 12 期天然气工业开发试采
3 本文为四川省青年科技基金项目 (编号 :02ZQ026 - 042) 。作者简介 :游利军 ,1976 年生 ,在读博士研究生 ;主要从事油气储层保护理论与技术研究。地址 : (610500) 四川省成都市新都区西南石油学院博 2003 级。电话 : (028) 83030418 。E2mail : youlj0379 @sohu. com
岩样号
1 - 8B 1 - 10A 1 - 22A
深度 ( m) 2701. 42 2702. 98 2777. 40
气测渗透率应力敏感性应力敏感

各向异性页岩储层脆性特征分析

各向异性页岩储层脆性特征分析张晓语;杜启振;马中高;李呈呈;赵强【摘要】Since the study of the brittleness anisotropy for shale rocks is relatively rare, it is necessary to study the corresponding brittle⁃ness characteristics of the shale reservoir. Therefore, the authors construct an effective medium model to link elastic properties and brittle⁃ness index of shales to complex constituents and specific microstructures. Based on upscaling modeling, the authors sequently construct the nano⁃porous clay composite, submicron organic⁃rich clay composite and micron dry rock matrix by introducing clay particles. In con⁃sideration of the factors such as bound water and adsorbed gas in nanopores, the authors construct an effective medium model of shale res⁃ervoirs to characterize the elastic parameters, which improves the construction process based on DEM and Gassmann theory. Then, the an⁃isotropic expressions of Young's module and Poisson's ratio based on elastic modulus parameters are derived by using the transition matri⁃xes M and Bond conversion. Finally, the anisotropy features of shale rock's brittleness and the seismic response are summarized with dif⁃ferent mineral constituents. Brittleness analysis shows that the brittleness in the direction that is parallel to the strike and perpendicular to the bedding is 2.5 times that perpendicular to strike and inclined to bedding at a 45 degree and the rock brittleness has increased, which suggests that the rock is more likely to fracture with increasing quartz content and decreasing clay content. These results provide arefer⁃ence for predicting reservoirs'brittleness and designing hydraulic fracturing.%针对页岩脆性各向异性特征的研究相对薄弱，亟待发展与之相应的页岩储层脆性研究。