[01592249]非常规页岩气藏开发关键技术理论与应用

页岩气是一种新型的清洁能源,随着页岩气探明储量的不断增加和社会对清洁能源需求的增加,页岩气将改变世界的能源格局。我国页岩气藏非常丰富但起步相对较晚,由于页岩气赋存形式、储渗空间、流动规律、生产特征和开发方式与常规气藏差异巨大,严重制约了页岩气规模化开发。欲在世界“页岩气革命”的大潮中占据一席之地,就必须开辟一条页岩气开发的自主创新之路,形成具有鲜明特色的一系列关键技术与理论,指导我国页岩气大规模高效开发。 1、创新形成了页岩气藏微纳米孔隙和天然裂缝定量表征技术,实现了页岩储层多尺度运移通道的定量描述。综合运用场发射扫描和高压压汞等技术对页岩储层物性进行了系统的表征,揭示了页岩纳米孔发育的控制因素、形成机理和演化模式;创新性的运用氮气吸附和高压压汞实验方法,实现了页岩储层孔隙结构从微孔到大孔的定量描述;利用高温高压三轴应力实验和自行研制的页岩储层成岩过程模拟装置,揭示了不同类型裂缝成因机理和影响裂缝分布的主控因素。该项研究填补了该领域的国内外空白,相关研究成果SCI他引已达100余次。 2、建立了页岩气微纳米孔隙传输及孔隙-裂缝跨尺度传质数学模型,揭示了页岩气微纳尺度传输机制和跨尺度传输规律。揭示了页岩储层气-液-固三相作用机理,量化页岩基质孔隙气-水分布特征,建立甲烷在不同含水页岩的吸附/解吸预测模型;利用物理模拟和分子团模拟方法,揭示了微纳米通道下气体的滑脱效应,准确表征了微纳米孔隙中气体渗流参数和流动界限。基于纳米管和纳米孔模型,建立了微纳米孔气体传输表观渗透率模型,明确了页岩气开发过程中各种物化效应的贡献;基于微纳米孔流动规律及基质-裂缝跨尺度传输特性,研制了页岩孔隙-裂缝跨尺度传质测试装置,实现了跨尺度传质动态监测,揭示了气体跨尺度传质机理,建立了基质-裂缝窜流方程,确定了多相多尺度渗流介质间的窜流能力及其变化规律,与目前跨尺度研究成果相比,准确性得到显著提高。该项研究全面提升了原有的研究认识,相关研究成果SCI他引已达上百次。 3、建立了基于生产动态的页岩气藏物性和复杂裂缝参数试井反演方法,攻克了复杂压裂裂缝形态及裂缝参数定量刻画的技术难关。以现代试井理论为基础,建立了不同裂缝形态的压恢/压降试井模型,创新性的提出了基于特征点的复杂裂缝形态及裂缝参数反演方法,用于评价压裂后复杂裂缝的扩展形态、有效反演裂缝参数,与传统方法相比,该方法反演速度快且更可靠,已被应用于长庆油田、新疆油田、吉林油田;结合应力敏感储层压裂井产量递减规律,创新性的提出了基于生产数据的压力产量耦合方法及储层、井筒特征参数确定方法,与传统反演方法相比,该方法可在不影响生产的情况下,实现储层参数反演,适用性显著提高,已被广泛应用于苏里格气田。 4、形成了多场多尺度页岩气藏耦合传输数值模拟技术,解决了页岩气藏复杂开发过程模拟、优化、预测的难题。建立了吸附解吸、应力敏感、非达西渗流、表面扩散等复杂物化效应综合影响下的多场多尺度页岩气藏非线性耦合传输模型系统及数值模拟技术,该软件已应用于模拟预测威远、涪陵、苏里格、Barnett、Marcellus等实际页岩气井的开发过程,模拟结果准确可靠。采用离散裂缝网络模型,建立了页岩气藏离散裂缝网络多尺度渗流数值模拟方法,与CMG软件、NFFLOW相比,准确性、计算效率都得到了显著提高,矿场应用表明该模型具有处理矿场尺度复杂裂缝网络的能力。 5、建立了页岩气藏复杂缝网压裂与压裂产能预测、评价一体化优化方法,实现了复杂缝网压裂设计和压裂水平井开发效果评价的完美融合。建立了大尺寸真三轴压裂模拟实验系统,结合声发射监测手段和CT扫描技术,重现了复杂裂缝网络形成机制与动态扩展过程;采用有限元-离散元混合方法,建立了适用于页岩储层的三维网络裂缝扩展模型,用于优化设计压裂施工参数;基于随机离散复杂裂缝表征方法,建立了非常规储层压裂产能评价和预测模型,明确了影响产能的主控因素;构建了综合考虑天然裂缝、人工裂缝、吸附解吸、表面扩散、非达西流动影响的产能评价模型,并应用于长宁页岩气田H2平台,与矿场实际差异性较小。 该项目申请和授权专利15项,授权软件著作权9项,发表学术论文115篇,SCI、EI收录63篇,他引达1000次以上,获得二十余项国家科技重大专项、国家973项目、国家自然科学基金、国家自然科学基金委重大项目和油田横向课题支持。大量研究成果已应用于指导我国页岩气藏高效开发,推动了我国页岩气工业的发展。