临界解吸压力约束下的常压页岩气多尺度输运机理研究

Normal-pressure shale gas reservoirs are characterized by high adsorbed gas ratio, developed micro-fractures and rapid reaching critical desorption pressure. The multiscale transport behavior during exploitation is complicated and rarely studied, which restricts the efficient development of normal-pressure shale gas. This project focuses on the response of multiscale transport behavior in micron and nano pores of normal-pressure shale formation to the depletion of formation pressure. Based on the investigation of multiscale pore structure and rock mechanics, the experiments are designed to quantitatively characterize the transport capacity of matrix and fractures during formation pressure depletion. Then the response characteristics of fracture and matrix nano-pore permeability to effective stress change is determined. Based on whether the formation pressure reaches the critical desorption pressure, mathematical models of reservoir permeability evaluation are established in stages considering multiscale pore space geometric, adsorption layer effect and liquid phase distribution. Then the stress sensitivity evaluation method of normal-pressure shale gas reservoir is put forward. According to the principle of compromise in competition of mesoscience, the normal-pressure shale gas multiscale transport mechanisms with multi-gas transport behaviors involved are clarified considering the influences of transport channel scales, pore wall properties, liquid content and distribution. The research results will not only enrich the theoretical system of normal-pressure shale gas transport, but also be beneficial to the formation damage control during production and production forecast.

常压页岩气藏具有吸附气占比高、微裂缝发育和较快达到临界解吸压力等特点，开采时多尺度输运行为复杂且鲜有专门研究，制约了常压页岩气高效开发。本项目围绕“常压页岩储层微纳孔缝系统多尺度输运行为对地层压力衰减的响应机制”这一核心问题，在明确多尺度微纳孔缝特征及岩石力学性质的基础上，设计实验定量表征地层压力衰减过程中基质和裂缝的输运能力，明确裂缝渗透性对有效应力变化的响应特征和基质纳米孔动态效应；基于地层压力是否达到临界解吸压力，分阶段建立考虑多尺度孔缝空间几何特征、吸附层效应和液相分布状态的储层渗透性评价数学模型，形成常压页岩储层应力敏感评价方法；基于介科学“主导机制间的竞争-协调”原理，揭示微纳孔缝尺度、壁面性质、含液量及分布等多因素影响下的，多种气体输运机制共同参与的常压页岩气多尺度输运机理。研究成果将丰富常压页岩气微观输运理论体系，并可为开发过程中储层保护对策制定、产能预测等提供依据。

常压页岩气开采过程中的储层渗透性实质上受到由于有效应力逐渐增大和地层压力是否衰竭至临界解吸压力约束条件下的微纳孔缝系统多尺度输运行为的控制，并且包含了不同含水条件（地层水初始含水饱和度及滞留压裂液分布特征）下的基质孔隙动态效应与裂缝渗透性变化综合作用的结果，其本质是具有常压页岩气储层特征和解吸-扩散特色的多尺度应力敏感行为。本项目围绕“常压页岩储层微纳孔缝系统多尺度输运行为对地层压力衰减的响应机制”这一核心问题，基于考虑临界解吸压力的多尺度微纳孔缝气体输运能力定量表征技术，以及多因素影响下和多主导机制竞争-协调作用下的常压页岩气多尺度输运行为分析技术，定量表征了该类页岩气开采过程中的裂缝-基质输运能力以及岩石力学性质的变化，综合分析了常压页岩储层裂缝渗透性对有效应力变化的响应特征和基质纳米孔动态效应，分别建立了地层压力衰减至临界解吸压力前后的储层渗透性评价数学模型，形成了常压页岩气藏应力敏感评价方法，并基于介科学“主导机制之间在竞争中的协调”原理，揭示了具有常压页岩气储层特征和吸附气解吸-扩散特色的微纳孔缝系统多尺度输运机理。项目研究成果对于准确认识常压页岩气藏开采过程中的储层渗透性具有重要意义，相关研究成果不仅有助于丰富该类页岩气藏微观输运理论体系，也有利于制定更为合理的开发过程中的储层保护技术对策。同时，通过项目研究可为常压页岩储层应力敏感室内实验流程提供重要参考，所揭示的常压页岩气多尺度传质机理、构建的常压页岩纳米孔SLD-PR吸附模型和地层压力降至临界解吸压力前后的页岩表观渗透率评价数学模型还可直接应用于常压页岩气井产能预测软件的开发。因此，项目研究成果对于经济开发常压页岩气资源具有极大的应用前景。