李治平 李智锋

中国地质大学（北京）能源学院

页岩气纳米级孔隙渗流动态特征

李治平 李智锋

中国地质大学（北京）能源学院

页岩储层的孔隙结构比较复杂，孔隙直径较小，纳米级孔隙普遍发育，大量的页岩气是以吸附态储存于页岩中的。页岩气开采时，纳米级的孔隙结构和吸附气解吸会引起孔隙结构改变，从而使页岩渗透率产生动态变化。为此，基于毛细管模型，引用固体变形理论，研究了气体分子在纳米级孔隙中渗流动态特征。结果表明：孔隙直径小于10 nm时，受扩散与解吸作用的影响，渗透率随储层压力下降呈现出先增加后减小的趋势；孔隙直径越大，渗透率拐点压力值越低，渗透率下降速度越快；孔隙直径大于20 nm，气体分子间的扩散作用对渗流影响较小；压力较低（小于10 MPa）时，气体渗流受分子扩散效应作用明显。

页岩气 页岩储集层 渗透率 扩散 解吸 数学模型 渗流动态

近年来，页岩气逐渐被认为是潜力巨大的非常规天然气资源，目前已在我国西南地区进行了较大面积的勘探与试采开发［1］。页岩气藏储层孔隙结构较为复杂，孔隙非常小，使用核磁共振、CT扫描，电镜扫描，高压压汞以及比表面仪等研究页岩的孔隙结构，发现纳米级孔隙所占比例很大。Howard［2］发现Frio页岩的孔隙半径主要在5～15 nm，Sondergeld等［3］、Milner M（2010）、Elgmati M、Curtis M E（2011）等人都发现了页岩有机质中的纳米级孔隙。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［4］，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。……