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富有机质页岩-水蒸气吸附热力学与动力学特性
——以鄂尔多斯盆地二叠系山西组页岩为例

2021-02-22张金川王凤琴单长安王睿婧

石油与天然气地质 2021年1期
关键词:模型

党 伟,张金川,王凤琴,李 沛,单长安,王睿婧

[1.西安石油大学 地球科学与工程学院,陕西 西安 710065;2.全国石油和化工行业致密油气地质学重点实验室,陕西 西安 710065;3.中国地质大学(武汉)构造与油气资源教育部重点实验室,湖北 武汉 430074;4.中国地质大学(北京)能源学院,北京 100083]

富有机质页岩储层孔隙中普遍含水[1-2]。根据来源和成因的不同,页岩储层孔隙水可划分为原生水和外来水。其中,原生水是指在成岩演化过程中,由沉积水、成岩水、渗入水以及深成水以不同比例混合且经过一系列复杂的物理-化学反应而形成的并赋存于储层孔隙中的地下水[3-4]。在北美地区,典型产气页岩(如Barnett页岩、New Albany页岩以及Lewis页岩等)的原生含水饱和度介于15%~35%[5-6],而中国鄂尔多斯盆地山西组与延长组、四川盆地龙马溪组页岩的原生含水饱和度则相对较高,介于30%~50%,最高可达60%[7-8]。而外来水是指在钻井与水力压裂过程中进入储层孔缝并滞留其中的钻井液。无论是原生水还是外来水,吸附都是其赋存和滞留的关键机理之一[9-10],因此这部分因吸附作用而附着在页岩孔隙表面的水又被称为吸附水。一般来说,吸附水的存在会影响页岩气的赋存和渗流[11-13],主要体现在两个方面:第一,吸附水影响了页岩含气量。作为孔隙流体,吸附水是具有一定厚度的吸附水膜,并且在一定压力条件下,吸附水会在毛细凝聚作用下填充整个微孔和部分介孔,降低了页岩孔隙空间,制约了游离气量[14-17]。同时作为极性分子,页岩孔隙水的吸附能力也要强于甲烷,大量吸附位被水占据[18-20],而部分吸附态甲烷也会在水分子吸附置换作用下发生解吸而转变为游离气,进一步降低甲烷吸附能力[21]。……

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