石油、天然氣工業(yè)

封面介紹：頁巖氣依靠水力壓裂形成的縫網(wǎng)實現(xiàn)高效開發(fā)。頁巖氣從頁巖基質(zhì)經(jīng)不同尺度裂縫滲流至水力裂縫，形成工業(yè)氣流。頁巖氣開采的關(guān)鍵科學(xué)問題是頁巖氣在基質(zhì)和各級尺度裂縫中的流動機理，并以此為優(yōu)化壓裂技術(shù)提供科學(xué)依據(jù)，達到最大程度、最經(jīng)濟地開采頁巖氣。中國石油大學(xué)（北京）陳勉研究團隊綜合考慮了自由氣的黏性流動、Knudsen擴散，吸附氣的表面擴散、滑移以及非平衡解吸附，建立了頁巖氣滲流數(shù)學(xué)模型，揭示了自由氣、吸附氣以及凈解吸附速率在生產(chǎn)過程中的時空分布規(guī)律，解決了頁巖氣從基質(zhì)頁巖到裂縫的滲流力學(xué)問題。封面所示為頁巖氣的水平井+多級水力壓裂開采模式。

頁巖氣滲流數(shù)學(xué)模型

夏陽，金衍，陳勉，等

針對頁巖氣藏流體運移機理復(fù)雜、傳統(tǒng)模型難以準確描述的難題，本文綜合考慮頁巖氣在孔隙中的黏性流動、Knudsen擴散以及吸附氣的表面擴散和因巖石變形引起的滑移分別建立自由氣和吸附氣擴散方程，建立頁巖氣在基質(zhì)與裂縫中的滲流數(shù)學(xué)模型，并采用非線性非平衡Langmuir吸附理論分析頁巖氣滲流過程中的解吸附機理。通過數(shù)值模擬方法研究了不同流動機制對頁巖氣產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明，吸附氣的表面擴散與滑移對頁巖氣產(chǎn)量的影響均在0.1%以下，可以忽略；黏性流動與Knudsen擴散主導(dǎo)頁巖氣的滲流；非平衡吸附速率對頁巖氣產(chǎn)量影響較大，吸附速率越大，產(chǎn)量越大。本文建立的模型能較好地揭示頁巖氣的復(fù)雜滲流機理，并為頁巖氣藏的開發(fā)提供了科學(xué)基礎(chǔ)。

頁巖氣；滲流；非平衡吸附理論；數(shù)值模擬

來源出版物：科學(xué)通報, 2015, 60(24): 2259-2271聯(lián)系郵箱：金衍，jinyancup@163.com