利用簡化的局部密度模型研究納米孔中氣體吸附、應(yīng)力依賴性和非達(dá)西流對氣體儲存、運移的影響

作為一種非常規(guī)巖石，頁巖含有煤層和致密砂巖的所有特征，分別為氣體吸附能力、微尺度和納米級孔隙度、極低滲透率。頁巖的儲氣機制不僅以大孔隙和天然裂縫中的游離氣體為主，還受微孔的有機質(zhì)（干酪根）和黏土礦物中的吸附氣體控制。此外，達(dá)西定律不再適用于描述納米級孔隙中的氣體運移。因此，考慮到氣體吸附作用、應(yīng)力依賴性及非達(dá)西流的影響，開發(fā)出可靠的模型來計算納米級孔隙的有效孔隙度和滲透率對于表征頁巖氣藏的性質(zhì)和解釋納米孔中的氣流行為是至關(guān)重要的。

在本研究中，簡化的局部密度（SLD）模型已在最近的研究中成功應(yīng)用，來分析在煤、活性炭和頁巖的氣體吸附，用于分析從5個頁巖柱塞樣中測量到的甲烷吸附數(shù)據(jù)。本文提出了一個確定吸附氣體厚度的方法，該方法取決于SLD 模型的密度分布，進(jìn)而提供了甲烷吸附量對孔隙體積（PV）的校正。此外，應(yīng)力依賴效應(yīng)被納入氣體吸附效應(yīng)，以在頁巖中產(chǎn)生有效的孔隙度函數(shù)。另外，納米孔中氣體運移的非達(dá)西流效應(yīng)來源于SLD 模型的裂隙狀孔隙幾何形狀，并由二階氣體滑移和克努森擴散的加權(quán)和表示。 所以，有效滲透率被確定為氣體吸附作用、應(yīng)力依賴性及非達(dá)西流的函數(shù)。此外，將有效孔隙度和滲透率的函數(shù)結(jié)合到數(shù)值模擬器中，以對來自Barnett 頁巖儲層中的多級水力壓力水平井的天然氣生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行歷史擬合。模擬結(jié)果與油田規(guī)模的天然氣生產(chǎn)數(shù)據(jù)恰當(dāng)匹配。最后，對氣體吸附、應(yīng)力依賴和非達(dá)西流效應(yīng)進(jìn)行了敏感性研究，以研究它們對評估和估算頁巖氣藏產(chǎn)氣量的貢獻(xiàn)。

這項研究的結(jié)果表明，氣體吸附和非達(dá)西流效應(yīng)是兩個對頁巖氣生產(chǎn)有重大影響的競爭方面。所開發(fā)的模型包括氣體吸附、應(yīng)力依賴和非達(dá)西流效應(yīng)，可深入了解巖石性質(zhì)的表征和頁巖氣儲層中天然氣運移行為的描述。