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随着页岩气开发的逐渐深入,单井产量差异大、绝大多数页岩气井产量低的矛盾日益突出,需要研发提高采收率的增产技术。为此,973项目(编号:2014CB239200)团队提出了采用超临界CO2强化页岩气开采的新技术。本文作为973项目研究的一部分,针对上述问题建立了页岩中CH4-CO2双组分气体热流固耦合渗流模型,为超临界CO2强化页岩气开采提供了一定的渗流理论基础。本文基于前人的研究成果,分析了页岩储层介质特征,多尺度多孔介质中气体的运移特征,温度改变与页岩骨架变形对气体渗流的影响,以及页岩多尺度多孔介质中气体流态的变化特征,阐述了不同孔隙尺度下气体的流动特征。在此基础上,建立页岩中CH4-CO2双组分气体热流固耦合渗流数学模型,采用有限差分的方法求取了相应的渗流数值模型,编制了计算机程序对实例进行了模拟计算,证实了本文模型、方法与技术的正确性和有效性。取得的主要成果如下:1.提出了页岩多尺度多孔介质中气体流态的划分方案。在系统分析气体在多孔介质中运移特征的基础上,发现了页岩储层具有特低孔、超低渗和孔隙多尺度性等特点,以及在页岩多孔介质中气体有吸附、解吸、扩散和渗流四种流动方式,然后按孔隙直径的大小把页岩孔隙划分为基质纳米孔、纳微米孔和裂缝,并阐述了不同孔隙尺度下气体的流动形态及流动特征。2.建立了页岩中CH4-CO2双组分气体热流固耦合数学模型。首先按照页岩多尺度多孔介质中气体流态的划分方案,建立了不同孔隙尺度下多孔介质中气体流动的数学模型,包含纳米孔中的流动方程、纳微米孔中的流动方程和裂缝中的流动方程;然后在分析页岩气开采过程中储层压力降低时有效应力、基质收缩效应等对页岩储层渗透率、孔隙度等物性参数影响的基础上,建立了页岩骨架变形方程;考虑温度对页岩骨架和页岩储层流体的影响,建立了页岩储层能量守恒方程;最后加上辅助方程、物性参数耦合方程以及定解条件,共同构成了页岩中CH4-CO2双组分气体热流固耦合数学模型。3.建立了页岩中CH4-CO2双组分气体热流固耦合数值模型。根据传质机理不同将流动方程分为网格块内流动方程与网格块间流动方程,采用有限差分的方法对所建立的热流固耦合渗流数学模型进行差分离散,再对所得差分方程进行线性化处理,最后采用超松弛方法中的逐次线松弛(LSOR)迭代求解线性方程。4.完成了求解该数学模型计算程序的编制。通过所编制的计算程序对实例进行模拟计算,对得出的计算结果进行分析,证实了本文模型、方法与技术的正确性和有效性。