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页岩气作为一种特殊的化石能源,在全球有着巨大的存储量和良好的应用前景。页岩中的天然裂缝既是气体的储集产所也是气体的渗流通道,不同的裂缝参数会对页岩气的渗流过程和气体产能产生影响。开展页岩气藏储层中天然裂缝的数值模拟研究,对于深层次了解裂缝对渗流影响、改造储层和提高产气效率具有重要的科学研究和工业实际应用价值。 本文详细地调研了国内外的页岩气研究现状、中国海相页岩研究现状以及页岩气藏中天然裂缝的研究现状,并分析了页岩的储层特征、页岩气的储集机理和运移机理。以南方海相涪陵焦石坝地区为研究对象,建立了考虑天然裂缝的三维基质-裂缝的双重介质模型。利用多物理场耦合软件COMSOL Multiphysics5.1进行求解。针对天然裂缝的宽度、渗透率、纵向分布密度以及空间展布情况对页岩气的运移和产能影响作了相关计算分析,同时对页岩气藏开采过程中裂缝导流能力的变化情况作了影响分析,得到以下结论: (1)对涪陵焦石坝页岩气田这一研究区的勘探资料进行归纳整理,该区页岩储层发育天然裂缝,天然裂缝以水平缝为主,水平缝纵向发育。 (2)建立了考虑天然水平裂缝的三维裂缝-基质双重介质渗流运移模型,与二维模型相比,具有可以分析研究水平缝的空间分布影响的优势,模型在基质和裂缝中分别采用不同的控制方程;利用Mi的二维模型以及研究区的页岩气井产能作验证了本文模型的合理性。 (3)天然裂缝的导流能力对页岩气运移和产能的影响与人工裂缝的导流能力有关,当天然水平裂缝的导流能力比人工裂缝的导流能力在相同数量级时,产能提高更为明显;天然裂缝的导流能力决定了裂缝空间展布面积和纵向密度对页岩气产能的影响,当天然裂缝导流能力比人工裂缝导流能力低1个数量级时,裂缝空间展布面积增大以及垂向分布密度变大对页岩气产能的提升几乎没有影响。 (4)页岩气在运移的过程中,气体从基质通过天然裂缝、人工裂缝和水平井渗流运移。天然裂缝的导流能力为0.1μm2·cm或以上时,在裂缝的交叉处,与裂缝导流能力较差时相比气体压力散失较快。 (5)天然裂缝空间展布面积由50×150m2增加到150×150m2,导流能力为0.1μm2·cm时,1000天的累计产能由2.9×108m3增至4.2×108m3。导流能力为0.01μm2·cm时,1000天的累计产能由1.4×108m3增至1.45×108m3,增加量较小。 (6)1000天时,天然裂缝的导流能力为1μm2·cm时,增加1条裂缝,累计产量可提高近1.5倍。纵向分布密度大于4条/80m时,页岩气流动时存在缝间干扰的情况。导流能力为0.1μm2·cm时,增加1条裂缝,其产量增加0.5×108m3,天然裂缝的导流能力为0.01μm2·cm时,增加1条裂缝,其产量增加0.1×108m3,不存在裂缝之间的干扰。 (7)天然裂缝的导流能力在页岩气藏开采的过程中是动态变化的,裂缝的导流能力促进页岩气藏压力的降低,而页岩气藏的压力降低引起裂缝导流能力的降低,反过来会阻碍压力的降低速率。1500天,约阻碍降低原压力变化值的7%。