深层页岩气藏压裂返排模拟

本书以川南地区深层页岩气为研究区块：首先，通过区域地质资料和储层岩石力学分析，明确区域地质特征，并通过深层页岩物性实验获取目标区块的基本物性参数，为后续数值模型的建立提供基本参数和理论依据；其次，基于嵌入式离散裂缝模型，模拟储层裂缝中单相气体渗流过程，通过网格敏感性分析提出合理的网格尺寸，并建立复杂裂缝形态下的流体渗流模型；接着，通过真三轴大型压裂物理模拟实验厘清发育天然弱面页岩储层的水力压裂裂缝扩展规律，深化裂缝-弱面相互作用机制认识；然后，运用嵌入式离散裂缝模型和双重介质模型表征页岩储层体积压裂形成的复杂裂缝网络，建立综合考虑复杂裂缝形态、主裂缝有限导流、页岩气吸附解吸、克努森扩散、滑脱效应、应力敏感效应及毛管力渗吸效应的页岩储层压裂水平井气-水两相双孔双渗压裂液返排模型；最后，基于有限差分法模拟分析人工主裂缝渗透率、压裂规模、页岩气吸附解吸、滑脱、扩散、毛管力及关井时间等对压裂液返排及产能的影响。

本书可供石油工程、油气田开发、渗流力学等领域的科研人员、工程技术人员、高校师生以及石油行业的管理者参考使用。

第1章 绪论 1

1.1 页岩气勘探开发现状 1

1.2 气水两相渗流模拟研究现状 7

1.3 页岩储层压裂液返排研究现状 8

1.3.1 现场数据分析方面 8

1.3.2 模拟及实验分析方面 9

第2章 川南页岩气区域地质特征 11

2.1 构造特征 11

2.2 地层特征 12

2.3 物性特征 13

2.3.1 孔隙特征 13

2.3.2 孔渗特征 16

2.4 天然弱面特征 17

2.4.1 断层特征 17

2.4.2 天然裂缝特征 19

2.5 岩石力学特征 21

2.5.1 岩石力学参数特征 21

2.5.2 地应力特征 23

第3章 深层页岩压裂模拟实验 29

3.1 页岩力学特征参数测试 29

3.1.1 三轴力学参数测试 29

3.1.2 抗拉强度测试 33

3.2 页岩孔渗物性测试 36

3.3 页岩膨胀性能实验 38

3.4 页岩蠕变性能测试 40

3.5 页岩地应力参数测试 42

3.5.1 地应力大小测试 42

3.5.2 地应力方向测试 43

3.6 真三轴压裂模拟实验 43

第4章 嵌入式离散裂缝模型理论及其应用 52

4.1 嵌入式离散裂缝数学模型 52

4.1.1 基质与裂缝之间的流量交换 52

4.1.2 相交裂缝单元之间的流量交换 53

4.1.3 基质和裂缝中的流体渗流方程 55

4.1.4 定解条件 56

4.2 模型求解 57

4.2.1 渗流方程有限差分离散 57

4.2.2 参数处理 59

4.2.3 边界处理 61

4.2.4 模型验证 62

4.2.5 模型稳定性分析 65

4.3 模型推广 67

4.3.1 复杂裂缝的影响 67

4.3.2 天然裂缝的影响 69

第5章 天然弱面对裂缝扩展规律影响数值模拟研究 71

5.1 数值模型构建 71

5.1.1 裂缝起裂及扩展准则 71

5.1.2 流体流动方程 75

5.1.3 流固耦合控制方程 77

5.2 模型验证 80

5.3 模型建立及模型参数 84

5.4 模拟结果分析 85

5.4.1 模拟结果分类 85

5.4.2 影响因素分析及图版建立 94

第6章 页岩气藏压裂水平井气-水两相渗流模型 107

6.1 物理模型及假设条件 107

6.2 气-水两相渗流微分方程 109

6.2.1 基质系统和裂缝系统渗透率修正 109

6.2.2 裂缝系统流体渗流方程 111

6.2.3 基质系统流体渗流方程 112

6.2.4 毛管力曲线 113

6.2.5 相对渗透率曲线 114

6.3 定解条件 115

6.3.1 边界条件 115

6.3.2 初始条件 115

6.4 模型求解 116

6.4.1 渗流方程有限差分离散 116

6.4.2 参数处理 119

6.4.3 边界处理 121

6.4.4 模型求解方法 122

第7章 页岩气藏压裂液返排数值模拟 126

7.1 应用算例 126

7.2 敏感性分析 132

7.2.1 裂缝参数的影响 132

7.2.2 气体综合渗流的影响 143

7.2.3 毛管力的影响 147

7.2.4 关井时间的影响 150

参考文献 154