岩土力学 ›› 2021, Vol. 42 ›› Issue (10): 2696-2704.doi: 10.16285/j.rsm.2020.1875

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

非平衡解吸状态下页岩气储层渗透率演化机制

张宏学1,刘卫群2, 3   

  1. 1. 安徽理工大学 力学与光电物理学院,安徽 淮南 232001;2. 中国矿业大学 力学与土木工程学院,江苏 徐州 221116; 3. 中国矿业大学 深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,江苏 徐州 221116
  • 收稿日期:2020-12-13 修回日期:2021-06-25 出版日期:2021-10-11 发布日期:2021-10-18
  • 作者简介:张宏学,男,1982年生,博士,在站博士后,副教授,主要从事非常规天然气开采中的力学问题方面的研究。
  • 基金资助:
    安徽省教育厅科研基金项目(No. KJ2016A207)

Permeability evolution mechanism of shale gas reservoir in non-equilibrium desorption state

ZHANG Hong-xue1, LIU Wei-qun2, 3   

  1. 1. School of Mechanics and Optoelectronics Physics, Anhui University of Science & Technology, Huainan, Anhui 232001, China; 2. School of Mechanics and Civil Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou, Jiangsu 221116, China; 3. State Key Laboratory for Geomechanics & Deep Underground Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou, Jiangsu 221116, China
  • Received:2020-12-13 Revised:2021-06-25 Online:2021-10-11 Published:2021-10-18
  • Supported by:
    This work was supported by the Scientific Research Foundation Project of Anhui Education Department (KJ2016A207).

摘要: 为了研究非平衡解吸状态下储层压力和气体解吸对煤系页岩气储层渗透率的影响机制,考虑气体在基质中的动力学扩散作用,提出了非平衡解吸状态下储层基质和裂隙的有效应力?渗透率模型,建立了储层在非平衡解吸状态和单轴应变条件下的渗透率模型。结合储层渗透率和岩样渗透率的现场和室内试验研究,分析了渗透率模型的有效性。结果表明,非平衡解吸状态下的渗透率模型能较好地拟合渗透率试验值。非平衡解吸状态下,孔隙体积模量越小,基质渗透率反弹越急剧;裂隙压缩系数越大,裂隙渗透率下降越急剧。研究了各参数对储层渗透率的影响机制,结果表明,当裂隙压力降至特定值时,随着基质压力的减小,基质渗透率先下降然后反弹,裂隙渗透率逐渐增大;当基质压力降至特定值时,随着裂隙压力的减小,基质渗透率逐渐增大,裂隙渗透率逐渐减小。

关键词: 非平衡解吸, 煤系页岩气, 渗透率, 基质收缩, 气体解吸, 裂隙压缩系数

Abstract: In order to investigate the influence mechanism of reservoir pressure and gas desorption on permeability of coal measure shale gas reservoir, effective stress-permeability models of matrix and fracture for reservoir in non-equilibrium desorption state were proposed on the basis of the kinetic diffusion of gas in the matrix. Subsequently, the permeability models of reservoir in non-equilibrium desorption state and uniaxial strain condition were set up. The effectiveness of permeability models was discussed by analyzing results of the field and laboratory experiments on samples as well as permeability of reservoir. The permeability model in non-equilibrium desorption state can provide a better fit to the experimental values of permeability. A smaller pore volumetric modulus leads to a more rapid rebound in the matrix permeability; and a greater fracture compressibility yields a more drastic reduction in the fracture permeability. Afterwards, the influence mechanism of various parameters on reservoir permeability was studied. The results indicate that the matrix permeability first decreases and then rebounds, fracture permeability increases gradually with the decrease of matrix pressure when the fracture pressure decreases to a certain value. Matrix permeability increases and fracture permeability decreases gradually with the decrease of fracture pressure when the matrix pressure drops to a certain value.

Key words: non-equilibrium desorption, coal measure shale gas, permeability, matrix shrinkage, gas desorption, fracture compressibility

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